一、工程概况 甬台温高速公路路线全长50.06公里,。设计等级为双向四车道,单幅路面净宽11.5米,全线桥梁设计荷载等级为汽车—超20级、挂车—120。
全线桥梁上部结构主要有预应力混凝土空心板、普通钢筋混凝土空心板、矩形板、钢筋混凝土现浇连续梁、钢筋混凝土现浇简支板五种结构型式;下部结构主要有U型重力式桥台、薄壁桥台、三柱式墩(台)、双柱式墩、独柱式墩;基础型式主要有钻孔灌注桩基础和扩大基础;支座主要有普通板式橡胶支座和四氟滑板橡胶支座两种型式。
二、主要病害及加固方案
目前,甬台温高速公路宁波段已通车运营近10年,随着交通量的不断增长,沿线桥梁产生了一定的病害。对全线桥梁检测结果表明,部分桥梁主要承力构件存在较严重病害,削弱了结构的承载能力,影响桥梁结构的运营安全和结构的耐久性。
2.1 主要病害及原因分析
1、装配式钢筋混凝土板
主要病害:为板底跨中区段出现横向裂缝,裂缝间隔10~20cm,裂缝最大宽度达0.5mm,超过规范限值。此类裂缝均为受力性裂缝。
原因分析:此类裂缝均为受力性裂缝。裂缝的产生主要是由于钢筋混凝土板在长期荷载的作用下,跨中弯矩过大,承载能力和抗裂性不足导致。
2、预应力混凝土空心板
主要病害:预应力混凝土空心板主要病害为板底出现纵向裂缝,并伴随有渗水痕迹,部分空心板经现场检测是钻孔放水,有大量水留出。
原因分析:因部分空心板底板偏薄,导致板底出向纵向裂缝;部分桥梁桥面铺装破损严重,尤其是桥面连续处,雨水从桥面渗入空心板内,导致板内积水。纵缝和渗水的存在,会诱发板内钢筋和钢绞线的锈蚀,对结构的耐久性产生不利影响。
3、钢筋混凝土变截面连续梁
图1修补板底横向裂缝
主要病害:本路段钢筋混凝变截面连续梁包括一座特大桥(潘火立交特大桥)和两座互通立交(潘火互通立交和姜山互通立交)。连续梁跨中板底有多条横向裂缝,裂缝沿截面从下向上发展,部分裂缝延伸至腹板、翼缘板;墩顶附近板底有纵向裂缝,从墩顶向跨中发展;墩顶附近腹板有竖向、斜向裂缝,裂缝从上向下发展,这些裂缝均为受力裂缝。其中以潘火立交特大桥最为严重,姜山立交梁体开裂情况较为轻微。裂缝的产生对结构的承载能力和耐久性均有不利影响。
原因分析:此类裂缝均为受力性裂缝。裂缝的产生主要是由于钢筋混凝土板在长期荷载的作用下,承载能力和抗裂性不足导致。
4、铰缝破损渗水
主要病害:部分桥梁受通行车辆刮擦,铰缝底部不同程度脱落;部分桥梁铰缝渗水严重。
原因分析:铰缝破损渗水的原因一方面是由于受桥下通行车辆挂擦,铰缝局部破损;另一方面是由于桥面破损,导致桥面雨水渗入铰缝。铰缝长期受雨水侵蚀,钢筋锈蚀,削弱了板桥的整体受力性能,易形成单板或双板受力,给结构的安全带来隐患。
5、现浇板
主要病害:现浇板桥板底存在大量横向、斜向裂缝,裂缝宽度0.05~0.15mm,个别裂缝最大宽度为0.5mm(K41+821.6通道),局部有网状裂缝。
原因分析:经分析,现浇板产生横向、纵向裂缝的主要原因是由于承载能力和抗裂性不足。
6、下部结构
图2桥头盖梁病害
主要病害:薄壁桥台主要病害为台身出现裂缝。部分薄壁桥台不均匀沉降较严重,最大相对沉降量达8cm;台身出现多条竖向、斜向裂缝,部分裂缝宽度超限,最大裂缝宽度达4.9mm。
原因分析:因本路段地处软基路段,桥梁墩台均存在不同程度的沉降,因桥台的不均匀沉降和台后土压力不均匀导致台身产生裂缝。
7、桥面铺装
图3桥面铺装病害
主要病害:部分桥梁桥面沥青铺装开裂、破损,桥面连续破损严重,局部混凝土调平层破损、钢筋外露,导致雨水向下渗入空心板,造成空心板内积水,一方面增加结构恒载,另一方面板内钢筋和钢绞线易产生锈蚀,对结构产生不利影响。
原因分析:桥面沥青铺装层受雨水侵蚀,容易造成铺装层破损。
8、伸缩缝
图4桥头预切缝病害
全线小桥通道桥头均设置预切缝,因台后填土不均匀沉降,造成桥头预切缝不同程度的破损,桥头预切缝的破损一方面导致车辆通过时,对主梁冲击较大,对桥梁结构安全及行车安全都有不利影响;另一方面成为桥面向下渗水的通道,渗水侵蚀桥台和支座,影响结构的耐久性。
9、其它病害
部分桥梁(多为通道、小桥)防震挡块缺失;部分挡块与主梁抵死,挡块开裂、破损;个别桥梁板底出现空洞,钢绞线外露,部分桥墩(台)局部钢筋锈涨,混凝土破损;部分桥梁个别支座缺失;部分桥梁支座脱空、剪切变形严重;部分桥梁桥面沥青铺装开裂、破损,桥面连续破损严重,局部混凝土调平层破损、钢筋外露;全线小桥通道桥头均设置预切缝,因台后填土不均匀沉降,造成桥头预切缝不同程度的破损;以及K31+073中桥左幅第1 孔内底板经火烧后大面积熏黑、6~10#主梁梁底混凝土大面积剥落,其中9#板损伤最严重,损伤最大深度6cm, 损伤面积400×100cm2,局部钢绞线、钢筋外露。
2.2 本次维修加固桥梁方案
根据全线桥梁的检测结果及本路段运营状况,本次加固拟对本路段病害较严重、影响结构安全运营的桥梁采取加固措施,总共为34座桥。上部进行加固桥梁主要是钢筋混凝土结构,病害一般为横向裂缝,采用板底裂缝封闭或灌浆;个别裂缝宽度超限的桥梁,采取板底粘贴钢板的加固方法。同时采取桥面板补强层加固法,这样既能修补已出现的桥面铺装,又能降低对交通的影响。
图5潘火立交主梁桥面加固
图6潘火立交主梁桥面加固
图7 K25+888.6 小桥主梁粘贴钢板加固
三、加固效果评价
经结构计算,对加固方案静力及动力分析结果表明:
(1)该方案能够修补已出现裂缝、剥离等损坏的桥面板,又能加高原有梁板的有效高度,增加梁板的抗弯能力,改善铰接梁板的荷载横向分布,从而提高桥梁的承载能力。
(2)加固后验算表明,结构抗剪承载能力较加固前有一定的提高,且具有一定的安全储备;裂缝宽度也满足规范要求,加固措施改善了结构的抗裂性。