某互通式立交匝道桥承载能力分析评定

时军涛 陈周博

（河南省交通科学技术研究院有限公司， 河南 郑州 450006）

1 工程概况

某互通式立交匝道桥建成于2004年12月，共计4跨，跨径组合为16+2×20+16m，结构形式为钢筋混凝土连续箱梁桥。桥梁全长77.08m，桥面全宽14.43m，行车道宽12.43m，桥下净空5.0m，设计荷载为汽车-超20级。桥面采用水泥混凝土铺装加沥青混凝土铺装，下部结构采用多柱框架式桥台，桩柱式桥墩。

2 桥梁材质状况与状态参数检测评定

2.1 桥梁几何形态参数检测评定

由于该桥日常交通量较大，并且不断有大吨位车辆通过，桥梁已经出现明显的下挠现象。此次测量采用水准高程法对该互通式立交匝道桥的桥面线形进行测量，在无法封闭桥上交通的前提下很难得到结构能够维持一定时间的相对静止的状态，因此测量中存在一定的误差。

由于该桥竣工时的实际高程和线形等无法查阅，只有采用现有的桥面实际线形与桥梁的设计线形进行对比。由现场观察发现，两侧桥台位置无明显的沉降情况，即假定4#桥台没有明显的沉降，与设计高程相同，测点1、2、3···9分别对应桥面位置4#台顶、第4跨跨中、3#墩顶···0#台顶。结果表明，该桥的实际线形与设计线形之间存在一定的差异，表现在：右幅桥面实测线形与理论线形差异较大，第2跨箱梁跨中有明显的下挠情况，1#、2#、3#墩均有不同程度的沉降，沉降量3～5cm。左幅桥面实测线形与理论线形得到较好的吻合，箱梁未出现明显的下挠，墩台也没有明显的沉降。

2.2 混凝土桥梁钢筋锈蚀电位检测评定

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》第5.4.3 条，按照测区锈蚀电位水平最低值，确定钢筋锈蚀电位评定标度。本次所有测区蚀电位水平最低值为-278 mV，介于（-200，-300]之间，钢筋状况为有锈蚀活动性，但锈蚀状态不确定，可能坑蚀，评定标度为2。由于钢筋锈蚀电位评定标度值为2，本次检测不再进行混凝土桥梁氯离子含量、电阻率、碳化状况检测评定。鉴于本桥连续箱梁底板及腹板出现较多裂缝，箱梁底板出现大面积的渗水、有黑色膏状物析出，偏安全考虑，混凝土桥梁氯离子含量、电阻率、碳化状况评定标度均取为3。

2.3 混凝土桥梁钢筋保护层厚度检测评定

结构中钢筋分布情况及保护层厚度检测的关键区域主要选择在：主要承重构件和裂缝密集区域。采用电磁探测方法对普通钢筋分布状况(数量与定位)及保护层厚度进行检测。检测部位的混凝土保护层厚度大部分都不符合设计要求且样本的离散性较大。按《公路桥梁承载能力检测评定规程》，箱梁混凝土保护层标度值为4 或5，对结构的耐久性有较大影响或钢筋容易失去碱性保护、发生锈蚀。在同一检测部位检测混凝土保护层厚度的同时也调查了钢筋的分布情况，与设计比较，钢筋分布的间距偏差在1～10cm 以内。

2.4 桥梁结构自振频率检测评定

根据桥梁结构的自振频率fmi 与设计理论计算值fdi 的比值，来评定结构的整体性和技术状况。本桥上部结构fmi/fdi 介于[0.90,1.00]之间，评定标度为3。

3 承载能力分析评价

3.1 原结构承载力检算

根据设计图纸，采用《桥梁博士》建立平面杆系计算模型，对原结构进行强度复核。

（1） 边跨最大正弯矩截面

故截面强度满足设计要求。

（2）边跨中支点最大剪力验算

故截面强度满足设计要求。

（3）变形验算

在汽车荷载作用下，边跨跨中最大竖向位移为f =2.314×10-3m< L/600＝2.67×10-2m，故变形满足设计要求。

在汽车荷载作用下，中跨跨中最大竖向位移为f =3.614×10-3m< L/600＝20/600＝3.33×10-2m，故变形满足设计要求。

3.2 基于检测结果的承载力评定计算

（1）边跨最大正弯矩截面

计算结果表明，边跨箱梁最大正弯矩截面强度不满足荷载极限承载能力的要求。

（2）边跨、中跨最大负弯矩截面

计算结果表明，边跨箱梁最大负弯矩截面强度满足荷载极限承载能力要求。

（3）边跨1#墩支点、中跨2#墩支点最大剪力截面

计算结果表明，在边跨1#墩支点、中跨2#墩支点最大剪力截面强度不满足荷载极限承载能力的要求。

3.3 承载能力评价结果

通过桥梁质量检测、结构验算及评价分析，得出以下结论：

（1）桥墩附近顶板的横向裂缝主要由车辆荷载作用下负弯矩过大导致。箱梁顶板翼缘附近纵向裂缝与车辆偏载有关，偏载工况时，箱梁的横向作用引起顶板上缘横向受拉，从而导致顶板出现纵向裂缝。跨中腹板的竖向裂缝均为受力裂缝，主要原因为重车过桥时，跨中正弯矩过大导致。桥墩附近腹板的裂缝，从裂缝形态和裂缝走势上判断，主要与活载作用引起的剪应力有关，此外，由于支座附近的构造和边界条件相对复杂，以及桥墩和箱梁的整体下沉，这些因素对裂缝的产生的机理及发展趋势都有一定的影响。

（2）箱梁混凝土均质性较好从整体上评价箱梁混凝土强度处于良好状态，强度推定值大于设计值。

（3）检测部位的混凝土保护层厚度大部分都不符合设计要求且样本的离散性较大。

（4）基于检测结果的承载能力评定，箱梁边跨及中跨最大正弯矩截面强度、箱梁边跨及中跨中支点最大剪力截面强度均大于设计值，不满足荷载极限承载能力要求。裂缝的出现对桥梁的承载能力和耐久性均有较大影响，且基于检测结果的承载力评价结果表明，边跨箱梁最大正弯矩截面强度及边跨1#墩支点、中跨2#墩支点最大剪力截面强度均不能满足设计荷载等级汽车－超20 级、挂车－120 的要求。为了适应现有交通量的需求，保证桥梁结构的安全运营，建议对该桥上部结构进行加固，提高箱梁的承载能力。

4 养护维修建议

（1）箱梁梁体纵向、横向及斜向裂缝均为受力型裂缝，建议尽快修补加固，针对本桥裂缝，建议首先对裂缝进行处置：对于裂缝宽度≤0.15mm 的细裂缝，采用环氧结构胶泥直接封闭的方法处置，对于裂缝宽度＞0.15mm 的裂缝，采用低粘度环氧灌缝液压力灌注并封闭处理的方法，使开裂的混凝土重新粘结成一个整体。为使修补后的裂缝不再开裂以及阻止新的裂缝不再发生，增强现浇箱梁截面的抗剪性能，综合考虑方案的可行性及经济性，提出以下两种维修加固方案以供参考：

①对裂缝进行处置后，在箱梁两侧腹板裂缝集中出现的部位粘贴整块钢板。

②对裂缝进行处置后，在箱梁两侧腹板裂缝集中出现的部位粘贴上下两道钢板条，然后使用角钢或工字钢与钢板条焊接，形成框架结构。

（2）建议加强桥梁日常巡查与维护，在桥头设立限载标示牌，严禁超过国家允许载重的车辆过桥。