对于牛腿搭接结构连续梁桥病害的整治技术研究

刘保文 ，王松 （中铁四局集团有限公司设计研究院，安徽 合肥 230000）

1 研究背景

20世纪90年代牛腿作为一种梁式桥的梁部搭接结构在桥梁中得到了一定范围的应用，尤其随着城市交通的快速发展，城市立交及高架桥大量采用了连续梁，并在联与联之间采用牛腿搭接结构以隐蔽帽梁达到美观效果，立面上看梁部结构自然流畅、无隔断感，同时增加了桥下净空。在设计上箱梁采用牛腿搭接,使得联间桥墩尺寸和其它墩一致，墩身种类少,施工十分方便。这种形式桥梁结构造型简洁、美观,能够避免在联端处专门设置盖梁或设置较大尺寸桥墩安装双排支座,节约工程造价，在当时经济条件下牛腿搭接结构连续梁桥具有较好的经济性和实用性。在城市互通式立交桥中牛腿搭接结构应用较为普遍,合肥市五里墩立交桥、郑州嵩山路立交桥、贵阳市大营坡立交桥、厦门市仙岳路上跨金尚路立交桥、厦门集美大道互通立交桥、成都三环路武侯立交桥等上部结构均采用了牛腿搭接形式的连续梁。

但在施工上因各箱梁采用牛腿搭接,梁部需按照一定的顺序施工，同时上牛腿承受较大集中力且牛腿高度小于梁高，因此对牛腿设计及混凝土局部承载力提出了更高的要求。

2 牛腿搭接结构连续梁桥工程病害

牛腿搭接结构桥梁经过10～20年的运营，总体上桥梁结构安全可控，未出现桥梁无法正常运营使用的案例出现，说明牛腿搭接类型桥梁具有其工程优势及合理性。但随着桥梁运营时间不断增加，牛腿及相关病害不断涌现。国内部分牛腿搭接结构连续梁桥病害情况详见表1。

部分牛腿搭接结构连续梁桥病害 表1

牛腿搭接结构桥梁病害的产生与多种因素相关：

①牛腿搭接部位一般采用橡胶支座，橡胶支座使用寿命期较短，在长期荷载、温度等因素作用下易于损坏，破坏了支座固有的纵向弹性剪切变形功能，导致牛腿搭接处成为固定铰支座，丧失了联端处自由变形的设计初衷。

②由于牛腿搭接部位隐蔽、养护不能触及观察，牛腿处病害会随着时间推移不断积累，最终导致全桥出现相关病害。

③牛腿搭接构造为了满足美观需要，牛腿间缝隙较小，在施工及运营过程中的杂物、泥沙等填塞缝内，养护难以清理，导致牛腿搭接的两联桥之间直接相互作用，尤其在外界温度升高情况下，梁体伸长，温度力连续传递作用于桥墩，是导致牛腿搭接结构桥梁桥墩开裂、墩柱倾斜、梁体偏移的重要原因。

④牛腿作为梁式桥上部构造的一个重要结构,因设有传力支座,牛腿处截面突变,集中荷载较大,因此牛腿受力较为复杂。而在牛腿的转角处往往由于受拉产生裂缝，虽然可通过提高混凝土强度或加强配筋提高牛腿承载力，但效果较差，为桥梁结构埋下了安全隐患。

综上分析，牛腿搭接结构连续梁桥易发生梁体偏移、墩柱开裂偏位、牛腿开裂渗水、伸缩缝失效等病害，该类病害的成因均与牛腿搭接结构弊端密不可分，多数桥梁病害均因长期运营之后牛腿搭接结构的失效引起，因此对该类桥梁病害整治应以牛腿病害的整治为核心。

3 牛腿搭接结构连续梁桥病害处理方法

牛腿搭接结构桥梁病害与牛腿具有紧密相关性，因此解决该桥病害的主要原则是对牛腿进行整治改造。国内大部分牛腿搭接结构桥梁的整治主要是对牛腿搭接的隐蔽空间进行清理，更换牛腿支座，使牛腿恢复正常工作状态，与牛腿相关病害则是进行常规维修加固，但不能从根本上解决牛腿失效的病害来源，随着时间推移，牛腿支座失效、伸缩缝堵塞的病害仍然会有可能再次出现。

从结构分析来看，要彻底根除牛腿搭接结构型式弊端应对牛腿本身进行改造，取消牛腿搭接结构，改造成联端分离方式。该方案主要是对牛腿进行切除、桥墩加宽，改造为双排支座，联端相互分离，改变联与联之间相互关系。采用此改造方案费用较高，施工难度较大，但彻底根除了牛腿搭接结构形式的病害来源，对确保桥梁长期健康运营具有重要的作用。

4 工程实例分析

淮北东岗楼立交桥始建于上世纪90年代中期，位于老城区北部，连接高岳路、淮海路、东山路及古城路，是进城各条道路的交汇处，交通位置重要。东岗楼立交桥为行人、非机动车、机动车、铁路3层苜蓿叶型立交，东西向全长800m，南北向全长680m。桥梁设计荷载采用《公路工程技术标准》（JTJ001-97）规范汽-20、挂 -100。

主线桥各联之间及主线桥与匝道桥之间均采用牛腿搭接方式，牛腿搭接处上下牛腿之间设置板式橡胶支座。主线桥第一联、第四联梁端设置下牛腿，第二联两侧梁端均设置上牛腿；第三联在与第二联连接处梁端设置下牛腿，在与第四联相接处梁端设置上牛腿。匝道桥在与主线桥搭接处均设置上牛腿。

该桥运营14年后出现病害，通过对桥梁病害进行全面检测发现，桥梁出现了梁体伸缩缝损坏失效、梁体及桥墩露筋锈蚀、桥墩柱底开裂、桥面铺装层破损等病害。

4.1 桥梁主要病害情况

4.1.1 牛腿及伸缩缝病害

牛腿搭接构造是东岗楼立交桥主线桥各联之间、匝道与主线桥间联端连接方式，牛腿搭接处设置共用桥墩。由于上下牛腿之间仅设置板式橡胶支座，而板式橡胶支座高度低，且牛腿处梁体两侧设有限位挡块，日常养护难以触及，伸缩缝处垃圾、泥沙等杂物容易堆积难以清理（见图1）导致各联之间相互间影响。

图1 牛腿搭接结构

图2 主线桥H17墩病害

4.1.2 桥墩病害

主线桥固定墩H5墩柱底存在明显横向裂缝，H6墩柱底存在表面混凝土剥落病害，H16墩柱底部表面出现露筋锈蚀、混凝土缺损等典型桥墩病害,H17墩柱底部出现混凝土压碎等病害（见图2）。

4.2 牛腿搭接结构改造

通过对淮北东岗楼立交桥牛腿搭接、墩柱等病害进行总结分析，牛腿搭接结构形式是造成桥梁病害的根本原因。由于牛腿搭接内部橡胶支座失效，桥梁伸缩缝损坏，当环境温度上升，主线桥及匝道桥梁端受到约束、不能自由伸缩，导致各联结构之间相互作用，环境升温引起的温度力传递于固定墩和桥台上，固定墩墩底因承受较大弯矩导致开裂，桥台因承受较大推力而出现墙体开裂、混凝土剥落等病害。因此该桥的维修整治核心即对牛腿搭接结构进行改造。

牛腿搭接结构分为上牛腿与下牛腿，为消除牛腿搭接结构型式的缺陷，改造内容主要为将牛腿搭接型式改为相互独立的联端双排支座结构形式（见图3）。

图3 牛腿改造设计原则

4.2.1 牛腿改造施工

牛腿改造主要是将牛腿搭接结构改造为相互独立的联端体系，其中第二联两侧均设置为上牛腿，第三联仅在与第四联相接处设置上牛腿，上牛腿改造主要是在下部结构已经施工完毕且混凝土强度达到设计要求的情况下进行割除施工。同时应在牛腿搭接处设置支架顶升梁体，使梁体重量由支架承担。上牛腿采用22KW-200L电动绳锯割除，绳锯切割上牛腿施工见图4。

图4 绳锯施工

主线桥下牛腿改造主要是将下牛腿上方进行凿毛、植筋、绑扎钢筋、浇筑C50自密实混凝土，将下牛腿补齐至原梁顶面高度，待混凝土强度达到设计强度后张拉横向预应力。

4.2.2 桥墩改造施工

由于梁体上牛腿被割除，需在割除牛腿处设置新支点。因此对主线桥双柱墩采用增大截面法进行加固改造。为实现牛腿割除后联端设置双排支座，在墩顶处纵桥向两侧各设置一个混凝土牛腿。在牛腿上设置钢结构横梁、支座实现对梁体的支撑。桥墩改造施工见图5。

图5 牛腿改造施工完成

桥墩截面增大通过在桥墩墩身钻孔植筋、绑扎钢筋网、浇筑自密实混凝土实现。桥墩植入环向钢筋及承台植入竖向钢筋前须对原桥墩及承台混凝土表面进行凿毛，去除浮化层，在混凝土浇筑前涂刷界面剂。凿毛、安装钢筋网及涂刷界面剂后，灌注C40自密实混凝土，并加强振捣。

4.3 改造效果

经过对牛腿搭接结构改造，解决了原有牛腿搭接型式的缺点，消除了桥梁各联之间的相互影响的隐患，从根本上清除了病害根源，并且对墩台进行了加固改造、重新铺设桥面、安装伸缩缝等措施，淮北东岗楼立交桥经维修加固后于2014年6月竣工通车，全桥加固改造完成投入运营五年来各项指标良好。

5 结论

通过分析牛腿搭接结构连续梁桥特点、病害和病害处理措施，以淮北东岗楼立交桥为工程实例进行了研究，对于牛腿搭接结构连续梁的病害应以牛腿改造为重点，提出了一种改变牛腿搭接结构形式的整治方法。通过切除牛腿、桥墩改造改变桥梁联与联之间搭接关系，彻底解决该种类型桥梁病害产生根源，长期来看具有一定的经济性和合理性，对以后同类型桥梁的维修加固具有一定的参考和借鉴价值。