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大桥加固设计分析

摘要:本文介绍姐告大桥、姐告新大桥桩基加固设计,两座大桥处于瑞丽江河流上平行而建。由于上、下游河沙被大量采挖,河床线变迁较大且下切严重,覆盖层显著降低,导致桩基有效桩长减少,经有资质单位的检测,大桥评定为4类桥,必须立即对冲刷严重的桥梁桩基进行加固维修,保证桥梁结构处于安全状态。

关键词:姐告大桥;姐告新大桥;检测;桩基承载能力;加固设计

姐告大桥位于G320沪瑞线K2632+975处,为横跨宽约450m的瑞丽江而设,是德宏瑞丽市通往姐告经济开发区和缅甸国家一级口岸木姐地区的重要陆路桥梁,由姐告大桥、姐告新大桥组成,新老桥组合为4车道城市桥梁,其新桥位于老桥下游,新老桥平行,净距2m,建筑风格一致,分别于1992年、2005年建成通车。姐告大桥长456.82m,桥面总宽11.5m,车行道宽7.0m,上部结构为5×20m工梁+5×30mT梁+5×20m工梁+5×20m工梁;姐告新大桥长456.82m,桥面总宽12m,车行道宽7.5m,上部结构为5×20m工梁+5×30m工梁+5×20m+5×20m工梁;全桥采用矩形板式橡胶支座,伸缩缝类型为异型钢伸缩缝,下部结构为双柱墩,钢筋混凝土桩基础,桩柱式轻型桥台。设计荷载等级为:汽车-20级、挂车-100,七级通航。根据2015年桥梁检测报告,大桥总体技术状况等级评定为4类桥,需进行加固才能满足结构安全和正常使用要求。

1桥梁主要病害

1.1上部结构。(1)上部结构病害主要发生在姐告大桥的工梁上。有35片工梁靠两端梁端附近有竖向或斜向裂缝,部分裂缝以腹板未中心左右对称,缝宽δ=0.16mm~0.4mm。(2)T梁翼板底部多处钢筋锈胀,混凝土破损,露筋;工梁有多道小板混凝土破损,露筋,流水下渗,钢筋严重锈蚀,部分钢筋已锈断;部分横隔板A面下部混凝土破损、混凝土空洞、露筋。1.2下部结构。(1)盖梁横向、竖向裂缝:部分盖梁在墩柱上方有竖向裂缝,长度约为盖梁高度1/3,缝宽δmax=0.1mm(2)4#~12#墩基础:墩基础被流水冲刷,桩基外露1~6m,桩基缩径,部分箍筋、主筋严重锈蚀。(3)受流水长时间冲刷和浸泡,桩基混凝土保护层被磨耗、侵蚀变薄,随流水带走,接着墩身变薄,桩基缩颈,主筋锈蚀严重,又下游的挖沙作业加剧桩体的外露,有效桩长减短,桩体承载力的减弱。(4)河床下切:本桥位上、下游有大量采砂活动,导致河床出现下切变迁、扩宽现象,并有发展趋势。

2主要病害原因分析

2.1上部结构病害原因分析。(1)工梁梁端斜向剪切裂缝及跨中多条左、右对称的竖向裂缝原因分析:由于混凝土梁受剪应力与拉应力共同作用时,斜截面承载力不足造成的。首先在梁底出现垂直裂缝,顶部变斜(斜向荷载作用点)形成斜裂缝,当荷载增加至一定程度时,在几条斜裂缝中形成一条主要斜裂缝,即“临界斜裂缝”。当混凝土梁截面偏小,或抗剪筋配置不足时易发生该类损伤。又桥梁服役年限较长,随着经济的发展,大量超重、超限车辆通行的增加,使得桥梁的负载加大,天长日久,形成上述病害。(2)梁体钢筋锈胀、露筋、混凝土破损,是因为保护层厚度不均、钢筋定位不准、混凝土不密实,在温差及混凝土收缩引起的干缩裂纹,由于水汽的浸入,在长久的作用下导致锈胀、露筋,混凝土破损是受外力或人工坠物撞击等原因产生。2.2下部结构病害原因分析。(1)盖梁竖向裂缝原因分析:盖梁最大负弯矩位于柱顶处上缘,当超重车辆长期作用在盖梁悬臂端时,加大墩柱上方盖梁的负弯矩,由于盖梁位普通钢筋混凝土,当非结构裂缝逐步转变位结构裂缝后,形成新的病害,而检查中发现的其他短细裂缝,是由于温差及混凝土收缩引起的干缩裂纹。(2)墩身及桩基础粗骨料外露的原因:受流水长时间冲刷和浸泡,混凝土保护层被磨耗、侵蚀变薄,随流水带走,接着墩身变薄,桩基缩颈,钢筋锈蚀,又下游的挖沙作业加剧桩体的外露,有效桩长减短,桩体承载力的减弱。(3)河床下切:本桥位上、下游有大量采砂活动,导致河床出现下切变迁、扩宽现象,并有发展趋势。

3理论计算分析

本桥所处位置长年流速较大,又由于上、下游河沙被大量采挖,河床线变迁较大且下切严重,覆盖层显著降低,导致桩基有效桩长减少,桩体承载力的减弱,并有加剧趋势,故重点对桩基承载力及桩长进行计算,确保桥梁安全。3.1地质情况。原地质勘查资料揭示:从上至下主要持力层为:1~4m为中粗砂:极限侧阻力标准值qsik=50kPa;5~8m砂砾卵石,极限侧阻力标准值qsik=85kPa;9m~10m中砂,极限侧阻力标准值qsik=50kPa;11m以下砂砾卵石,极限侧阻力标准值qsik=100kPa,端阻力标准值qpk=1200kPa,桥墩桩基按摩擦桩计算。因现桩基已外露6m,故1~6m的桩周摩擦力不再计入,有效桩长应从6m以下开始计入。竣工桩长31.6m,则11m以下砂砾卵石的竖向承载力应是主要持力层,31.6-11=20.6m。加桩后,新加桩基桩顶压力最大为原桩基相应位置桩顶压力的一半,7136.61÷2=3568.31kN。3.2桩长计算。依据《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)5.3.3条,钻孔灌注桩承载力计算公式,编制计算表格如表1。经计算,原冲刷线以下11m为砂砾卵石,桩长范围内砂砾卵石层厚度31.6-11=20.6m,经过试算1.4m桩径的桩基至少进入该层11.1m,实际持力层桩长20.6m,可满足承载需求。

4加固处治设计

4.1上部结构加固处治设计。(1)对存在的裂缝,缝宽小于0.15mm的裂缝用封闭材料进行封缝,需首先设置注浆嘴采用灌胶封闭处理;对缝宽超过0.15mm的工梁灌缝外,再粘贴碳纤维布。(2)对工梁跨间出现病害的小板,采用环氧砂浆修补破损混凝土后粘贴Q345钢板;混凝土破损、露筋、钢筋锈蚀的部位,钢筋除锈后使用环氧砂浆修补。4.2下部结构加固处治设计。(1)首先对盖梁裂缝进行封闭或灌胶处理,然后分别采用粘贴钢板对其加固处治。(2)对冲刷不太严重的12#桩基外包C30钢筋混凝土,增加壁厚0.8cm的钢护筒,回填完成后在钢护筒外1m的位置打入一圈φ130mm的钢管桩。(3)对受冲刷严重并处于江心位置的4#~11#墩桩基采用C30混凝土外包,增加壁厚0.8cm的钢护筒,并在4#~11#墩对称新增2根等长、等直径桩基,形成群桩基础,采用八边形承台,把新老桩基及老承台连成整体,提高桩基承载力及抗冲刷能力。(4)严格执行《交通运输部关于进一步加强公路养护管理的若干意见》(交公路发【2013】321号),加强桥梁安全保护区管理,坚决查处大桥跨越的河道上游500m,下游2000m范围内的采砂活动,并采取相应的保护措施。避免桩基周围河床下切,加剧桩基外露,承载力下降,影响桥梁运行安全。(5)避开汛期,先对下部河道进行清理,然后根据加固施工图设计,对需要加固的桩基及新加桩的河道范围进行围堰施工,后续对上部工梁封缝、粘贴钢板、更换支座,对桥墩盖梁封缝粘贴钢板,两岸桥台锥坡及桥面系施工等,每个环节都有监理工程师监理,确保施工质量。加固效果良好,桥梁安全运营。

5结论

(1)对通航河道区域内桩基的加固,由于不能加设拦砂坝减缓河床冲刷速度,因此首选方案考虑采用群桩基础,加做具有分水性能较好的多边形承台,承台底留一定裙边,减缓水流对桩基的冲刷。(2)在河床变迁较大的河流修建桥梁,设计时应更多地考虑冲刷对墩台基础的影响,从本座桥及德宏地区我们加固的跨其他河流的桥梁墩台基础现状分析,桩基的冲刷深度比预测的深,因外界因素,导致河床地面线的变化超出预料。(3)桩基桩基在满足设计桩径的前提下,应考虑加粗及加深,同时混凝土保护层的厚度严格按照规范要求设置,箍筋加密段长度视冲刷深度必须加长,以提高桩基的受力性能及防冲刷能力。(4)对易变迁河床的处治,河流沿线局部采沙不平衡,引起河床局部变形,通过在桥位下游设置柔性拦砂坝,人为压缩桥下过水面积,改变天然河道的水流条件,使桥位上游河道水位壅高、流速减缓、水流挟沙能力降低,不失为一个好的处治措施,但本桥有通航要求,所以不能采用该方案(5)禁止在河床上、下游安全范围内的采沙行为,管养单位必须定点定期对河床变化进行观测,一旦发现河床快速下切,必须采取有效措施保护桥梁结构物安全。

参考文献:

[1]JTGD63-2007,公路桥涵地基与基础设计规范.

[2]JTGB01-2014,公路工程技术标准.

[3]姐告大桥、姐告新大桥检测报告.

[4]姐告大桥、姐告新大桥加固施工图设计.

[5]赵明华.桥梁桩基计算与检测.北京:人民交通出版社,2000.

作者:苏加强 单位:云南省公路科学技术研究院

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