浅谈中小桥梁上部结构改造维修

(整期优先)网络出版时间:2025-01-23
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浅谈中小桥梁上部结构改造维修

郭丽芬

甘肃省兰州公路事业发展中心

摘要:对矮T梁和空心板梁进行方案对比,从构件可靠性、工艺工法施工难易、养护维修方面进行对比分析对结构全寿命周经济性的影响。

关键字:桥梁;全寿命周期;维修设计;环保;

0引言

1912-1949年,全国通车的道路仅8万公里,全国三分之一县不通过公路,随着经济的发展现在已经实现了村村通,我们都不会在为出门难而犯难了。可是道路网一直持续新建加密的同时公路桥梁数量也在持续增加,目前我国的公路已经超过了60万座,其中40 m以下的中小桥梁要占总量桥梁的90%以上。随着公路交通发展进入高速、高效运行的同时,也产生了桥梁维修数量急增,费用加大,尤其是占比90%以上的中小桥梁的维修。在维修危旧桥梁时如何在桥梁现状条件下延长寿命节约成本,提高桥梁全寿命周期经济性。如何在中小桥梁改造维修中实现低碳、绿色、环保的建设理念值得我们关注的问题,通过排洪沟-1桥上部结构改造为背景进行对比分析。

2维修前桥梁概况

排洪沟-1 桥修建于 2002 年,桥梁跨越砂沟,斜交45°,无常流水。上部结构为 1-10m 空心板,桥梁全长 10.56m,桥梁宽度:净-11+2×0.5m,原桥设计荷载等级为汽车-20 级、挂车-100。全桥板底纵桥向 20cm 间距分布横向裂缝,伴有 渗水泛碱,桥梁边板板底及翼缘伴有严重渗水泛碱,经评定桥梁技术状况为 4 类桥,重载车辆较多,桥梁现状已不满足 现有重载交通荷载需求存在安全隐患。为及时处治桥梁病害,延长桥梁使用寿命,确保桥梁运营安全。对上部结构进行改造维修。

3方案对比与分析

由于本桥为旧桥改造工程,结合沿线自然条件和社会环境, 技术条件,在下部结构不变的情况下桥梁上部结构的建筑高度、平面尺寸收到限制,经现场调查,搜集桥梁技术档案资料及桥梁定期技术状况评定报告,结合现场实际情况拟定以下两个改造方案。

3.1梁、板结构受力分析

预应力混凝土矮T梁,在受弯构件破坏时,大部分受拉区混凝土几乎已失去工作性,产生裂缝后,忽略拉区混凝土对承载力的影响,将其挖去,在节约了混凝土的同时抗弯能力不变。矮T梁结构在结构高度受限的情况下,可通过缩小板梁间距,降低建筑高度,较传统T梁建筑高度低,梁端无加厚展宽,辅以横隔梁后整体性较好,受力性能优越,结构受力及传力路线明确,受力性能优越,仍能满足良好的安全储备。

10~20m 跨径预应力混凝土空心板梁,空心板梁具有建筑高度低、横向稳定性好,所以在建筑空间受限情况下适用性,但其存在构造缺陷,又因受现场建筑尺寸限制,空心板梁厚度偏小的薄壁结构,配筋少,容易致使单片梁混凝土及钢筋疲劳受力折断,尤其在受偏载或重载时容易发生纵向弯曲、畸变及横向挠曲变形,承载能力不及方案一中矮T梁。

方案一:矮T梁                                         方案二:空心板梁

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根据公路桥梁典型病害调研结果揭示,空心板结构在运营 3~5 年之后病害普遍存在,而T梁结构使用性能基本完好,甚至运营已超过50年的T梁仍是如此。从结构可靠性看T梁结构要优于空心板梁。

3.2梁、板施工对比分析

1、空心板梁方案在结构配筋和尺寸上来看混凝土与钢筋耗材上要比T梁节省费用;

2、因空心板梁在本改造工程中底模、侧模、顶模、内模仅可使用一次且模板耗材较多,而T梁8偏梁只需中梁一套、边梁半套就可以完成模板耗材少,利用率较高,故T梁利用率高于空心板梁;

3、在施工难易成度上看T梁要易于空心板,T梁结构简明,施工只需模板定位精度控制达到要求保证钢筋保护层厚度,按照要求绑扎钢筋、穿预应力筋、浇筑混凝土、预应力筋张拉及压浆及养护,空心板结构复杂,结构断面纤薄,配筋少、截面钢筋、钢束定位精度要求高,就现有施工工艺无法精确达到设计要求,时常造成钢筋保护层厚度、钢束位置等控制不严格,出现内模浇筑过程中移位厚度难以控制,致使顶板厚度不足,钢筋保护层厚度不足而漏筋,另外箱体内常缺少有效检测手段,外加箱室内温室效应等,导致其极易开裂。在后期使用中产生板梁裂缝及铰缝病害。

显而易见T梁结构构件耗材较多与空心板,但施工快速、工艺简单、实体截面质量有保障优点。空心板结构构件耗材较少,但在施工中的工艺要求也高于T梁,且板厚度难易控制易为以后梁的使用中埋下隐患。

3.3梁、板养护与维修

空心板梁的工程病害主要表现在铰缝病害、板梁裂缝两方面。铰缝病害有其构造缺陷上的原因,如铰缝断面小且效果不佳的钢筋连接,同时不易振捣密实、自身结构刚度较小。板梁在车辆以及温度、收缩徐变等荷载反复作用下随着时间的推移造成板体间混凝土的粘结力逐渐降低,至使铰缝混凝土碎裂、脱落,易形成单板受力。板梁裂缝包含纵向、横向以及腹板竖向几种形态,就原排洪沟-1同样出现了板梁裂缝的病害,当下常采用的空心板设计图纸,箱室内壁多数不布设构造钢筋,低含筋率尽管降低了构件经济指标,但同时宜残留质量缺陷。经实践总结,空心板桥梁一般在运营后 3~5 年后出现病害,在运营 8 年前后就会出现大量的维修。结构使用寿命短,后期桥梁维护中要彻底解决铰缝失效问题,只能取消横向铰接改用横向刚接或者进一步提高梁板建筑高度、桥面铺装调平层结构厚度,养护维修费用高。

从全寿命周期成本考虑,矮T梁在安全性能、施工工艺、疲劳性能、耐久性能、生态性能和服务性能上均优于空心板结构,基本消除了后期维修带来的环境影响,故而后期维修费用低,结构刚度较大,重在承载冗余度较大。随着物流业的快速发展,重型车载也不断增加,早期修建空心板桥病害均已体现。应该说,对既有空心板桥梁,矮T梁结构是其较好的维修替代品。

矮T梁结构在中小跨径桥梁的适用性强,是中小跨径桥梁桥跨结构的主要使用类型,在整个桥梁的全寿命周期具有良好的社会效益和经济效益。

结论

从上述方案对比中可见在倡导低碳、绿色、环保的发展理念下,我们必须从构件结构设计上注重构件全寿命周期的经济、社会效益,不能只讲工程造价成本。在排洪沟-1改造工程方案的结构耐久性和全寿命周期的经济效益可以看出,中小桥梁桥跨结构维修全寿命周期的经济性不能只看结构造价,若只看结构造价空心板梁要比矮T梁造价低,但使用性却不及矮T梁且病害发生频率高,后期维护费用高。桥跨结构的设计结构类型决定了结构的可靠性,结构的可靠性决定了结构的使用年限,同样也决定了后期维护费用。若能在考虑构件结构可靠性的同时能减少维护费用,同时能在中小桥梁维护性工程设计中充分考虑工艺工法的优化,不仅能减少工程施工成本也有效避免后期病害。技术先进,结构可靠的设计方案就时低碳的、绿色的环保的。尤其在中小桥梁维修中更要注重方案的设计和优化,通过优化的设计方案提高构件的可靠度,提高构件全寿命周期经济性,减少后期养护费用。

参考文献

[1] .《公路桥梁加固施工技术规范》.人民交通出版社,2008;

[2].《公路工程技术标准》.人民交通出版社, 2014;

[3].《公路桥涵设计通用规范》.人民交通出版社, 2015;

[4].《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》.人民交通出版社,2018; 

[5].《公路桥涵施工技术规范》.人民交通出版社, 2020;

作者简介

郭丽芬,女,甘肃省兰州公路事业发展中心,助理工程师,联系电话:18993199019