首都机场二号立交桥维修加固设计汇报

首都机场二号立交桥维修加固设计汇报交通部公路科学研究所1前言该桥于1976年12月建成：(1)三跨箱型预应力混凝土连续梁：3×16.82m(2)桥长51.96m，桥宽60m，桥下净空4.5m(3)上部为10片箱梁，其中中间6片梁为滑行道梁，两侧各两片为汽车道梁(4）梁宽：顶宽5.5m，底宽2.42m～2.66m；梁高：0.97m(5)下部结构基础采用钻孔灌注桩，桩径0.8m，桩长18m～30m，桩顶设混凝土承台，上设重力式混凝土桥台或混凝土薄壁桥墩。(6)设计荷载标准：滑行道为综合机型波音747，荷载等级为LSN120级，飞机总重500t级，每一轮组荷重120t；汽车道为汽—15级，4kN/m2满布人群荷载验算。交通部公路工程检测中心于2002年5月对该桥滑行道进行了外观质量检查和静力荷载试验以及脉动试验，并提交了《首都机场二号立交桥检测及荷载试验鉴定报告》；于2002年8月，对滑行道道桥进行了结构检算分析及加固维修初步设计，并提交了《首都机场二号立交桥结构检算及初步加固设计报告》；于2003年3月完成并提交了《首都机场二号立交加固维修设计》（施工图设计文件）。箱梁主要缺损2002年5月检查结果：梁体裂与桥台混凝土开裂，部分裂缝渗水且伴有锈迹；梁体钢筋锈蚀；桥面局部混凝土隆起、碎裂；桥面有横向裂缝；桥面铺装龟裂；底板空洞渗水,并有黄色悬挂物空洞渗水,并有黄色悬挂物2004年4月复查结果：梁体裂与桥台混凝土的裂缝数量及分布区域无明显变化；主要问题是桥面铺装渗水及梁体开裂导致箱梁内部钢筋锈蚀，且有加速发展迹象。主要表现在:(1)8#梁处出现了贯通的纵向裂缝，裂缝较大，且在西侧边跨出现严重的漏水，并伴有黄色渗析物。(2)桥梁拼装接缝存在渗水情况，部分严重部位伴有黄色渗析物，表明内部钢筋发生锈蚀。首都机场二号立交桥的病害已影响到桥梁的正常使用，应加以处置。梁和梁之间现浇连接段梁和梁之间现浇连接段箱梁混凝土表面缺陷荷载试验测试截面布置图2应力测试断面、挠度测试断面布置示意图16822、1—11为挠度测试断面，布置在各跨的四等分点上或二等分点上。8168217654321、A—E为应力测试断面；C说明：AB111091682D荷载试验项目内容边跨端支点附近箱梁控制截面（测试断面A）在可变荷载作用下最不利剪力效应；边跨跨中附近箱梁控制截面（测试断面B）在可变荷载作用下最不利正弯矩效应和最大竖向挠度；边跨内支点处箱梁控制截面（测试断面C）在可变荷载作用下最不利负弯矩效应；中跨跨中箱梁控制截面（测试断面D）在可变荷载作用下最不利正弯矩效应和最大竖向挠度；结构自振特性试验。主要截面应力测试结果荷载试验结论1、检查结果表明本桥存在以下几方面的病害：①各箱梁之间混凝土现浇连接段开裂严重。桥台在台身中部竖向贯通开裂。箱梁腹板、底板纵向开裂较为普遍，跨中区域有横向裂缝。②从有些裂缝的形态以及沿裂缝残留物可以判断钢筋存在锈蚀现象。③支座变形不均匀，桥梁存在爬移现象，这是汽车到梁端顶部混凝土局部破碎的原因。④桥面铺装有横向裂缝，局部地方网状开裂。以上病害已影响到桥梁的正常使用，为确保桥梁运营的安全性，对桥梁所存在病害应加以处置。2、从检算结果来看，B、C、D截面载试验和设计荷载作用下的混凝土正应力均小于相应的混凝土强度，其中C截面考虑了桥面铺装的联合作用。3、加载试验证实结构各控制截面实测的挠度和应力大多小于相应的理论计算值，表明结构在正常使用下基本能够满足承载能力要求；实测的结构校验系数和相对残余变形等指标基本能满足《大跨径混凝土桥梁的试验方法》的有关规定。表明结构在试验过程中处于弹性工作状态。但是，部分测点的实测应力接近或超过了理论计算值，这表明桥梁的承载能力安全余度不足。2结构检算分析检算截面ABCD168216821682主梁抗力验算控制截面的截面抗力满足要求控制截面应力验算(1)正应力检算结果截面正应力校核主要是对所受弯矩较大的B截面（边跨跨中）、Ｃ截面（墩顶截面）和Ｄ截面（中跨跨中）箱梁上、下缘混凝土应力进行校核。(2)主拉应力检算结果根据正应力验算结果，B、D截面全截面处于受压状态，而且所受剪力较小，因此不对它们进行主拉应力验算，而只对受剪力较大的A截面和弯、剪作用都很大的C截面进行主拉应力验算。A、C主拉应力截面都小于0.8，满足《公路桥涵设计规范》（1989年合订本）有关规定。考虑永存预应力损失15%时情况下，A、C主拉应力见下表：可见，如果预应力筋由于锈蚀等原因预应力发生了损失，则可能导致C截面主拉应力超出其抗拉强度，这主要是C截面箱梁上缘混凝土拉应力过大引起的。3加固处治技术思路(1)梁体加固就桥跨结构而言，检查结果表明，箱梁梁体多处有横向或竖向裂缝，桥面板现浇段有较多的纵桥向裂缝；荷载试验测试结果表明，箱梁正、负弯矩区的实测应力水平较高，其实测的应力结构校验系数大多介于0.80~1.00之间，B、C和D三个测试截面均有个别测点的实测应力值高于理论计算值；结构检算分析结构表明，墩顶负弯矩区段，在不考虑永存预应力损失的情况下，箱梁顶板拉应力偏大，但是就目前桥梁的技术状态来看，桥梁存在着锈蚀，而且在预制拼装接缝处箱梁渗水严重，箱梁的永存预应力肯定发生了削减，据此推算的箱梁应力水平较高。因此，综合考虑桥梁现状并结合结构检算情况，考虑对桥跨结构箱梁进行预防性加固处理。加固措施为在墩顶负弯矩区箱梁顶板顶面粘贴钢板带、在箱梁底板底面粘贴碳纤维片材。(2)桥面铺装对桥面铺装，鉴于其损坏程度，结合桥跨结构加固的需要，进行凿除重做新桥面铺装，这样既对桥跨结构的加固起到了部分卸除恒载的作用，又可从根本上解决箱梁渗水的问题，同时也可以改善目前因开裂渗水可能造成的桥面铺装的联合作用降低这一隐患，提高桥梁整体的承载能力。对新做桥面铺装的混凝土铺装层的钢筋网进行了加强，钢筋间距不变、钢筋型号由原直径12mm的II级钢筋改换为直径16mm的II级钢筋，以提高铺装层的整体强度。另外，为增强桥面铺装混凝土与箱梁顶板间的结合效果，在每箱梁顶板各增设两排抗剪钢筋，抗剪钢筋以打孔埋植的方法按一定要求布置与箱梁腹板顶上，与桥面铺装钢筋点焊连结。(3)其它加固维修措施结合桥面铺装的翻新重做，对散失了部分功能的梳齿式钢板伸缩缝进行更换处理，新伸缩缝计划采用目前较为常用的毛勒缝（D80型）。为提高桥梁的使用耐久性，对箱梁裂缝应进行封闭处理，对出现因钢筋锈蚀而导致混凝土涨裂的局部区域应进行局部凿除并对钢筋除锈后（必要时进行补筋），用环氧沙浆修复处理，此项工作应在粘贴碳纤维片材前进行。对箱梁翼板现浇段，灌浆封闭裂缝后在底面粘贴碳纤维片材加固。对桥台竖向裂缝，采用压灌化学浆（或水泥沙浆）的方法进行封闭处理，同时对台后填土起到一定的固化作用。通过一段时间（一年为宜）观测，如无继续开裂、不均匀沉降或水平侧倾变位，则无须进行进一步处理，否则，则须考虑采取增设锚杆结合植筋浇筑混凝土加强桥台的方法进行加固处理。4加固维修方案交通部部颁《公路桥涵设计规范》（合订本，1989）交通部部颁《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）中国建设标准化协会标准《混凝土结构加固技术规范》（CECS25：90）桥梁竣工资料（首都机场场务部提供）首都机场二号立交桥检测及荷载试验鉴定报告（交通部公路工程检测中心）首都机场二号立交桥结构检算及初步加固设计报告（交通部公路科学研究所）加固维修设计依据加固维修设计主要项目内容根据首都机场II号立交桥所存在的病害，结合检算分析与荷载试验测试结果，确定对首都机场II号立交桥滑行道部分进行加固维修，对汽车道部分，仅对结构缺陷及病害进行有针对性的维修或修复。1、滑行道桥的加固维修(1)预应力连续梁加固维修①对梁体裂缝进行压浆封闭处理。②对梁体锈蚀开裂区进行局部修复。③对箱梁底板底面和腹板外表面粘贴芳玻韧布（或碳纤维片材）加固（正弯矩区加固）。④对中墩墩顶附近箱梁顶面采用粘贴钢板带加固（负弯矩区加固）。⑤对箱梁翼板现浇段底面粘贴芳玻韧布（或碳纤维片材）加固（正弯矩区加固）。(2)桥面铺装凿除重做，新桥面铺装采用钢筋混凝土铺装层＋沥青混凝土上面层型式，以从根本上解决铺装层开裂渗水及破碎等病害，并通过此项措施，改善上部结构的受力状况。(3)更换伸缩缝。2、行车道桥的维修整治(1)对预应力连续梁的裂缝进行浆封闭处理，对梁体表面缺陷进行局部修复。(2)对桥面铺装裂缝采用切缝回填马蹄脂做防水处理。(3)更换伸缩缝。3、更换全桥的排水设施。4、桥台裂缝压浆封闭处理。5、桥梁结构表面涂装。继续1456'17''第9页箱梁粘贴芳玻韧布布置图（一）说明：1、本图尺寸均以厘米计；2、芳玻韧布具体布置位置参照图3。2交通部公路科学研究所首都机场II号立交桥加固维修设计日期图号审核复核设计2003.3.15两层芳玻韧布（上层主纤维纵桥向、下层主纤维横桥向）594/2横箱梁中心线横箱梁中心线横箱梁中心线桥墩中心线548.552.559443751950519II51950III5505444254545504425454442I155支座横梁155606060封端混凝土60现浇接头部分拼装接缝48155484815548现浇接头部分支座横梁现浇接头部分梁体粘贴芳玻韧布布置（1/4平面图）IIIII（主纤维纵桥向）箱梁底板底面芳玻韧布对称中心线内箱梁中心线外箱梁中心线I滑行道中心线内箱梁中心线芳玻韧布F1（主纤维纵桥向）1632/22082/25449043016321557519支承中心线封端混凝土7435090F72550F6150F5半纵断面I-I54490430F2芳玻韧布F1（主纤维纵桥向）594F750F450F490F315050支承中心线200拼装接缝F7F5F6F7F72525F6F5对称中心线430/290F2594/2F7F450F3150/2下层芳玻韧布F3、F4（主纤维横桥向）上层芳玻韧布F2（主纤维纵桥向）半横断面II-II4425.5242.455097滑行道中心线240442550242.41.299.875225454176/25.517654541.294.35.594.354541.2芳玻韧布F1（主纤维纵桥向）20X6034442548.594.317654541.25.594.35454240242.41.25.594.35.552.518.51.2240上层芳玻韧布F5（主纤维纵桥向）下层芳玻韧布F6、F7（主纤维横桥向）442半横断面III-III5.5266.4550滑行道中心线54545444297240266.455013.282.3755422152/25.51525413.25.582.382.35418.534442545413.2芳玻韧布F1（主纤维纵桥向）82.3548.51525413.25.582.354240266.413.25.582.35.552.520X6024013.2返回交通部公路科学研究所首都机场II号立交桥加固维修设计日期图号审核复核设计2003.3.15548.5442横箱梁中心线桥墩中心线横箱梁中心线桥墩中心线横箱梁中心线5195043752.551959451950594/2箱梁顶面粘贴钢板加固（一）5442550544425505454支座横梁5454封端混凝土现浇接头部分支座横梁现浇接头部分现浇接头部分箱梁顶面粘贴钢板带布置图（1/4平面图）对称中心线外箱梁中心线内箱梁中心线滑行道中心线1456'17''内箱梁中心线说明：1、本图尺寸均以厘米计；30137.53030137.53035035030137.5137.5303030G12、对滑行道中间四片梁墩顶负弯矩区梁顶面粘贴钢板加固；全桥共需G1钢板56条；3、钢板中心定位于桥墩中心；4、钢板粘贴按图纸总说明的要求执行；5、本图配合图6使用。IIIIII第12页442548.5滑行道中心线545444254545444255022977555030137.53030137.53023.5303030137.530137.523.523.5G1半横断