高速公路互通匝道桥典型病害分析及加固设计方案探讨
2011-07-13 来源：桥梁人论坛
1 概述
马尾互通C匝道桥位于马尾互通区内，全长652.50m，桥跨组合5×25m+1×20m+2×30m+2×25m+5×25m+5×25m+5×25m+1×21m；上部结构为等截面预应力砼连续刚构箱梁；平曲线最小半径为127.75m。下部结构为墙式桥墩、钻孔灌注桩基础、整体式桥台、扩大基础；球型支座；桥面设80型伸缩缝。
在例行养护检查中发现，多跨箱梁腹板出现竖向裂缝，箱梁底板出现纵横向和斜向裂缝。梁端腹板出现斜向裂缝。墩柱上部出现竖向和环状裂缝，部分墩柱横向出现偏位。为此，检测单位对病害进行了专项检测，对病害成因进行分析，并提出相应的加固设计方案。
2 匝道桥病害检测情况
2.1 检测内容和检测方法
利用桥检车提供的平台，对匝道桥箱梁梁体底板、腹板和翼缘板等进行全面检查，并对墩柱外观和偏位，以及支座工作状况进行详细的检测。
（1） 墩柱和梁体外观检测：近距离主要以目测为主，发现问题进行详细观察。发现裂缝的位置，红笔标识并拍照，并用刻度尺、裂缝宽度仪和深度仪对裂缝长度、宽度、深度进行观测及记录。
（2） 支座工作状况检查：目测破损、异常变形等情况，有无明显的变位痕迹、垫石破损等情况。如发现支座有变形、位移等，分别用游标卡尺、垫尺等进行量测。
（3） 墩柱的变位观测：该桥属于曲线桥，桥墩为墙式桥墩，同时桥墩高度均较大。为保证测量的精度，墩柱的偏位采取在每个墩柱横向和纵向的正前方架设全站仪，分别测量墩柱的横向和纵向偏位。
2.2 检测结果
通过以上检测，得到梁体、墩柱和支座病害，简要记录如下：
（1） 梁体和墩柱裂缝。梁端腹板斜向裂缝主要集中于第五跨、第十跨、第十一跨；梁体腹板竖向和底板纵向、横向和斜向裂缝主要集中于第三跨、第四跨、第十四跨、第十七跨、第十九跨、二十五跨。
8根墩柱距墩顶4～5m范围内出现横向裂缝和竖向裂缝。
（2） 14个支座出现横向滑移，最大位移量为4.0cm。大部分螺栓螺母锈蚀。其中一个支座上下螺栓卡位。
（3） 墩柱横向偏位最大为13、14号墩，倾斜度为6.1‰；纵向偏位最大为6号墩，但倾斜度为2.9‰。
3 病害原因分析
（1） 梁端腹板出现斜向裂缝，主要集中于第五跨、第十跨、第十一跨等安装伸缩缝的梁端位置。由于匝道桥平曲线半径较小，箱梁在弯矩和扭矩复合作用下，伸缩缝附近的梁端腹板可能出现局部受剪过大现象，从而出现斜向裂缝。
（2） 梁体腹板竖向和底板纵向、横向和斜向裂缝主要集中于第三跨、第四跨、第十四跨、第十七跨、第十九跨、二十五跨。这些裂缝的出现，与匝道桥平曲线半径较小、箱梁的弯矩和扭矩复合作用明显有关，并由于超载车辆的通行加剧裂缝的出现。
（3） 墩柱裂缝主要产生在距顶部4～5m处，这是由于该桥属于连续刚构结构，桥墩在整体受力协调变形后，在距墩顶和墩底约1/3处受力最大，从而该部位易出现开裂现象。
4 结构加固方案
针对该桥出现的典型病害情况，经过反复的验算，参照其它类似桥梁的加固经验，提出以下加固方案。
4.1 上部结构加固
（1） C匝道5号墩顶向4号墩侧箱梁两侧腹板、10号墩顶向9号墩侧箱梁两侧腹板、10号墩顶向11号墩侧箱梁两侧腹板，需要采用碳纤维布加固。
（2） 加固范围为靠梁端3m区段整腹板，纵向及竖向均采用30cm宽碳纤维布，间距20cm。
4.2 更换支座
（1） 需要进行支座更换的墩号为：C匝道桥15号墩靠14号墩侧。将原支座更换为单、双向滑动盆式橡胶支座，纵桥向平面曲线内侧更换为GPZ（II）2.5DX，曲线外侧更换为GPZ（II）2.5SX。
（2） 在加固后墩顶设置临时顶梁支点。
4.3 下部结构加固方案
经分析考虑，对C匝道10号、15号、20号墩下部结构进行加固。下部结构加固分三个方面：
（1） 墩身的加固。
原桥墩身为花瓶式墩，墩身中下部尺寸为200cm×120cm并设有25cm×15cm倒角的等截面矩形段，上半部分为410cm高的花瓶式变宽段，墩顶平面尺寸为400cm×140cm并设有10cm×6cm倒角。墩身的加固为对称加固，新老墩身竖向中心线重合。加固后的墩身中下部尺寸为360cm×180cm并设有25cm×15cm倒角的等截面矩形段，上半部分为410cm高的花瓶式变宽段，墩顶平面尺寸为560cm×180cm并设有25cm×15cm倒角。
在墩身四周各面，以40cm×40cm左右的间距植入普通剪力筋后，绑扎加固墩身钢筋，逐段浇筑墩身砼。在墩身顶面以下竖向15cm间距种植两排抗拔钢筋，横向间距为30cm。植筋结束后应进行清整，方可进行加固部分的钢筋及砼的施工。
（2） 承台的加固。
原桥墩承台为纵横桥向均为320cm、厚200cm的矩形承台，加固厚的承台尺寸为：横桥向长1120cm，纵桥向宽380cm、厚250cm。新旧承台底面同标高，竖向中心线重合，为对称布置。
将原承台横桥向侧面砼凿除20cm厚，露出横桥向承台底面钢筋，并将其与加固部分钢筋双面等强焊接。将原承台顶面及纵桥向侧面充分凿毛，使新旧砼能结合紧密，共同受力，并在纵桥向侧面以30cm×30cm左右的间距植入普通剪力筋。
（3） 桩基的加固。
原桥承台下桩基为单根直径180cm桩基，在原桥墩桩基中心线横桥向两侧各450cm补设两根直径120cm的桩基，与加固部分承台对应。
（4） 下部结构加固要点。
① 墩身及承台的施工注意事项。
a.植筋钻孔应尽量采用小的振动工艺，植入深度应大于12d，直径为25mm的钢筋钻孔直径为32mm，直径为20mm的钢筋钻孔直径为28mm，钻孔时要避开原结构钢筋，若钻眼位置与原结构钢筋相碰，可适当挪动钻眼位置1～2cm，以保证不损伤原结构钢筋。每个钻孔结束后应尽快安排植筋工作。
b.种植锚筋前，钻孔要用刷子及清洁压缩空气清孔，并满足植筋的干燥要求，抗拔种植锚筋所用的胶剂，设计参考采用喜利得HY-150化学粘合剂固定钢筋，要求200C凝胶时间10min以内，固化时间1h以内。钻孔植筋应由专业人员操作，并对所用胶剂进行粘结抗拔试验，验证凝胶和固化时间，合格后，方可正常使用，植筋结束后，应进行清整。
c.墩身及承台原结构表面要充分凿毛，使新旧混凝土能结合紧密，共同受力。
② 桩基施工注意事项。
a.桩基施工要求钢护筒落入岩面，全过程采用回旋钻钻孔，反循环吸浆工艺，施工过程中避免对桩周土体产生震动。
b.桩底进入微风化岩面长度应全截面进入岩面不少于1.5倍桩径，桩底沉渣不得大于3cm。
c.桩内主筋需要焊接时，每个断面接头数不应超过主筋的50%，焊接采用双面焊接，焊缝长度不小于5d。
5 结束语
在高速公路桥梁中，匝道桥最容易出现病害，且病害的形式多而杂，匝道桥多为带坡度的弯桥，病害的检测多要采用桥检车或搭脚手架进行，故病害不易发现，通过本文的典型病害分析，可以为其它匝道病害的观测和加固提供借鉴。
