坠石受损大桥的加固设计
2015-05-08
1 项目概况
某大桥走向与河道基本平行，主线与桥下被交路多次相交，由于被交路外侧边坡地势陡峻，在尽量减少对自然山体破坏的指导思想下，该路段采用桥梁跨越，通过调整跨径减少对被交路的干扰。该桥采用装配式部分预应力混凝土连续箱梁，左幅桥纵向布置为4×30m；右幅桥纵向布置为6×25m+20m+4×30m。下部结构采用桩柱式桥墩，柱式台，钻孔灌注桩基础。设计荷载为公路-Ⅰ级，地震动峰值加速度为0.05g。
2009年3月3日，因长达三周的阴雨恶劣气候导致该桥所处路线左侧山体顶面的数颗巨石失稳，并相继从约65m高度的山顶沿坡面（坡度约70º）坠落，对路线左幅路基、右幅箱梁、内侧波型梁护栏底座、外侧防撞护栏造成重大冲击损伤。
左幅为路基，坠落到路基上的较大坠石共有4个，其中最大一块呈圆柱体，周长约18m，高度约150cm，水平距离内侧波型梁护栏底座1.20m，因坠石自重及其巨大冲击造成路基沉陷深度最大达55cm，路基外侧挡墙开裂，局部塌陷。
右幅某大桥坠石散落于第5跨桥面，其中较大的共有三块，其中最大一块重约90t（图2中A坠石）。
2 桥梁病害分析
箱梁是桥梁重要承重构件，也是本次地质灾害中受损最为严重的受力构件。经调查，受损箱梁为第5跨内侧两个梁体（即第3、4号梁），其中第3号梁病害最严重，受损部位主要位于顶板、腹板，以及箱梁第3、4号梁间的湿接缝处。
（1）湿接缝
A坠石在桥面上第一撞击点位于第5跨第3、4号箱梁跨中区的顶板与湿接缝接缝处，该处已经砸穿，雨天有漏水现象（见图3）。
（2）腹板
第5跨第3、4号箱梁的腹板损伤严重，3号梁出现大量发散裂缝，裂缝形状有水平向、竖向、斜向，斜向裂缝最长达296cm，裂缝最大宽度为0.9mm，均为坠石产生的受力裂缝（见图4）。
坠石受损大桥的加固设计图3 坠石在第一撞击区湿接缝病害
坠石受损大桥的加固设计图4 内侧第二片箱梁腹板斜向裂缝
（3）桥面
右幅桥面尚未摊铺沥青面层，第5跨桥面铺装受坠石撞击后损伤严重，撞击损伤概貌如图5、6所示。
坠石受损大桥的加固设计图5桥面铺装撞击损伤现场
坠石受损大桥的加固设计图6 湿接缝处桥面铺装及顶板砸穿
3 荷载试验
为了了解结构体系在试验荷载作用下的实际工作状态，为科学地评价结构在受损后使用阶段的工作状况提供强度、刚度和变形等方面的资料，本次对比荷载试验选择受损的第5跨和相邻未受损的第4跨进行了对比荷载试验，为下一阶段的加固设计提供依据。
本桥在试验荷载作用下损伤跨第5跨跨中截面应变校验系数最高为1.2，挠度校验系数最高为0.95，而相邻跨第4跨跨中截面应力校验系数最高为0.9，挠度校验系数最高为0.87。
预应力混凝土桥梁的结构校验系数一般为0.7～0.9，但不得超过1.05。本桥损伤跨结构应变校验系数已远远超过常值范围，桥梁实际应力状态偏离理论设计，承载力已经没有安全储备。桥梁挠度校验系数也较高，桥梁实际刚度小于理论设计刚度，存在安全隐患。
4 桥梁加固设计方案
由于箱梁跨中坠石部位裂缝超限，考虑到对桥梁结构承载能力的影响，本次维修加固设计采用两种加固方案。
方案一：在箱梁侧面粘贴整体钢板，恢复腹板的整体性。
方案二：在箱梁底面张拉体外预应力钢束或预应力碳纤维板。
