安新高速公路改扩建工程老桥加固方案

摘要: 随着安新高速公路交通量增大, 道路通行能力日趋饱和, 路段普遍存在着多种病害。针对安新高速公路桥梁现存 病害的具体情况, 对其进行量化总结, 提出相应的整治方案, 对广大交通工作者分析现有公路桥梁病害及成因有所帮助, 也对相应的病害处理有一定的参考作用。 

关键词: 高速公路,老桥加固,设计标准, 检测结果,加固

1 设计标准 

安阳至新乡高速公路是国家《国民经济和社会 发展十年规划和第八个五年计划纲要》所确定的重 点公路建设项目之一, 是京珠国道主干线穿越河南 省北部的重要路段。该路于1996年建成通车, 随着 近年来交通量的不断增大, 通行能力日趋饱和, 道 路进行加宽和改扩建已势在必行。自通车以来, 该 路段病害情况普遍存在, 前期需针对老路老桥已有 的病害进行老桥加固处理。对本项目的设计标准, 交通 厅在多次讨论后确定了“老路老标准、新路新标 准”的设计理念。桥梁设计亦采用分车型行驶的原 则进行设计, 具体的设计方案是安新高速公路原有结构物行驶轻型车, 按汽车超20、挂车- 120标准 进行老桥加固和维护; 新加宽结构物按公路- I级标准进 行设计。

2 老桥典型病害处治方案 

2.1 老桥典型病害 安阳至新乡高速公路改扩建工程项目部为获取 安新高速公路老路路情, 以作为改扩建的设计依 据, 对全线路面和沿线所有构造物进行了普查和检 测。检测结果表明, 其承载能力目前基本满足使用 要求( 见表1) 。但老桥由于运营时间较长, 其安全储备较低, 且存在以下病害: a) 梁板、铰缝铰缝脱落、渗水、泛碱、单板 受力、蜂窝、麻面、空洞、钢筋外露锈蚀、保护层 厚度不足、混凝土剥落、横纵向裂缝, 并伴随铰缝 附近板底混凝土破损; b) 支座支座老化、变形、错位、丢失、脱空, 导致板三点或两点支撑, 大桥支座病害较为严重; c) 伸缩缝伸缩缝钢件锈蚀、橡胶老化、开 裂、缺损、缝内堵塞, 影响伸缩功能, 导致跳车现象 严重; d) 盖梁盖梁出现裂缝、混凝土严重碳化、剥 落, 钢筋严重锈蚀, 并受水侵蚀; e) 墩柱墩柱出现不同程度的混凝土开裂、鼓 包、脱落、钢筋外露且锈蚀现象。 

2.2 老桥典型病害处治方案 针对以上病害问题, 经过研究, 提出以下处治 方案。 

2.2.1 桥梁上部结构 根据表2统计的桥涵上部结构病害检测结果, 对桥梁病害进行处置, 梁板常见病害示例( 铰缝 脱落、贯通裂缝、渗水、露筋) 如图1所示。

 2.2.1.1 混凝土的空洞、蜂窝、麻面、表面风化、 剥落 将松散部分清除, 再用高强度等级的混凝土、 水泥砂浆或其他材料进行修补。新补的混凝土要密 实, 与原结构结合牢固。 

2.2.1.2 露筋或保护层剥落 将松动的保护层凿去, 并清除钢筋锈迹, 然后 用高标号水泥砂浆修复保护层。 

2.2.1.3 空心板底裂缝 a) 非结构性裂缝采用环氧树脂对宽度<0.1mm 的裂缝进行封闭, 对宽度>0.1mm的裂缝采用压力 灌浆法灌注环氧树脂胶或其他灌缝材料; b) 结构性裂缝建议采用粘贴法加固, 沿主拉 应力方向( 垂直于裂缝方向) 粘贴碳纤维或钢板。 c) 在梁上加体外预应力进行加固。 

2.2.1.4 对于个别断板或顶板破损的空心板, 更换 新板。 

2.2.1.5 板间渗水、铰缝脱落( 见表3) 防治方法有以下几点: a) 铣刨桥面铺装, 凿除松散结构, 植入钢筋 网, 使桥面铺装有效地参与主梁受力; b) 沥青混凝土层和防水混凝土层间加铺一层防 水层; c) 沿铰缝边缘植入钢筋, 增强板间横向连接; d) 加强桥面铺装的横向布筋, 加密、加粗桥面 铺装钢筋网中横向的钢筋, 以实现有效的横向传力。 

2.2.2 原桥梁硬路肩处3片梁板处理问题 安新路通车以来, 病害情况普遍存在。按经验 验算, 安新路梁板的承载力能够满足正常使用要 求, 但各种病害对梁板造成的损伤对其耐久性和安 全性能都有较大的影响。尤其经调查表明, 在原安 新路施工过程中, 施工质量较差, 经修补处理的梁 板多作为边板被放置在路线外侧, 即加宽后的重车 车道位置( 见图2) 。 按加宽方案, 原安新高速公路桥梁外侧3片梁 板, 处于加宽后的第三车道位置, 即重车车道。在 荷载计算中, 加宽桥梁板与原桥梁板按铰接法处 理, 采用分车道行驶分布荷载, 按汽超- 20、挂 120和公路- I级荷载进行验算, 结果表明均可以满 足要求。 根据河南省交通科技项目《旧桥预应力空心板 的试验研究》结果表明, ( 完好情况下) 旧桥预应力 空心板, 基于荷载横向分布的设计活荷载效应, 其 承载能力按新老规范均能满足设计要求, 且具备较 高的安全储备。单板受力时, 如果不存在车辆超载 问题, 虽能满足设计承载力要求, 但安全储备较 低。基于旧规范的要求( 公路桥涵设计通用规范 JTJ 021- 89) , 如果超载率达15%, 板的安全性就无 法保证; 而基于新规范的要求( 公路桥涵设计通用 规范JTJD 60- 2004) , 如果超载率达5%, 板的安全 性就无法保证。 对于一类、二类梁板应采取必要的封闭裂缝、 防止预应力筋锈蚀等措施; 对于三、四类梁板, 建 议按照检测结果, 对其进行老桥加固; 对于断板或顶板 破损的空心板, 则须更换新板。以上对于梁板的处 理方法, 必须基于损伤缺陷等有关安全储备的检测 结果。检测结果愈精确, 愈有助于确定梁板状况的 分类, 进而确定处理方法。 综合考虑原安新高速公路桥梁外侧3片梁板存 在的各种问题, 包括重车超载现象比较严重以及大 量更换新板会增大改扩建的造价费用等多方面因 素, 建议对外侧3片梁板进行受压区加固和受拉区,老桥加固补强。同时考虑到本项目作为改扩建工程, 梁板受压区老桥加固补强有可能受桥面铺装影响, 施工可能更为复杂, 建议对梁板的老桥加固补强在与新加宽桥 梁连接时进行施工( 见图3) 。 

2.2.3 伸缩缝 伸缩缝由于要加宽的缘故, 应统一进行换缝处 理。 

2.2.4 支座严重剪切变形、老化开裂、错位( 见图4) 根据支座检测结果( 见表4) , 设计两种处置方 案进行比较分析。 2.2.4.1 方案一 对于严重剪切变形、老化开裂的支座进行更 换, 对错位的支座进行矫正。对支座局部脱空需要 抬高支座时, 可根据抬高量选用下列方法: a) 垫 入钢板; b) 更换为板式橡胶支座; c) 就地浇筑钢筋 混凝土支座垫石。 

2.2.4.2 方案二 对同一座盖梁上的一排支座, 若其中一个支座 损坏, 则整排更换新支座。更换下来的损坏支座废 弃, 完好的支座通过检测确定其是否能用, 如能够 使用则将旧支座放在一排使用。 经过比较分析, 建议方案二作为推荐方案。

 2.2.5 桥梁下部结构 对安新高速公路所有桥梁下部结构进行了详细 地检测, 检测结果如表5、表6所示。 根据上述检测结果, 对桥梁下部结构进行如下 处理。 

2.2.5.1 混凝土表面风化、剥落 将松散部分清除, 再用高强度等级的混凝土、 水泥砂浆或其他材料进行修补。新补的混凝土要密 实, 与原结构结合牢固。 

2.2.5.2 露筋或保护层剥落 将松动的保护层凿去, 并清除钢筋锈迹, 然后 用高标号水泥砂浆修复保护层。 

2.2.5.3 裂缝 对以下两类裂缝的处治: a) 非结构性裂缝采用环氧树脂对宽度<0.1mm 的裂缝进行封闭, 对宽度>0.1mm的裂缝采用压力 灌浆法灌注环氧树脂胶或其他灌缝材料; b) 结构性裂缝建议采用粘贴法加固, 沿主拉 应力( 垂直于裂缝方向) 粘贴碳纤维或钢板。

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