公路桥梁在400T级荷载下加固技术的探索

周 慧 文

(山西交投忻阜高速公路管理有限公司，山西 忻州　034000)

在当今飞速发展的社会里，高速公路运输已经成为物流公司的首选方案，但是高速公路桥梁的承载能力仅为汽—20，挂—100，远远不能满足一些特殊的超大物品的运输条件，经过对423T超限大件运输车辆要通过高速公路的加固处治技术进行分析，从加固设计、施工、监测、安全条件四个方面进行了论述，提出了如果不进行加固处理，必然会对公路桥梁造成永久性损坏，甚至可能造成桥梁坍塌等不良后果的观点。经过荷载验算及针对性的临时加固处治，解决了400T级超限车安全通过的问题，达到了为今后同类问题提供借鉴的效果。

1　概述

2017年10月，一辆车号为冀F50102+冀A42739超限大件运输车辆拟从五保高速石咀站进入山西省高速公路，从太佳高速公路娄岚收费站出高速公路，到达目的地。该车车货总重为423 t，挂车采用12+13轴12轮液压平板车(一线两轴8轮胎，重量为414.19 t)及4轴牵引车(重量为8.81 t)，挂车+货物折合轴重为16.57 t。

依据山西省交通建设工程质量检测中心(有限公司)《冀F50102+冀A42739超限大件运输车辆通过高速公路(石咀站—娄岚站)桥涵构造物技术评价报告》(2017—QJ069—17—065)，桥梁技术状况为三类桥的在支撑加固后检测达到承载能力的情况下超限大件运输车辆可以通过。该超限大件车辆拟经过的忻阜高速公路K0+000～K50+114段落存在12座三类桥(明细见表1)，其中有大桥2座、中桥1座、小桥4座，通道桥5座需进行加固支撑处治，以确保大件运输车辆公路运输和桥梁结构自身的安全，并保证公路桥梁今后的运营安全，因运输时间紧迫，加固方案确定为临时加固支撑处治。

表1　忻阜高速K0+000～K50+014路段三类桥统计表

2　桥梁临时支撑加固设计依据

JTG/T J22—2008公路桥梁加固设计规范;

JTG D60—2004公路桥涵设计通用规范;

JTG D62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范;

JTG B01—2014公路工程技术标准；

JTG/T J23—2008公路桥梁加固施工技术规范；

JTG H11—2004公路桥涵养护规范；

JTG/T H21—2011公路桥梁技术状况评定标准；

JTG/T J21—2011公路桥梁承载能力检测评定规程；

JTG F80/1—2004公路工程质量检验评定标准(土建部分)；

JTG/T F50—2011公路桥涵施工技术规范；

《冀F50102+冀A42739超限大件运输车辆通过高速公路(石咀站—娄岚站)桥涵构造物技术评价报告》(山西省交通建设工程质量检测中心2017—QJ069—17—065)。

3　临时加固支撑方案

3.1　处治范围

1)对超载车辆经过的忻阜高速路段“三类”小桥及通道桥的脱空支座进行临时处置，确保支座均匀受力；

2)对超载车辆经过的忻阜高速路段“三类”桥中的清水河11号大桥和耿镇大桥主梁存在竖向裂缝的桥跨进行临时支撑(共涉及9跨，为耿镇大桥右幅第2，8跨；清水河11号大桥右幅第12，17，19，21，24，26，27跨)；

3)在通行时对所经路段桥梁进行实时监控，对十二座三类桥实施重点检测；

4)在超限大件运输车辆通过后对所经路段桥梁进行专项检查和评估。

3.2　具体临时支撑加固措施

3.2.1脱空支座临时处治

经现场桥梁检测，本次需进行脱空支座临时处治见表2。

表2　脱空支座临时处治工程数量表

3.2.2病害箱梁临时支撑方案

本次支撑采用碗扣支架，立杆横距和纵距均为60 cm，横杆步距60 cm。因时间有限，本次支架基础采用碎石垫层、钢板基础。为防止碗扣架因基础不均匀沉降出现危险，底部设置顶丝进行调节；支架顶部采用机械千斤顶结合方木的方式支撑梁体。

1)理论分析。

根据支架方案设计图，支架立杆间距、横杆间距和步距均为60 cm。

立杆最大承载力计算：

支架杆件长细比λ=l/i=60/1.58=38，查表得知稳定性系数φ=0.893，则单肢立杆最大轴向承载力为：

N=(φ×A×f=0.893×489 mm2×205 N/mm2)/1 000=89.5 kN。

方案设计图纸中一个支架由90根立杆组成，若只考虑立杆，并且立杆均匀受力的情况时，单个支架可承受的最大集中荷载为90×89.5=8 055 kN。

2)施工步骤。

临时支架具体实施步骤为：

a.首先为清理基底30 cm腐蚀土和软弱层(淤泥、积水)，平整场地并夯实。

b.铺设30 cm厚碎石垫层，碎石应采用粒径不同的碎石掺配使用。

c.支垫30 mm厚Q235钢板作为支架基础。

d.在钢板顶面依照碗扣架立杆横向间距铺设纵向方木(规格15 cm×15 cm)，并在方木顶部设顶丝，并搭设立杆横距和纵距均为60 cm、横杆步距60 cm的碗扣支架，直至距梁体底面1 m左右。

e.横向和纵向交叉布置方木(规格15 cm×15 cm)做底，然后布置螺旋千斤顶，在千斤顶顶部布置短方木单独和橡胶支座支撑梁体。

f.支架完成后，缓慢调节螺旋千斤顶使橡胶支座与梁体底面处于有效密贴状态，给支架一定程度的压力。

g.在桥上车辆正常通行状态下，每隔3 h检查一次支座与梁底的密贴程度，对发生脱离的支座及时进行调节以确保支座与梁底密贴。检查和调整不少于5次。

3.2.3支架构造要求

碗扣架构造要求：

1)底层纵、横向水平杆作为扫地杆，距基础钢板顶面高度不应超过35 cm；

2)支架四周从底到顶应连续设置竖向剪刀撑；

3)中间纵、横向由底至顶设置竖向剪刀撑，其间距应不大于4.5 m；

4)剪刀撑的斜杆与地面夹角应在45°～60°之间，斜杆应每步与立杆扣接；

5)在支架纵向设置斜撑，斜撑间距不得大于4.5 m，且双侧均需设置，斜撑底部应支撑至坚实底面。

箱梁桥支架及千斤顶断面纵向布置示意图见图1，图2。

4　桥梁监测

4.1　桥梁监测的内容

对桥梁进行监测试验，主要试验内容有：

1)对桥梁进行建模计算，并选定测试断面，进行理论计算。

2)对桥梁实测断面进行测试仪器的布置。

3)在车辆通过时对桥梁进行受力及变形测试。然后分析整理数据，形成报告。

4)验证桥梁实际承载能力和理论计算是否符合，为今后超限车辆通行桥梁提供理论支撑。

4.2　试验仪器及设备清单

检测主要使用仪器设备见表3。

4.3　监测桥梁的选取

忻阜高速桥梁种类较多，结构形式复杂，按照要求选取桥梁，并兼顾仪器设备的安装方便及时间性，选取桥梁如表4所示。

4.4　桥梁监测方法及流程

4.4.1桥梁通行监测内容

1)考察桥梁试验跨结构的现有状况，确定需要监测的桥梁；

2)通过理论计算确定应力应变测试断面及理论值；

3)进行现场测试仪器安装及布置；

4)测试车辆通过桥梁时的桥梁结构应力应变数据；观测桥梁裂缝产生及其变化发展情况；

5)分析整理数据，提供检测报告。

表3　检测主要使用仪器设备

表4　监测桥梁的结构形式

4.4.2试验方法及相应使用的主要仪器设备

1)应力应变测试。

本项目利用美国BDI桥梁无线测试系统，对桥梁动应变进行测试；并通过DASP振动传感器，实现对动挠度测试。

2)裂缝观测。

采用目视、裂缝观测仪、塞尺及钢尺对结构混凝土裂缝的出现、缝宽、长度、深度、间距及变化发展情况进行观测。

4.4.3测点布置

根据对试验桥梁的受力分析及桥梁的实际情况，选择监测跨。

1)应力实验测点布置连续梁主要选取桥梁最大正弯矩断面边跨为3L/8处、次边跨跨中，中支点负弯矩处。简支梁按照跨中断面进行布置。

2)挠度测点按照跨中最大挠度处进行布设。

4.4.4监测荷载设计及加载程序

1)监测荷载设计。

由于重车通行桥梁时按照车辆居中行驶，限速5 km/h，因此，车辆按照居中慢速通行的原则进行加载，在桥梁行驶过程中，严禁变道、刹车等情况。

车轮上安装车轮位置指示器，并通过无线传输设备传至采集器，与桥下的位移及应力对应采集，用于分析车辆作用下的桥梁反应。

2)加载车辆。

将重车按照实际的车辆位置及重量进行加载，加载布局按照0.5 m考虑，用于计算出理论值。

5　安全保障措施

1)应在天气良好的条件下进行运输，不宜在雨天、雾天或大风天气通过桥梁。

2)桥梁使用状况良好的情况下，该超限大件运输车辆按照要求(一辆车居中、限速5 km/h)通过桥梁时，可以通过桥梁。同时强调在车辆过桥时，道路管理部门应当封闭桥梁，保证车辆独自通过桥梁。

3)在运输过程中，对于超重车辆应加强管理。尽量减少过桥车辆的载重，在构造物上行驶，必需按照规定的路线、位置行驶，减轻桥梁的受力。