小半径立交匝道桥典型病害加固设计研究:高速公路匝道图解

来源:高等教育 发布时间:2019-05-12 05:54:12 点击:

  摘要:本文通过对公路互通立交匝道桥进行典型病害检测,分析病害成因,并提出详细的加固设计方案,为该类桥型的病害分析及加固设计提供一定的借鉴。   关键词: 匝道桥;病害分析;加固设计
  
  1 概述
  
  京沪高速C匝道桥全长652.50m,桥跨组合5×25m+1×20m+2×30m+2×25m+5×25m+5×25m+5×25m+1×21m;上部结构为等截面预应力砼连续刚构箱梁;平曲线最小半径为127.75m。下部结构为墙式桥墩、钻孔灌注桩基础、整体式桥台、扩大基础;球型支座;桥面设80型伸缩缝。在例行养护检查中发现,多跨箱梁腹板出现竖向裂缝,箱梁底板出现纵横向和斜向裂缝。梁端腹板出现斜向裂缝。墩柱上部出现竖向和环状裂缝,部分墩柱横向出现偏位。
  
  2 匝道桥病害检测情况
  
  2.1 检测内容和检测方法
  利用桥检车提供的平台,对匝道桥箱梁梁体底板、腹板和翼缘板等进行全面检查,并对墩柱外观和偏位,以及支座工作状况进行详细的检测。
  (1) 墩柱和梁体外观检测:近距离主要以目测为主,发现问题进行详细观察。发现裂缝的位置,红笔标识并拍照,并用刻度尺、裂缝宽度仪和深度仪对裂缝长度、宽度、深度进行观测及记录。
  (2) 支座工作状况检查:目测破损、异常变形等情况,有无明显的变位痕迹、垫石破损等情况。如发现支座有变形、位移等,分别用游标卡尺、垫尺等进行量测。
  (3) 墩柱的变位观测:该桥属于曲线桥,桥墩为墙式桥墩,同时桥墩高度均较大。为保证测量的精度,墩柱的偏位采取在每个墩柱横向和纵向的正前方架设全站仪,分别测量墩柱的横向和纵向偏位。
   2.2 检测结果
  通过以上检测,得到梁体、墩柱和支座病害,简要记录如下:
  (1)梁体和墩柱裂缝。梁端腹板斜向裂缝主要集中于第五跨、第十跨、第十一跨;梁体腹板竖向和底板纵向、横向和斜向裂缝主要集中于第三跨、第四跨、第十四跨、第十七跨、第十九跨、二十五跨。 8根墩柱距墩顶4~5m范围内出现横向裂缝和竖向裂缝。
  (2)14个支座出现横向滑移,最大位移量为4.0cm。大部分螺栓螺母锈蚀。其中一个支座上下螺栓卡位。
  (3)墩柱横向偏位最大为13、14号墩,倾斜度为6.1‰;纵向偏位最大为6号墩,但倾斜度为2.9‰。
  
  3 病害原因分析
  
  (1) 梁端腹板出现斜向裂缝,主要集中于第五跨、第十跨、第十一跨等安装伸缩缝的梁端位置。由于匝道桥平曲线半径较小,箱梁在弯矩和扭矩复合作用下,伸缩缝附近的梁端腹板可能出现局部受剪过大现象,从而出现斜向裂缝。
  (2) 梁体腹板竖向和底板纵向、横向和斜向裂缝主要集中于第三跨、第四跨、第十四跨、第十七跨、第十九跨、二十五跨。这些裂缝的出现,与匝道桥平曲线半径较小、箱梁的弯矩和扭矩复合作用明显有关,并由于超载车辆的通行加剧裂缝的出现。
  (3) 墩柱裂缝主要产生在距顶部4~5m处,这是由于该桥属于连续刚构结构,桥墩在整体受力协调变形后,在距墩顶和墩底约1/3处受力最大,从而该部位易出现开裂现象。
  
  4 结构加固方案
  
  针对该桥出现的典型病害情况,经过反复的验算,参照其它类似桥梁的加固经验,提出以下加固方案。
  4.1 上部结构加固
  (1) C匝道5号墩顶向4号墩侧箱梁两侧腹板、10号墩顶向9号墩侧箱梁两侧腹板、10号墩顶向11号墩侧箱梁两侧腹板,需要采用碳纤维布加固。
  (2) 加固范围为靠梁端3m区段整腹板,纵向及竖向均采用30cm宽碳纤维布,间距20cm。
  4.2 更换支座
  (1) 需要进行支座更换的墩号为:C匝道桥15号墩靠14号墩侧。将原支座更换为单、双向滑动盆式橡胶支座,纵桥向平面曲线内侧更换为GPZ(II)2.5DX,曲线外侧更换为GPZ(II)2.5SX。
  (2) 在加固后墩顶设置临时顶梁支点。
  4.3 下部结构加固方案
  经分析考虑,对C匝道10号、15号、20号墩下部结构进行加固。下部结构加固分三个方面:
  (1)墩身的加固。
  原桥墩身为花瓶式墩,墩身中下部尺寸为200cm×120cm并设有25cm×15cm倒角的等截面矩形段,上半部分为410cm高的花瓶式变宽段,墩顶平面尺寸为400cm×140cm并设有10cm×6cm倒角。墩身的加固为对称加固,新老墩身竖向中心线重合。加固后的墩身中下部尺寸为360cm×180cm并设有25cm×15cm倒角的等截面矩形段,上半部分为410cm高的花瓶式变宽段,墩顶平面尺寸为560cm×180cm并设有25cm×15cm倒角。 在墩身四周各面,以40cm×40cm左右的间距植入普通剪力筋后,绑扎加固墩身钢筋,逐段浇筑墩身砼。在墩身顶面以下竖向15cm间距种植两排抗拔钢筋,横向间距为30cm。植筋结束后应进行清整,方可进行加固部分的钢筋及砼的施工。
  (2)承台的加固。
  原桥墩承台为纵横桥向均为320cm、厚200cm的矩形承台,加固厚的承台尺寸为:横桥向长1120cm,纵桥向宽380cm、厚250cm。新旧承台底面同标高,竖向中心线重合,为对称布置。将原承台横桥向侧面砼凿除20cm厚,露出横桥向承台底面钢筋,并将其与加固部分钢筋双面等强焊接。将原承台顶面及纵桥向侧面充分凿毛,使新旧砼能结合紧密,共同受力,并在纵桥向侧面以30cm×30cm左右的间距植入普通剪力筋。
  (3)桩基的加固。
  原桥承台下桩基为单根直径180cm桩基,在原桥墩桩基中心线横桥向两侧各450cm补设两根直径120cm的桩基,与加固部分承台对应。
  (4)下部结构加固要点。
  ① 墩身及承台的施工注意事项。
  a.植筋钻孔应尽量采用小的振动工艺,植入深度应大于12d,直径为25mm的钢筋钻孔直径为32mm,直径为20mm的钢筋钻孔直径为28mm,钻孔时要避开原结构钢筋,若钻眼位置与原结构钢筋相碰,可适当挪动钻眼位置1~2cm,以保证不损伤原结构钢筋。每个钻孔结束后应尽快安排植筋工作。
  b.种植锚筋前,钻孔要用刷子及清洁压缩空气清孔,并满足植筋的干燥要求,抗拔种植锚筋所用的胶剂,设计参考采用喜利得HY-150化学粘合剂固定钢筋,要求200C凝胶时间10min以内,固化时间1h以内。钻孔植筋应由专业人员操作,并对所用胶剂进行粘结抗拔试验,验证凝胶和固化时间,合格后,方可正常使用,植筋结束后,应进行清整。
  c.墩身及承台原结构表面要充分凿毛,使新旧混凝土能结合紧密,共同受力。
  ② 桩基施工注意事项。
  a.桩基施工要求钢护筒落入岩面,全过程采用回旋钻钻孔,反循环吸浆工艺,施工过程中避免对桩周土体产生震动。
  b.桩底进入微风化岩面长度应全截面进入岩面不少于1.5倍桩径,桩底沉渣不得大于3cm。
  c.桩内主筋需要焊接时,每个断面接头数不应超过主筋的50%,焊接采用双面焊接,焊缝长度不小于5d。
  
  5 结束语
  
  在高速公路桥梁中,匝道桥最容易出现病害,且病害的形式多而杂,匝道桥多为带坡度的弯桥,病害的检测多要采用桥检车或搭脚手架进行,故病害不易发现,通过本文的典型病害分析,可以为其它匝道病害的观测和加固提供借鉴。
  
  参考文献:
  [1] 胡大琳等.桥涵工程试验检测技术[M].北京:人民交通出版社,2002.
  [2]杨文渊等.桥梁施工工程师手册[M]. 北京:人民交通出版社,2003.06.
  [3]范立础.混凝土桥梁安全性和耐久性[M].北京:人民交通出版社,2002.9.

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