關沙河大橋病害及治理措施分析

洪海濤

（大連理工大學土木建筑設計研究院有限公司，遼寧 大連 116023）

0 引言

隨著我國經濟的不斷發展，基礎工程建設的不斷增多，公路橋梁的負荷呈現出以下特點：交通量不斷增大，重型車輛增多，超載現象日益嚴重；超限運輸現象不斷地出現和增多；舊橋數量隨著時間推移不斷增多。舊橋因承受多年風雨侵蝕、車輛碾壓，或多或少已經出現或輕或重的病害。為了維持和延長其使用壽命，必須采取科學的合適的措施對病害進行處置。本文以張家口市關沙河大橋為例，分析大橋病害及治理措施。

1 項目概況

張家口市城市快速路關沙河大橋位于張家口市快速路西環張石高速連接線上，是張石高速張家口連接線工程的重要組成部分。橋梁分為東、西兩幅，全長485.04m，橋梁全寬40.5m，半幅橋面寬度20m。橋梁平面位于半徑1000m的平曲線和緩和曲線上，橋梁縱坡2.022%。橋梁上部結構采用24跨20m預應力混凝土先簡支后連續先張空心板，跨徑布置為：4×20m+4×20m+4×20m+4×20m+4×20m+4×20m＝480m。下部為柱式墩、肋板臺，墩、臺均采用鉆孔灌注樁基礎。關沙河大橋立面布置和斷面布置分別見圖1、圖2所示。

圖1 關沙河大橋立面布置圖（單位：cm）

圖2 關沙河大橋斷面布置圖（單位：cm）

2 橋梁病害現狀

2.1 上部結構病害

東半幅橋第4聯和第5聯發生了較大的縱向和橫向位移；受梁端錨筋約束的影響，使梁端局部擠壓開裂；蓋梁擋塊頂緊開裂；部分橫梁濕接縫澆筑質量差，混凝土離析、空洞；邊主梁漏筋銹蝕；鉸縫漏水。

2.2 橋面系病害

橋面鋪裝存在大量的縱向裂縫和橫向裂縫；東半幅橋16#和20#墩伸縮縫縫寬顯著異常；伸縮縫橡膠止水帶全部損壞脫落，東半幅橋梁20#橋墩160型伸縮縫中間型鋼斷裂；東半幅橋梁16#墩伸縮縫和12#墩伸縮縫大里程側混凝土破損；東、西半幅橋梁16#墩和20#墩防撞墻橫向錯位較為嚴重；東半幅橋梁第3聯和第4聯防撞墻頂部鋼護欄斷裂，西半幅橋24#墩臺處防撞墻頂鋼護欄缺失約8m。防撞墻底部局部混凝土離析、漏筋銹蝕。橋面系的主要病害在伸縮縫部分，主要體現在部分伸縮縫縫寬異常，變形量已超出設計范圍[1]。

2.3 下部結構病害

支座頂部混凝土脫空，支承條件差，支座偏心受壓；支座初始安裝偏位；主梁橫向與抗震擋頂緊，部分開裂；伸縮縫處蓋梁受水侵蝕，混凝土破損；墩柱保護層厚底過小，漏筋銹蝕。主要病害集中在錐坡及橋墩部分，體現在錐坡沉降，部分橋墩出現不可逆的傾斜變形。

2.4 橋墩切向位移

主梁在各項荷載作用下向下坡方向爬移，導致橋墩向下坡方向產生了不可逆的切向位移。

3 病害原因分析

關沙河大橋自建成以來已經歷過兩次規模較大的修復，從上文可知，其主要病害是橋梁第4聯和第5聯發生較大的順橋向和橫橋向的位移，以及由此帶來的次生病害。橋梁產生較大的順橋向和橫橋向位移的原因主要有以下幾個方面：

（1）橋梁位于平曲線上，且東半幅橋梁行車方向為下坡方向，縱坡2.022%，車輛進入平曲線經常會采取制動措施，從而產生較大的制動力，使梁體在曲線的徑向和切線方向受力，在制動力的長期作用下，會使梁體產生順橋向和橫橋向的爬移；

（2）由于該段橋梁主要位于平曲線上，車輛通過時將產生較大的離心力，在離心力作用下梁體會產生橫向向外側移動的趨勢；

（3）原橋平面限位措施主要采用橋墩蓋梁側向擋塊和梁端錨栓，原橋缺少水平束限位措施，橋墩蓋梁的側向擋塊和梁端錨栓在空心板初始安裝時，空心板側面和蓋梁擋塊間存在一定間隙，在梁體受到制動力、離心力、溫度力開始橫向爬移時，側向擋塊和梁端錨栓都不能有效限制梁體橫向移動，在梁體爬移和擋塊接觸后，由于擋塊截面相對較小，經常會開裂失效，造成梁體繼續橫向爬移；

（4）橋梁產生水平位移病害的另一個因素是橋墩較高，最大墩高達到26m，從而導致橋墩抗推剛度不足，在水平荷載作用下，橋墩和梁體共同產生較大的水平位移，而且部分位移是不可恢復的；

（5）梁端局部擠壓開裂主要是由于梁體相對橋墩蓋梁產生較大的水平錯動，梁端錨筋和梁體間產生較大的局部擠壓，從而造成錨筋附近局部混凝土擠壓破碎；

（6）橋梁支座的病害主要是由原橋施工時支座安裝位置不準確、頂底面不平整、現澆橫梁澆注時混凝土不密實、漏漿等因素造成[2]。

4 治理措施

4.1 橋面鋪裝修復

橋面鋪裝病害比較常見的有鋪裝層瀝青裂縫、鋪裝層滲水、橋面變形、橋面剝落等[3]。將原有橋面瀝青混凝土鋪裝鑿除，重新鋪筑新的瀝青混凝土橋面鋪裝。對橋跨中間墩處的混凝土橋面鋪裝和空心板鉸縫漏水處的混凝土橋面鋪裝進行鑿除，待相關修復工作完成后，重新澆筑混凝土橋面鋪裝。

4.2 梁體橫梁修復

為有效解決原橋現澆橫梁施工質量差造成的橫梁和支座等病害，將原有橋梁每聯中間墩梁體現澆橫梁進行鑿除，待新支座安裝完成后，恢復橫梁鋼筋，重新澆筑中間墩梁體現澆橫梁。

4.3 建立水平向約束

關沙河大橋除了橋梁常出現的病害以外，該橋維修加固設計所面臨的關鍵問題是如何控制橋梁上部結構產生的順橋向和橫橋向相對橋墩蓋梁產生的位移，以及由此產生的次生病害。本次關沙河大橋大修設計旨在通過建立新的水平限位裝置來改變結構的水平向約束形式，從而減小制動力、離心力、溫度效應對結構受力和變形的影響，達到從根本上改善整個橋梁結構受力體系的效果。原橋采用直徑32mm鋼筋下端植入橋墩蓋梁，上部插入空心板間鉸縫，來限制主梁和橋墩之間較大的相對錯位。由于該種錨栓剛度較弱和部分缺失，且錨栓和主梁鉸縫間存在較大間隙，錨栓不能有效限制制動力、汽車沖擊力、溫度力作用下主梁和橋墩之間的相對錯動，最終導致主梁順橋向和橫橋向相對橋墩產生較大的滑動。為有效解決由此帶來的橋梁病害，本次橋梁修復工程采取在每聯橋邊墩設置僅順橋向可變位銷軸，中間墩設置僅橫橋向可變位銷軸的約束形式，限制主梁相對橋墩的爬移[3]。

4.4 支座更換

橋梁板式橡膠支座病害的因素多種多樣且復雜，病害是來自于支座設計選型、產品生產、安裝、維護、周圍環境因素等過程。由于原橋板式橡膠支座存在老化、脫空病害，且已經使用一定年限，本次大修將原橋板式橡膠支座拆除，更換為新的板式橡膠支座。支座采用的各種材料，應符合嚴寒地區下正常使用及耐久性要求。通過更換能更好適應本橋受力和變形特點的伸縮縫，消除橋梁現存的主要病害。

4.5 伸縮縫更換

橋梁的伸縮縫病害有很多，其中比較常見的是混凝土錨固區表面破損、梁板坍塌、混凝土錨固區擠壓開裂、支撐點懸空、鋼構件損壞或腐蝕、支撐元件損壞[4]。本次大修將原有的型鋼伸縮縫拆除，更換為能更好適應本橋變形特點的單元式多向變位梳型板伸縮縫，其中兩端橋臺部位采用RBKF80型梳型板伸縮縫，中間各聯之間伸縮縫采用RBKF120型梳型板伸縮縫。

4.6 橋墩、主梁混凝土缺陷處理

對于橋墩、主梁存在的混凝土松散、露筋、鋼筋銹蝕、鉸縫開裂漏水、橋墩蓋梁水損害等病害，采取如下措施進行修復：

（1）對于橋墩、主梁露筋、鋼筋銹蝕等部位的鋼筋進行除銹，處理后在修補范圍及周邊刷阻銹劑；

（2）采用砂漿進行重新封閉，避免鋼筋進一步銹蝕；

（3）對于橋墩、主梁混凝土松散，橋墩蓋梁水損害等病害，應對松散和水損害部位進行鑿除和清理，然后采用砂漿進行重新封閉；

（4）對于主梁鉸縫開裂漏水部位，應在橋面鋪裝鑿除后，根據鉸縫開裂情況，選擇合理的方法進行處理。

4.7 防撞墻修復

將原有橋梁東、西半幅橋梁6#墩和20#墩防撞墻每側各拆除10m，恢復防撞墻鋼筋后，安裝現有橋面平面線形，重新澆筑防撞墻。對防撞墻頂缺損的防撞鋼梁進行更換和重新安裝。

5 結束語

綜上所述，關沙河大橋在上部結構、橋面系、下部結構、橋墩等部位都出現了不同程度的病害，具體包括橋梁第4聯和第5聯發生較大順橋向和橫橋向位移，橋面系部分伸縮縫縫寬異常，變形量已超出設計范圍；錐坡沉降，部分橋墩傾斜變形、切向位移。本文對病害原因進行了分析，并提出相應的治理措施。同時也要求管養單位按照《公路橋涵養護規范》（JTG 5120-2021）做好日常養護工作，掌握橋梁使用狀況。為確保橋梁安全運營，建議對橋跨結構各受力控制截面、橋墩等重要部件進行定期檢測和養護管理。