48曲海大桥维修加固施工图设计说明07-01-21

东莞市曲海大桥维修加固工程施工图设计四川西南交大土木工程设计有限公司/广州广大工程检测咨询有限公司第1页设计说明一、概述东莞市曲海大桥位于东莞市西四环路上，跨越东江的支流，为多跨预应力混凝土结构，全桥共29孔，跨径组成为：19.3+12×20+70+110+70+12×20+19.3m，全长768.6m。横桥向按东西两幅布置，每幅桥面宽16m，人行道4m。主桥由两个单箱双室预应力混凝土T构及挂梁组成，T构悬臂长2×40m，两端挂梁长30m，为30m预应力混凝土简支T梁；引桥为多孔一联，桥面连续的简支结构，上部构造为20m预应力混凝土空心板；下部结构为柱式墩台、桩基础。该桥概貌如图1.1所示。图1.1曲海大桥概貌曲海大桥于1995年竣工并投入运营；2006年，东莞市城市管理局委托广州大学路顺道桥工程检测中心对该桥进行了全面的检测评估。检测评估结果表明：曲海大桥除承载能力尚可外，其使用性能、耐久性均较差，技术等级评定为D级（不及格状态），对于其危害到结构安全、耐久性能、正常使用状况等方面的病害，需要进行维修加固，受东莞市城市管理局的委托，我公司拟对该桥进行维修加固设计，现将加固维修方案、实施要点、交通组织以及费用估等情况简要汇总如下。二、设计依据及技术标准2.1设计依据1)东莞市公路扩建工程指挥部《东莞市西四环公路桥涵竣工图》；2)广州大学《东莞市曲海大桥检测评估报告》；3)《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）；4)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）；5)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）；6)《公路斜拉桥设计规范》（JTJ027-96）；7)《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB/T14370-2000）；8)《旧桥检测、评估、加固技术的应用》；9)《广东省城市桥梁检查及检测办法》（试行）；10)《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2001）；11)《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)；12)《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)；13)《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）；14)《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ145-2004）；15)东莞市曲海、蓬庙大桥加固初步设计专家评审意见。2.2技术标准根据曲海大桥的原设计荷载标准、结构目前现状及实际通行需求，本次加固设计的技术标准维持原荷载标准汽车-20级、挂车-100不变，主要作用是通过维修加固改善桥梁的受力状态，提高桥梁的安全储备与耐久性。东莞市曲海大桥维修加固工程施工图设计四川西南交大土木工程设计有限公司/广州广大工程检测咨询有限公司第2页三、病害现状及原因分析3.1病害现状根据广州大学《检测评估报告》，曲海大桥目前存在的主要病害概括起来主要有：1)主桥各个T构箱梁的悬臂端部下挠较严重，且随着时间的推移呈愈益严重之势，与拟合曲线线型相比目前测量的最大下挠为17.31cm（图3.1～3.4），与拟合直线线型相比最大下挠约6cm，导致桥面线型不平顺，严重的影响了行车的舒适性。图3.1桥面线性不平顺，T构箱梁的悬臂端点明显下挠位置：T构箱梁的悬臂端点图3.2桥面线性不平顺，T构箱梁的悬臂端点明显下挠位置：T构箱梁的悬臂端点2020.52121.52222.52323.5210260310360410460510560纵向距离(m)高程(m)现状高程拟合线型图3.3东幅主桥实测线型与拟合线型对比挂梁牛腿处挂梁牛腿处15#轴16#轴14#轴17#轴东莞市曲海大桥维修加固工程施工图设计四川西南交大土木工程设计有限公司/广州广大工程检测咨询有限公司第3页2020.52121.52222.52323.5210260310360410460510560纵向距离(m)高程(m)现状高程拟合线型图3.4西幅主桥实测线型与拟合线型对比2)主桥T构的腹板、顶板存在大量裂缝，但大多曾进行过修补，目前可以发现的裂缝数量不多，个别桥跨边挂梁也出现裂缝（图3.5～3.8），裂缝检测情况如表3.1所示。表3.1主桥T构裂缝检测情况裂缝位置裂缝性质裂缝条数裂缝宽度（mm）西南T构顶板东南室顺桥向局部弯曲裂缝10.15西南T构腹板东南室斜向剪切裂缝20.15西北T构根部横梁底部局部斜向受剪裂缝10.06西北T构腹板东南室斜向剪切裂缝10.1514＃～15＃轴2＃边挂梁腹板砼收缩裂缝10.216＃～17＃轴边挂梁翼板局部应力集中（施工偏差）裂缝10.05图3.5箱梁内宽度0.15mm剪切裂缝图3.6挂梁跨中长2m宽0.2mm的纵向裂缝位置：东南室位置：14＃～15＃轴边挂梁2＃梁图3.7宽度0.15mm的剪切裂缝图3.8宽度0.15mm的顶板裂缝位置：东南室位置：东南室挂梁牛腿处挂梁牛腿处15#轴14#轴16#轴17#轴东莞市曲海大桥维修加固工程施工图设计四川西南交大土木工程设计有限公司/广州广大工程检测咨询有限公司第4页图3.9主桥裂缝位置及分布示意图3)桥面系受损较严重，混凝土铺装层多处出现大面积的坑槽、混凝土剥落、露筋现象，桥面附属设施诸如人行道、护栏等均出现不同程度相似病害；桥面的防水材料部分失效，致使雨水较容易渗透到桥面以下结构（图3.10～3.13）。图3.10桥面铺装修补后重新破损图3.11桥面设施损坏情况位置：车行道位置：人行道东莞市曲海大桥维修加固工程施工图设计四川西南交大土木工程设计有限公司/广州广大工程检测咨询有限公司第5页图3.12出现2cm的横向错位图3.13人行道出现坑槽，裂缝纵横交错位置：14＃东幅挂梁与引桥之间位置：22＃～23＃轴人行道4)箱梁积水严重，积水的位置主要在悬臂根部附近，其中东南T构箱梁的西半室的积水甚至漫入东半室（图3.14～3.15）。图3.14梁体内积水图3.15梁体内积水水深约30cm位置：西北室位置：中西室5)上部结构主梁多处存在混凝土剥落、露筋、蜂窝、麻面的病害，严重的影响到结构的耐久性（图3.16～3.27）。图3.16混凝土剥落露筋图3.17梁端混凝土麻面位置：东南室位置：3＃～4＃轴图3.18帽梁混凝土剥落图3.19边梁梁端砼破损位置：3＃～4＃轴位置：5＃轴图3.20挂梁横梁湿接缝麻面较多图3.21缺少落水管，梁体受到侵蚀位置：14＃～15＃轴边挂梁位置：14＃～15＃轴边挂梁东莞市曲海大桥维修加固工程施工图设计四川西南交大土木工程设计有限公司/广州广大工程检测咨询有限公司第6页图3.22混凝土保护层不足图3.23帽梁露筋位置：25＃～27＃轴位置：27＃轴图3.24桥墩与悬臂部分连接处出现水迹图3.25翼板接缝出现水迹位置：南面两个T构箱体位置：南面两个T构箱体6)挂梁牛腿处的支座基本上都存在不同程度的剪切破坏（图3.25～3.26）。图3.26支座出现剪切变形图3.27支座剪切变形、支座垫石出现混凝土剥落位置：16＃～17＃轴边挂梁牛腿5＃支座位置：14＃～15＃轴边挂梁牛腿5＃支座7)部分伸缩缝变形、损害严重，丧失了其应有的功能（图3.28～3.31）。图3.28人行道伸缩缝损坏图3.29人行道伸缩缝损坏位置：14＃轴人行道位置：23＃轴人行道图3.30人行道伸缩缝损坏图3.31车行道伸缩缝损坏严重位置：17＃轴人行道位置：23＃轴人行道8)个别桥墩柱出现龟裂裂缝，桥台局部开裂、破损、渗水较严重（图3.32～3.35）。东莞市曲海大桥维修加固工程施工图设计四川西南交大土木工程设计有限公司/广州广大工程检测咨询有限公司第7页图3.32桥台漏水图3.33桥台损坏，混凝土剥落位置：30＃轴位置：30＃轴图3.34桥台伸缩缝漏水图3.35桥墩出现龟裂裂缝位置：1＃轴位置：5＃轴3.2病害原因分析根据对曲海大桥的现场实际调查情况及计算分析，可得出如下的分析评价：1)该桥最主要的病害为各T构悬臂端下挠严重，该病害不仅削弱了结构的受力性能、耐久性，而且也影响了行车的舒适性；这一情况主要是由于该桥施工质量较差、预应力损失过大引起的，此外T构其它病害如梁体开裂等也削弱了主梁的刚度，经过长期的超载使用，导致各悬臂端部下挠加剧。2)该桥箱梁内顶板、腹板均存在的大量裂缝，根据裂缝形态及宽度大小分析，顶板裂缝为局部弯曲裂缝，腹板裂缝为剪切裂缝，经过详细的验算分析，并与腹板目前存在的裂缝分布形态比较，可以判定该桥T构抗剪强度以及主拉应力不能满足实际通行荷载或“汽车-20级；挂车-100”荷载等级的要求。3)纵观全桥病害发现，桥梁的各个部位均出现渗水、积水现象，这是由于长期的重负荷致使全桥桥面系损坏、破损严重，并导致桥面铺装防水层混凝土开裂，进而使得雨水渗透到主梁及下部结构而引起诸多次生病害，桥面的排水设施缺损、失效也是产生渗水、积水现象的原因之一。4)其他病害如桥面系、上、下部结构结构缺陷，包括混凝土剥落、露筋、麻面以及桥台、盖梁、支座等病害主要是由施工质量较差引起，为改善桥梁的受力状态，提高桥梁的安全储备与耐久性，这部分病害须作相应的维修处理。5)该桥为上世纪九十年代设计施工的预应力混凝土T构桥，运营时间较长，特别是该段时间为东莞经济高速发展的阶段，经现场调查发现，过往该桥路段的车流量逐年递增，包括货车、重车等的占总通行车辆数量的比例较高。而桥面通行的荷载实际上已大于该桥当时的设计荷载“汽车-20级；挂车-100”，因此，日益增长的交通量和频繁的超载超重负荷，是桥梁产生各种病害的主要原因之一。从总体情况来看，曲海大桥目前状态较差，部分病害已经危及到结构正常安全运营，为保证桥梁营运的安全、舒适，须尽快对各处病害作相应的加固维修处理。四、曲海大桥主桥T构的分析计算采用SAP2000通用有限元分析软件对曲海大桥建立空间结构分析模型（图4.1），对图4.2主桥T构两个截面——即悬臂根部截面（A-A截面）和7#、8#节段的交界截面（B-B截面）进行验算，按照现行新规范并按全预应力受弯构件分别对加固前和维修加固后两个阶段进行了的承载能力验算及抗裂验算。其中，加固前结构分析验算在采用设计规范（旧规范JTJ023-85）对原设计承载能力验算进行了复核；加固后结构分析验算基于主桥T构采取的以下4项加固维修措施后的结构构造进行计算，所采取东莞市曲海大桥维修加固工程施工图设计四川西南交大土木工程设计有限公司/广州广大工程检测咨询有限公司第8页的4项主要维修加固措施可以概括为：1)清理主桥T构箱梁箱体内的积水、桥面及箱体内剥落破碎的混凝土碎块。2)在T构箱梁根部3/4范围内及在悬臂端牛腿部位的腹板内表面粘贴抗剪补强钢板，箱梁根部范围钢板厚10mm、宽30cm，间距50cm；牛腿部位钢板厚10mm、宽20cm，间距20cm；粘帖的钢板均与水平面呈45°角。3)在T构箱梁内新增锚固横梁、设置并张拉纵向体外预应力束，每个T构箱梁内共设置8束12φs15.24的预应力钢绞线成品索。4)对T构悬臂的下挠梁段采用加厚桥面铺装层找平设计桥面线型。图4.1东莞市曲海大桥主桥有限元模型图4.2东莞市曲海大桥T构验算截面示意图(单位:cm)4.1加固前承载能力验算及抗裂验算4.1.1正截面抗弯强度验算参照规范荷载等级截面弯矩组合设计值正截面抗弯承载力是否满足验算要求r0*Md(N.m）Mp(N.m）r0*Md≤Mp新规范（JTGD62-2004）汽－20A-A-5.706E+08-8.135E+08是B-B-2.032E+08-2.076E+08是汽－超20A-A-6.348E+08-8.135E+08是B-B-2.423E+08-2.076E+08否旧规范（JTJ023-85）汽－20A-A-5.187E+08-8.135E+08是B-B-1.847E+08-2.076E+08是汽－超20A-A-5.771E+08-8.135E+08是B-B-2.203E+08-2.076E+08否注：弯矩负值表示截面上缘受拉，下缘受压；表中新旧规范注释下同。4.1.2斜截面抗剪能力上限验算东莞市曲海大桥维修加固工程施工图设计四川西南交大土木工程设计有限公司/广