某高速公路互通立交E匝道桥典型病害分析与加固设计
2014-06-10 来源：中国论文网
1引言
近些年曲线桥位移事件不断发生，轻者中断交通，重者造成人员伤亡及财产损失，如：天津十一经路立交桥东侧引桥位移量达34cm，深圳某立交A匝道桥第3联梁体整体位移、转动，深圳市华强北立交A匝道桥梁体位移等，造成事故的原因多样，涉及设计、施工、超载、日常维护保养、定期检查等多方面。本人在近两年桥梁检测过程中发现多座曲线桥的梁体存在偏移现象，如：滨海南海N4匝道桥第二联曲线梁位移5cm，后海湾填海区沙河西路Ⅰ标桥梁工程（沙河环北立交）第一联曲线梁位移3cm、某高速互通立交 JK0+138.114匝道桥第二联曲线梁位移5cm，某高速互通立交B匝道桥第一联曲线梁位移4cm，某高速互通立交E匝道桥第一联曲线梁位移6cm等。鉴于以往事故教训，相关单位高度重视，对此均采取了相应的维修预防措施，严防事故发生。
2实例
2.1概况
以某高速互通立交E匝道桥为例，该匝道桥跨越高速公路主线，位于曲线上，全桥按左右幅分修，上部构造采用4×20+4×20+3×35+3×20+3×20m，其中：4×20m和3×20m为现浇连续板梁，3×35m为现浇连续箱梁；下部结构采用柱式桥墩，其中分联墩为双柱墩，其余各桥墩均为独柱墩，挡土式及肋板式桥台，基础采用钻孔桩基础；桥台及分联墩处设置矩形板式橡胶支座，桥墩柱顶设置圆形板式橡胶支座。该桥主要病害发生在右幅第一联（R1~R4跨）。
2.2桥梁主要病害
①右幅第一联梁体曲线外侧的位移6cm,0#台右侧挡块完全破损，4#墩左侧上方梁端挤压破损，重车通过时梁体晃动明显。②梁体腹板、底板普遍存在裂缝，裂缝主要分布在1/4~3/4跨径范围内，最大裂缝宽度达0.35mm，重车通过时裂缝宽度变化0.03mm。③一辆五类货车向外侧翻在右幅第1联桥面上，货车自重21T，载有3卷钢板，每卷15T，共计约66T，造成梁体横向位移增加了1.2cm，R1#伸缩缝缝宽增加1.3cm，止水带完全拉裂。
2.3病害原因及结构计算分析
2.3.1裂缝
本段桥梁为钢筋混凝土连续箱梁，底板横向裂缝及腹板竖向裂缝属于普通钢筋混凝土梁的正常受力裂缝，从计算结果看梁体抗弯、抗剪承载力及正常使用极限状态下的裂缝宽度计算均满足规范要求。
原设计状态下上部结构验算结果为：梁体关键截面抗弯承载力在最不利弯矩状况下最大值为14799.6KN.m,抗剪承载力最大值为8816.4KN；梁体跨中竖向变形最大值为20mm＜2000/160=125mm，裂缝宽度计算值最大值为0.152mm＜0.2mm（规范限值）。
2.3.2梁体位移
从检查情况来看，右幅第1联0#台端向曲线外侧位移较大6cm，4#墩侧向曲线内侧位移相对较小4cm，说明平时的运营与翻车事故导致梁体绕3#墩附近位置发生了刚体转动。
这种位移产生的原因：一是由于梁体支座采用板式橡胶支座，缺乏必要的水平向约束造成；二是梁体的限位措施不当，在0号台及4号墩梁处设置了钢筋混凝土抗震挡块，一定程度上限制了梁体的横向变位，但是其它桥墩墩顶处无限位，由于挡块刚度过小，难以抵抗梁体向曲线外横移的趋势；三是该桥交通量极为繁忙，超载、重载车辆较多，车辆离心力造成梁体所受的离心力过大；四是温度应力和日照温差的作用，弯梁内、外侧弧长不同，造成梁体涨缩不均匀，年复一年产生了梁体向曲线外侧滑移的累计；五是66T的货车翻车造成的冲击力及2辆大型吊车的作用力，直接导致位移量增加1.2cm，由于作用力是瞬间的，其使梁体产生偏移后，由于支座摩阻力大于活载不是最不利时产生的水平力及降温、收缩徐变产生的水平力的合力，所以梁体不会恢复到原来的设计状态，直到下次最不利荷载产生的水平力大于支座摩阻力时，梁体又会往外侧偏移。
正常使用极限状态梁体抗倾覆验算结果表明：竖向支座反力均为正常使用极限状态包络值，原设计状态下0#台和4#墩内侧支座在原设计活载及抗倾覆验算活载偏载作用下会出现脱空现象。
正常使用极限状态梁体偏位计算结果表明：汽车荷载制动力、车辆荷载离心力对弯桥水平位移影响较大。以汽-超20、挂-120活载作用下的正常使用极限状态梁体偏位包络值，车辆离心力系数中设计时速按60km/h计，梁体最大偏位值为63cm，在0#台外侧，与桥梁现状偏位情况基本一致。
2.4维修加固设计
2.4.1梁体裂缝
通过上述结构计算结果可知，上部结构梁体受力状况良好，满足规范要求，先对裂缝进行封闭处理，考虑到裂缝较多对结构耐久性的影响及车流量大的现实情况，对本联梁底粘贴碳纤维布进行结构性补强。
2.4.2梁体位移
①对0#台、4#墩支座进行顶升更换，重做挡块，挡块与梁体间预留2cm以上间隙，填充柔性材料；在1#墩设置纵向钢结构限位装置，限制梁体相对墩柱的纵向位移。②对1#、3#墩桩基四周分别新增16根直径为30cm的微型嵌岩桩桩基，采用地质钻机成孔，新老桩基通过新增承台连接，然后对墩柱加大截面，由1.2m增大为1.4m。③在1、3#墩新增帽梁，新增帽梁与墩柱采用凿毛植筋连接。④在新增帽梁上进行顶梁更换支座，采用3支座的布置形式。
该方案对交通影响较小，施工简单快速且施工风险较低。
3结语
曲线桥位移现象目前已引起桥梁管理、养护、检测、科研等相关单位的重视，同时也做了大量的研究工作，加固设计较为成熟，加固效果也得到了检验。
参考文献
[1] 该项目桥梁检测报告及加固设计方案
[2] 官学敏；连续曲线钢筋混凝土箱梁的纠偏加固设计与效果[J];中国市政工程程;2004年01期
