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1工程概況

集灌路分離式立交橋位于廈漳高速公路廈門段，原橋名為官林頭互通I-1橋，為左右幅分離的鋼筋混凝土矮墩連續剛構箱梁，橋跨組合為（20.5+2×21.5+20.5）m，全長88.30m。單幅上部結構采用單箱三室混凝土箱梁，梁高1m，頂寬12.5m，底寬6.5m，腹板厚0.40m，頂底板厚0.25m。下部結構采用薄壁墩、單排3根Φ1.2m鉆孔灌注樁基礎，墩梁固結。橋址區基巖埋深大于40m，基礎按摩擦樁設計。該橋于1997-07月竣工通車，檢測發現該橋混凝土保護層厚度與設計值相比偏薄，梁體出現結構受力的橫向裂縫，加固后粘貼的玻纖布老化，局部出現脫落，技術評定為三類橋。改擴建需要將原有橋梁拼寬至8車道。主要技術標準如下：（1）設計荷載，老橋為汽—超20，掛—120；拼寬新梁為公路Ⅰ級；（2）設計車速為120km/h；（3）橋面寬度：老橋總寬26.0m，雙向4車道，擴建后的橋梁總寬為42.0m，雙向8車道，在老橋兩側各拼寬8.0m。（4）地震基本烈度為Ⅶ度。

2擴建方案

根據老橋現狀調查、橋梁檢測報告及靜、動力荷載試驗結果，經過綜合分析，認為老橋經加固后可以繼續正常運營。橋梁擴建方案為:保留老橋并采取一定的加固措施，新建結構類型相同或相近的新橋，通過翼緣板濕接縫連接新老橋梁，最后形成雙向8車道的橋梁結構。

2.1結構體系分析

鑒于老橋采用墩梁固結矮墩連續剛構體系，在同跨徑橋梁中比較少見，為考察箱梁病害是否結構體系的問題，是否需要利用體系轉換來改善當前結構受力狀態，拼寬新橋采用何種結構形式比較有利，對如下2種不同結構體系進行分析比較：體系1：維持原有結構體系不變，進行加固、拼寬；體系2：解除2個邊墩的墩梁固結，維持中墩固結，進行加固、拼寬。采用midasCivil程序，以老橋為例，建立結構體系對比計算模型，主要考察箱梁邊跨跨中截面、中跨跨中截面、邊墩墩頂截面、中墩墩頂截面的面內彎矩以及邊墩墩底推力的差異。體系1與體系2計算結果的比值為1.012~1.112，結構體系的影響對橋梁上部箱梁結構受力影響并不顯著。因此，老橋加固以及新橋設計仍然采用原有的矮墩連續剛構體系，以避免老橋因體系變化導致次生病害產生，并保證活載作用下新老橋橫向變形比較一致。

2.2新橋結構

新橋采用與老橋相同的跨徑及上下部結構，以保證外觀一致且變形協調。橋跨組合為20.5m+2×21.5m+20.5m，全長88.30m。上部結構采用單箱雙室混凝土箱梁，梁高1m，頂寬8.0m，底寬5.5m，腹板厚0.40m，頂底板厚0.25m。薄壁墻式墩，墩身寬度3.0m，厚度0.6m，單排2根Φ1.2m鉆孔灌注樁基礎，墩梁固結；肋式臺、雙排4根Φ1.2m鉆孔灌注樁基礎。

2.3老橋加固

為確保橋梁能夠安全、正常的運營，在拼寬之前，必須對老橋進行加固，以提高既有結構的承載能力、耐久性。按照“老橋老規范、新橋新規范”的原則進行維修加固，即對原橋的結構驗算仍然采用85年頒布的相關規范（簡稱舊規范），但加固工程中涉及的材料、工藝等部分，執行最新頒布的規范（簡稱新規范）。除一般病害（如非結構性裂縫，混凝土表層破損、脫落，支座老化、破壞等）采用常規處治措施外，對主要病害箱梁腹板、底板裂縫，需進一步研究合理的維修加固措施。

2.3.1老橋主要病害

主要病害為箱梁腹板、底板裂縫、玻纖布老化，第4跨梁底玻纖布局部脫落，梁體出現超限寬的橫向受力裂縫，梁底共13條橫向裂縫，縫寬0.18~0.28mm，共計縫長22.1m。核查以往養護、橋檢資料，該橋在粘貼玻纖布加固之前的主要病害為：梁側腹板存在較多裂縫，均為豎向裂縫，右幅第1~3跨梁側腹板裂縫部分延伸至梁底，左幅第1跨梁側裂縫部分延伸至梁底，最大縫寬0.20mm；左幅第2跨1/4L~3/4L、第3跨1/4L~3/4L存在梁底橫向裂縫，最大縫寬0.10mm。

2.3.2病害成因分析

經過綜合分析，產生上述病害的主要原因如下：（1）施工措施不當，施工中混凝土震搗不密實、鋼筋位置偏差、保護層過薄、養護欠妥當等，造成混凝土質量不均勻，在受到較大荷載時，沿腹板產生的表面裂縫易與受拉區裂縫相連接［。（2）腹板側面裂縫部分從梁底向上開裂，梁底面出現橫向裂縫，均與主筋垂直，屬于梁受拉區出現的彎曲裂縫，說明結構抗力不足。（3）剛構橋屬于超靜定結構，混凝土收縮、徐變、溫度變化等都會對結構產生附加應力，導致混凝土開裂。

2.3.3加固方案

綜合考慮加固效果、施工便利性及加固施工過程中的通車要求等因素，在清理混凝土表面，對裂縫灌漿、封閉后，采用高強不銹鋼鉸線網-滲透性聚合物砂漿技術進行加固，施加預應力高強鋼鉸線網提高結構的承載能力，抗剪與抗彎加固的不銹鋼鉸線分別采用Φ3.2mm和Φ4.8mm規格，種類均為6×7+IWS，同時通過在外表面涂刷3cm厚度的配套高強滲透性砂漿增加結構的耐久性。加固前須拆除梁體表面粘貼的所有玻纖布。箱梁外側面沿腹板全高加固，主要受力鋼鉸線須垂直于橋梁軸線方向，并兜向底板45cm。箱梁底板上的鋼鉸線網需須順橋向布置，每跨內的鋼鉸線網在縱向不宜拼接，必須搭接時，在鋼鉸線受力方向的搭接長度應不小于80cm。施工工藝流程為：定位放線→混凝土基層處理→裁切鋼鉸線網片→鋼鉸線網片的固定與張緊→鋼鉸線網片節點的固定→涂刷界面劑→聚合物砂漿壓抹→濕潤養護。其中鋼鉸線網的固定和張緊是其能夠立即和原結構共同受力的關鍵。根據設計確定的錨具位置，通過植入螺栓和粘貼鋼板在構件端部固定錨具。鋼鉸線下料后，用專門的擠壓錨具擠壓套筒使其與鋼絲繩成為一體，在一側鋼絲繩的一端直接穿入錨具，另一端由專門的張拉器預張緊后進行錨固，參考以往工程經驗，預張拉應力取0.25~0.3倍的抗拉強度設計值。用配套專用固定銷釘對鋼鉸線網片的各節點進行逐段鉆孔錨固，使其固定在箱梁上。該項加固技術在國內許多建筑工程、橋梁工程上得到應用，實踐表明加固效果良好，其主要特點如下：（1）由于高強滲透性砂漿基本為無機材料、不銹鋼絞線網耐腐蝕性能好，較好地解決了混凝土結構加固后的耐久性、抗火、耐高溫性能等問題，加固性能可靠；（2）鋼鉸線網為高強不銹鋼鉸線編織成網，運輸及施工方便；（3）高強鋼鉸線強度高，其標準強度約為普通鋼材的5倍，加固后結構自重增加很小，對原結構的自重影響也很小；（4）對混凝土結構進行抗彎及抗剪加固均可取得良好的加固效果，并且可以顯著地提高構件剛度；（5）混凝土構件加固后的疲勞性能以及鋼網、砂漿的錨固、粘結性能良好；（6）易于大面積施工，在結構加固的過程中不影響建筑物的使用，對被加固的母體表面沒有平整要求，節點處理方便，更適合橋梁和樓板等混凝土結構的加固。

2.4新老橋拼接

經過多階段比選確定箱梁拼寬設計的基本原則為“上連下不連”，其要點如下：（1）新老橋上部結構通過拼接形成整體共同受力，下部結構分離獨立受力。（2）老橋箱梁翼緣板下緣鋼筋無法承受翼緣板剛接后產生的正彎矩，設計采用現澆鉸縫進行拼接。老橋翼緣板切除0.5m，新老箱梁之間預留0.5m的UEA鋼纖維混凝土翼緣板后澆段，新老橋之間通過植筋和鋸縫形成鉸縫，拼接鉸縫構造見圖5，頂板鋸縫填瀝青瑪蹄脂，底板填塞木條。（3）為減小拼寬部分收縮、徐變對老橋的影響，拼寬部分建成后3~6個月，再實施拼接。（4）為減小拼接后新橋基礎沉降對老橋的影響，應嚴格控制該基礎沉降，對新橋進行樁底壓漿。同時，為了降低新橋的后期沉降量，盡量使沉降量發生在拼接前，新橋上部結構施工完畢后，對梁體進行加載預壓，加載量不小于橋面2期恒載的重量，預壓時間控制在2~3個月。

3結構受力分析

3.1分析模型及計算荷載

采用MIDASCivil對老橋加固前后、老橋和拼寬新橋在拼寬前后、拼寬縱橋向相互影響及結構抗震性能進行分析計算，有限元模型見圖6。采用ANSYS進行新老橋翼緣板拼寬前后局部分析。考慮的荷載有施工臨時荷載、恒載、汽車荷載、整體溫差、梯度溫度、基礎變位、收縮、徐變、地震動等。老橋計算考慮了一定的定量退化處理。

3.2主要分析結果

（1）橋梁拼寬前，老橋在承載能力極限狀態下滿足規范要求，正常使用極限狀態下裂縫超限，需要進行加固。現行公路橋梁加固設計規范未對上述加固方法進行規定，考慮到該方法與粘貼鋼板加固法同屬于復合截面加固法，鋼鉸線網與鋼板的受力方式均設計成僅承受軸向應力作用［4-5］，其加固原理、材料性能、計算假定等均類似。參照文獻中2種加固方法的3種計算規定，對老橋加固進行驗算，裂縫通過應變值推算，不考慮主梁側面圍套內鋼鉸線網片對承載力的提高作用，計算結果滿足規范要求。此外，還可采用組合有限元法建立精細模型進行分析計算。（2）橋梁拼寬后，新老橋在承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下的結構承載力、裂縫寬度、跨中撓度滿足規范要求。拼寬后老橋的彎矩、剪力值有所增大，新橋的彎矩、剪力峰值下降。（3）新老橋翼緣板拼寬前后局部分析結果表明：拼寬后，新橋的基礎變位導致新、老橋翼緣板出現橫向附加彎矩，彎矩峰值在墩頂處，向跨中及橋臺處逐漸減小。老橋翼緣板（每延米長度）的墩頂橫向彎矩在翼緣根部大于新橋翼緣板根部的橫向彎矩。基礎沉降工況對拼接的影響最大，老橋抗剪略有不足，考慮到老橋翼緣板加固困難，設計除適當增加新橋樁基長度外還對樁基底部進行壓漿處理，以減少基礎沉降的影響。同時，為了降低新橋的后期沉降量，盡量使沉降量發生在拼接前，新橋上部結構施工完畢后，對梁體進行加載預壓。（4）采用反應譜法進行抗震性能分析，橋梁采用連續剛構體系，橋墩為薄壁墩、單排樁基礎，剛度適中，各墩臺剛度協調，結構體系抗震性能較好，地震工況不控制設計。

4結語

集灌路分離式立交橋的擴建采用與老橋相同結構類型的矮墩連續剛構箱梁進行拼寬、現澆鉸縫連接，并采用高強不銹鋼鉸線網-滲透性聚合物砂漿技術對老橋進行加固。此外適當增加新橋墩臺樁基長度并對樁基底部進行壓漿處理，并在新橋上部結構施工完畢后，對梁體進行加載預壓，以上措施取得了良好的效果，該橋已于2011-12通車。

作者:吳江鴻 單位:福建省交通規劃設計院