梅州大桥维修加固设计说明(施工图设计)

-1-1工程概况梅州大桥位于梅州市城区，是国道G206上的一座大桥，中心桩号为：K2160+441.2，上部结构为9跨40m的刚架拱，下部结构为重力式桥墩，钻孔灌注桩。该桥全长401.58m，桥面宽为28m。设计荷载为汽-20级，验算荷载为挂车-100，人群荷载为3.0kN/m2。图1.1-1梅州大桥2编制依据2.1相关文件（1）《国道206线梅塘大桥施工图设计》（一九九三年六月）（2）《梅州大桥检测、静动载试验报告》（广东省公路工程质量检测站二〇一〇年十二月十日）（3）《国道G206线梅州大桥维修加固方案评审会会议纪要》2.2相关规范（1）《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）（2）《公路桥涵养护规范》（JTGH11-2004）（3）《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）（4）《公路桥涵设计规范》（合订本）（1989）（5）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）（6）《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）（7）《公路桥梁加固设计规范》（JTG/TJ22-2008）（8）《公路桥梁加固施工技术规范》（JTG/TJ23-2008）3加固设计技术标准（1）设计荷载：原设计荷载等级为汽－20级、挂－100，本次维修处治维持原荷载等级即汽－设计说明-2-20级、挂－100。（2）桥面宽度：维持原桥面全宽28.0m。（3）桥面布置及纵横坡度：维持原设计4病害情况根据检测报告，本桥主要病害整理如下，详细的检测情况见《梅州大桥检测、静动载试验报告》（广东省公路工程质量检测站二〇一〇年十二月十日）：4.1桥面系该桥桥面为水泥混凝土桥面，桥面各墩台顶伸缩缝橡胶条均已破损剥落，填满泥沙，并有跳车现象；全桥桥面磨耗较严重，车轮位均已磨光，局部有小坑槽及脱皮露骨现象；在各拱肋对应桥面位置均有出现纵向裂缝，裂缝基本贯通全桥，中间机动车道在L/4、3L/4处有出现大面积的网裂。中间机动车道排水孔均有泥沙堵塞。图4.1-1桥面网裂第1跨桥面跨中位置平远往丰顺方向中间机动车道出现桥面穿孔、砼破损碎裂，破损区钢筋基本断裂，破损面积约为3m×2m；中间机动车道排水孔均有泥沙堵塞。墩顶防撞栏局部有破损。图4.1-2桥面破损、穿孔4.2上部结构全桥上部结构为9跨40m刚架拱桥，每跨共有9片主拱肋，拱肋由上弦杆、斜撑、主拱腿及实腹段组成，拱肋间上弦杆及实腹段共设有12道Ⅱ型横系梁，两侧大节点位置各设有1道Ⅰ型横系梁，每侧主拱腿设有2道横系梁。（1）肋腋板全桥各跨约20%～70%肋腋板底面出现开裂，部分裂缝宽度超过0.25mm，个别裂缝宽度达2mm，并伴有渗白浆、水迹现象；部分肋腋板有出现小破损剥落、露筋，其中右侧肋腋板病害危害情况比左侧严重，而且病害主要集中在第1跨～第3跨间以及第9跨。图4.2-1肋腋板破损-3-（2）横系梁各拱肋间大部分横系梁出现斜向及竖向裂缝，个别横系梁裂缝比较宽，约0.3mm，且基本裂通整个系梁截面，仅靠钢筋连接。部分系梁砼有较严重的蜂窝孔洞及露筋。图4.2-2横系梁开裂、露筋图4.2-3横系梁混凝土破损（3）大节点、小节点全桥大部分拱肋大节点处均有出现贯通的U型裂缝，裂缝宽度约0.15mm，部分裂缝沿拱肋两侧面向上延伸约5～30cm；小节点处仅有个别出现此类裂缝，且裂缝宽度很小均小于0.1mm；部分节点处出现蜂窝孔洞、渗白浆现象，如：第1跨2号拱肋平远侧大节点处有1处蜂窝孔洞，面积为28cm×18cm。第2跨2号肋丰顺侧小节点处砼振捣不严，蜂窝孔洞。第2跨丰顺侧5号肋大节点处有严重的渗白浆。图4.2-4大、小节点蜂窝孔洞（4）上弦杆、实腹段拱肋全桥各跨上弦杆、实腹段等构件状况良好，未见明显破损、开裂，仅发现第7跨跨中处1号～9号肋均有出现1～7条竖向表面收缩裂缝，裂缝宽度均较小，约0.1mm左右，且大部分未裂至肋底。（5）拱腿、斜撑全桥各跨拱腿、斜撑等构件状况良好，未见明显开裂，但局部出现蜂窝、孔洞现象，如：第2跨近2号墩侧3号拱腿根部有1处蜂窝孔洞、露筋，钢筋锈蚀严重。第8跨平远侧2号拱腿在15号系梁位置有1处蜂窝孔洞，并有露筋锈蚀。4.3下部结构（1）支座各墩台顶支座没有发现明显的开裂，压缩现象，均有轻微的剪切变形。（2）墩顶立柱、盖梁各墩顶均积满泥沙垃圾，个别还长有灌木、小树；7号墩立柱顶盖梁有3处砼-4-涨裂、剥落。（3）桥墩、桥台全桥大部分墩台状况良好，未见严重破损。检测中发现9号桥台拱座4号拱腿对应位置及3号～4号拱腿间各有1条竖向裂缝，宽约0.2mm，裂缝从拱座顶面一直往下延伸。9号桥台右侧挡墙有两条贯通竖向裂缝，缝宽约2～3mm，且表层砂浆有剥落。图4.3-1桥台挡墙竖向裂缝4.4水下基础探查大桥所在河道宽阔，水质较好，水流平缓，河床底部以沙石底为主，大桥水下墩基础表面有少量厚度不超过1cm的贝类水生物。其中2-2号、2-9号、2-10号、2-11号桩有露筋现象，露筋数量从4根至13根不等。1-11号、2-1号、2-6号、2-7号、2-加2号、4-1号、4-2号、4-3号、4-4号、4-5号、4-6号、4-9号、6-1号、6-7号、6-9号、6-10号、6-11号、6-13号、6-14号、6-15号、7-4号、8-7号、8-9号桩各桩身表面有露筋现象。2-3号、2-8号、2-加1号、2-加2号、3号墩、5-1号、5-2号、5-7号、7-1号、7-2号、7-3号、7-7号、7-8号、8-6号、8-10号、8-11号、8-12号各桩身局部有钢护筒，钢护筒锈蚀严重；其余各桩无钢护筒保护，各桩与河床结合处未见冲刷掏空。原设计河床较高，河床线基本位于桩基顶面处，和原河床线相比，如今河床普遍存在明显的冲刷与下切，各墩顶河床下切量介于3～6cm之间。2号墩承台表面轻微露沙，但整体结构完好，未见明显破损。2-1号桩身在距承台底部10cm处有一40cm的钢护筒，没有钢护筒桩身表面轻微露石。2-2号桩身表面轻微露石，在小里程往上游转角处河床往上有4根纵向露筋、最长约为170cm，有10根横向露筋、最长约为100cm。图4.4-12-2号桩基础混凝土剥落、露筋2-3号桩身距河床120cm处有一长30cm的钢护筒，没有钢护筒桩身表面轻微露沙，桩与河床结合处、与承台结合处未见有明显破损。2-6号桩、2-7号桩桩身无钢护筒保护，表面轻微露石，但未见露筋。2-8号桩身钢护筒座底，钢护筒锈蚀严-5-重，但整体结构严实，未见露筋。2-加1号桩身表面局部有钢护筒，没有钢护筒保护的桩身表面轻微露沙，整体结构严实，未见明显破损。2-加2号桩身表面自河床往上20cm局部有钢护筒，没有钢护筒保护桩身表面严重露石，但未见露筋。2-9号桩身在小里程往下游面距河床30cm处有4根横向钢筋、最长露筋约为150cm，有3根纵向露筋、最长露筋约为150cm。图4.4-22-9号桩基础混凝土剥落、露筋2-10号桩身在大里程往下游面自河床往上有8根横向钢筋、最长露筋约为150cm，有5根纵向露筋、最长露筋约为130cm，露筋处破损进深约为3cm。图4.4-32-10号桩基础混凝土剥落、露筋2-11号桩身在小里程往下游面距河床40cm处有3根横向钢筋、最长露筋约为20cm，有1根纵向露筋、最长露筋约为60cm。2-12号桩身无钢护筒保护，桩身表面轻微露石，未见露筋。图4.4-42-11号桩基础混凝土剥落、露筋4.5病害综述由检测结果可知梅州大桥在多年的运营下出现较多的病害，主要的病害如下：桥面系中伸缩缝老化、破损较严重；桥面各跨铺装层磨耗较严重均有不同程度纵横开裂，其中第1跨右侧机动车道已经严重破损穿孔，机动车道大部分泄水孔填满泥沙。上部结构存在较多结构性病害，主要病害表现在：肋腋板开裂、破损情况严重，部分裂缝宽度较宽达0.3mm，且第1跨右侧机动车道已经出现穿孔现象。横系梁出现较多的竖向、斜向裂缝，个别裂缝较宽且有出现断裂迹象。大部分大节点位置均有出现环向开裂，裂缝宽约0.15mm。其余构件状况较好，未见严重破损、开裂，仅局部有蜂窝孔洞。墩台状况良好，仅9号桥台台座位置出现有2条竖向裂缝。砼强度：通过在拱肋及墩顶立柱上设测区检测结果表明结构砼强度与设计值相比偏低。桥面线性检测结果表明各跨跨中均存在不同程度下挠，跨中相对下挠最大值为-6-7.299cm。水下基础结构：河床冲刷下切情况较为严重，与原设计河床线相比，现在河床普遍下切3～6m，而梅州大桥桩基长度不长，只有12m左右，及大部分桩基埋深只有设计值一半左右；此外，桩身表面有轻微的露骨现象，其中2-2号、2-9号、2-10号、2-11号桩有露筋现象，未见严重的破损孔洞。4.6结论及建议综合上述外观病害检测结果，梅州大桥存在较多结构性病害，技术状况等级评为四类桥，按桥涵养护规范规定须进行大修或改造，及时进行交通管制。第1跨静载试验结果表明试验跨主拱肋结构整体刚度、强度性能均较好，实测最大应变值、挠度值均小于理论计算值，拱脚相对水平位移、结构基频与理论计算值比较接近，即其实际承载能力基本能满足原设计荷载等级汽-20、挂-100的要求，但安全储备不足，横向联系薄弱，整体共同工作性能差。针对该桥的具体病害提出以下建议：（1）由于该桥横系梁、肋腋板及拱肋的大小节点均存在较多结构性病害，且第1跨右侧机动车道已出现破损穿孔，直接影响行车安全，建议继续对桥梁进行交通管制，限速、限载通行。具体管制方案为：继续封闭平远往丰顺方向桥面的机动车道，禁止一切车辆及行人通行；将原丰顺往平远方向机动车道设置为双向通行机动车道，并对此车道进行限速、限载管制，禁止总重大于5吨的车辆通行，通行速度应限制在20km/h以下，两外侧非机动车道可正常运营，为缓解交通压力，可允许3吨以下小汽车通行。（2）该桥存在较多结构性病害，已影响到结构的安全与稳定，应尽快对全桥进行全面彻底的维修加固，以保证桥梁运营安全。（3）针对肋腋板承载力低，破损重的现状，建议拆除原桥面系，更换原桥面的肋腋板，重新修筑整体化桥面，并做好其余的防撞栏等构件。（4）对所有横系梁进行加固处理，可采用增大截面法对横系梁进行加固补强以增强结构的横向联系，提高结构的整体工作性能。（5）由于各跨主拱肋跨中均存在明显的下挠变形，虽然静载试验表明主拱肋可以满足设计荷载等级要求，但结果第一阶频率偏小，说明结构刚度较小，而且梅州大桥交通压力大，负荷重，建议可增加拱片等形式对拱肋加固补强，以提高结构的安全储备。（6）对2号墩露筋柱基采用外包钢筋砼进行补修完整，防止进一步破损。（7）由于河床冲刷下切较重，而桩基的长度均较短，建议对河中各墩周围河床防护以增加结构的稳定性与安全性。5主要病害原因分析5.1原结构复算原结构复算按照原设计采用的荷载等级和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）（以下简称规范）要求进行。计算采用MIDASCivil有限元建模软件建立三跨空间模型进行计算分析，计算模型见下图。-7-图5.1-1计算模型总体图图5.1-2计算模型侧面图计算荷载（1）结构重力：混凝土容重按25kN/m3计，程序自动计入。（2）二期恒载：包括肋腋板及桥面铺装24.0kN/m,边防撞护栏7.7kN/m，中防撞护栏4.0kN/m。（3）活载：双向四车道。（4）主要材料指标：表5.1-1混凝土指标强度等级弹性模量(MPa)线膨胀系数标准值设计值baR(Mpa)blR(Mpa)aR(Mpa)lR(Mpa)3030000.001.000e-00521.02.1017.51.752528500.001.000e-00517.51.9014.51.55表5.1-2普通钢筋指标普通钢筋弹性模量(MPa)aR(MPa)gR(MPa)bgR(MPa)Ⅰ级钢筋210000.00240240240Ⅱ级钢筋200000.00340340340（5）荷载组合：原桥设计荷载为汽车-20级，本次复算中仍采用汽车-20级，验算荷载采用挂车-100，考虑以下两种荷载组合：荷载组合Ⅰ：1.2恒载＋1.4汽车-20级；荷载组合Ⅲ：1.2恒载＋1.1挂车-100。（6）混凝土收缩