水闸交通桥安全加固技术方案应用

周淑娟 郭朔彤

摘 要：某分洪闸在安全鉴定时被鉴定出存在交通桥桥面坑洼多、承载能力标准低等问题。通过安全复核计算，该交通桥采取了拆除重建方案。拆除重建方案重点解决了交通桥排架柱新老混凝土结构连接、植筋、抗震等技术难题。通过除险加固，该分洪闸恢复了交通桥的原标准和原功能，保证了分洪闸安全运行及防汛通道畅通，且使用情况良好，发挥了极大的社会效益。

关键词：交通桥;拆除重建;倒梯形;植筋;抗震

中图分类号：U445.72 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）19-0062-04

Abstract： A certain flood diversion gate was identified in the safety appraisal of the traffic bridge deck more potholes， low load capacity standard problems， through the safety review calculation， the traffic bridge to take the demolition and reconstruction scheme. The scheme of demolition and reconstruction focuses on solving the technical problems such as the connection between the new and old concrete structures， planting bars and seismic resistance of the transportation bridge. Through the reinforcement， the gate has restored the original standard and function of the traffic bridge， ensured the safe operation of the flood gate and the unimpeded flood control channel， and exerted great social benefits.

Keywords： traffic bridge;demolish and rebuild;inverted trapezoidal;planting bar;seismic

1 水闸交通桥基本情况及问题的提出

某交通桥所属水闸为分洪闸，1967年始建，1976—1978年进行了改建。其为49孔钢筋混凝土桩基开敞式闸，设计分洪流量为5 000 m3/s，按6 000 m3/s校核，为大（一）型工程。闸身两侧各设两个减载孔，减载孔净宽为6.0 m。中墩厚为1.0 m，边墩厚为1.1 m，底板顺水流方向长19 m。2009年安全鉴定时被评为三类闸，并指出交通桥桥面存在坑洼多、承载能力标准低等问题，需要进行除险加固。

交通桥位于闸室下游，原设计标准为汽-13级。该交通桥分为两部分：第一部分与桥头堡相结合，属减载孔跨，跨径为6.90 m，闸上下游两侧各两孔，共长28.4 m（含与堤防衔接段0.8 m）;第二部分为标准的交通桥，跨径为7.00 m，全闸49孔，共长343.0 m。

2 原交通桥结构复核计算

该桥桥板为混凝土预制实心板，混凝土标号为250号，换算为现在的混凝土标号为C20。

2.1 工況组合

复核计算时采用公路Ⅱ级荷载，计算上部桥板结构时加入汽车作用、人群荷载，计算下部桥墩结构时考虑汽车作用、人群荷载、风荷载以及地震荷载（偶然工况）。

计算工况取正常运用工况和地震作用下的工况。永久作用为结构自重，可变作用为人群荷载和汽车荷载，偶然作用为地震惯性力。

桥面板跨径为7 m，计算跨径为6.3 m，桥面宽度为8 m。设计汽车荷载为公路Ⅱ级荷载，人群荷载为3 kN/m。交通桥横断面采用8块桥板依次铺筑，为对称结构。复核时分别对1#、2#、3#、4#板进行复核计算。

2.1.1 刚度参数[γ]计算。刚度计算公式为：

式中：[γ]为刚度;[I]为截面抗弯惯性矩;[b]为截面宽度;[IT]为截面抗扭惯性矩;[l]为计算跨度。

2.1.2 作用效应计算。作用效应包括自重荷载效应和车道荷载效应。经计算，跨中弯矩为最大弯矩，为217.69 kN·m，跨中剪力[V]=96.47 kN。计算配钢筋面积[As]=4 620 mm2，实配钢筋面积[As]=3 490 mm2，不满足要求。

2.2 盖梁与墩柱计算方法

2.2.1 设计标准。设计荷载：公路Ⅱ级荷载;人群荷载：3 kN/m2;桥面净空：8 m;标准跨径：6.3 m;柱：700 mm×800 mm;梁：8 000 mm×700 mm;垂直水流方向宽800 mm。

2.2.2 材料。混凝土：250号，钢筋为二级钢筋。

2.2.3 可变荷载横向分布系数计算。荷载对称布置时用杠杆法，非对称布置时用偏心受压法。

2.3 计算结果

根据《水工混凝土结构设计规范》（SL 191—2008），计算结果如表1所示。

从计算结果来看，混凝土现浇板和盖梁的钢筋均不满足根据现有规范计算的配筋结果。

3 交通桥加固方案

3.1 交通桥排架

根据复核计算结果，对交通桥桥面铺装层及排架加固的两个方案进行比较，即拆除重建和外粘型钢加固，交通桥排架现场布置见图1，交通桥排架加固方案见图2。图2中，高程单位是m，部件尺寸单位为cm。方案一，拆除重建后，交通桥混凝土结构整体性和结构耐久性良好，易恢复原桥面高程，施工方便，可彻底解决当前存在的安全隐患问题;方案二，采用外粘型钢加固排架，耐久性较差，改变原桥面高程，无法彻底解决安全隐患，且需要限制车流量，每天观测交通桥运行情况。因此，推荐使用方案一，即拆除重建方案。该方案彻底解决了安全隐患，无须限制车流量，为地方发展提供了便利。

原交通桥设计标准为汽-13级，全长371 m。由于该闸下游50 m处有一座大型浮桥，来往车辆多，车辆荷载重，除险加固时按照最新的交通桥桥梁设计规范进行复核，交通桥设计标准提升至公路Ⅱ级，按公路Ⅰ级荷载校核。

拆除交通桥排架梁和桥面板，新建装配式空心板，桥宽8.7 m。同时，为节省投资，合理利用交通桥排架柱，保留上游侧短排架柱完整，将其钢筋保护层凿除，然后焊接新钢筋按设计界面尺寸重新浇筑。拆除下游侧长排架柱，为使新建长排架柱与原闸墩较好地连接且受力时不易侧向滑出，将排架柱底部闸墩设计成倒梯形，拆除柱底部以下沿闸墩下游边缘1 500 mm×1 000 mm×1 000 mm的闸墩，尽量保留原钢筋，在重建时将排架柱纵筋与闸墩钢筋焊接。

交通桥排架柱与闸墩以植筋连接。布置植筋时需要考虑避开原闸墩钢筋布置，同时考虑植筋间距、原闸墩混凝土适应情况等，施工难度大。植筋前对桥墩部分采用“小应变法”做完整性检测，检测结果显示强度满足方可进行下一步加固工作。植筋锚固长度、植筋混凝土及植筋胶和界面剂使用等级严格按照规范执行，并进行植筋拉力抗拔试验以验证强度，结果显示应用效果良好。

拆除新建交通桥排架柱时，为使排架柱与原闸墩较好地连接且受力时不易侧向滑出，将排架柱底部闸墩设计成倒梯形。交通桥排架柱与闸墩连接采用植筋锚固和现浇混凝土锚固连接组合方式。

分洪闸位于Ⅶ度地震区，采用抗震措施，在钢筋混凝土挡块及桥面铺装层与盖梁之间增设板式橡胶支座，型号为GJZ-200×200×42。

从施工及现状运行情况看，方案较好地满足了交通现状要求。

最终确定采取拆除重建方案加大盖梁及柱的尺寸，加固后盖梁结构尺寸为8 700 mm×800 mm（宽×高），垂直水流方向宽1 550 mm，柱调整为800 mm×900 mm（顺水流×垂直水流）。

3.2 桥面铺装层

桥板由6×0.99 m的空心中板和2×0.99 m的边部板件组成。空心板厚42 cm，桥面行车部分净宽为7.0 m，桥面的标准跨径为7 m，实际制作长度为6.98 m，净跨为5.45 m，支撑宽度为75 cm。

桥面铺装层厚18 cm，共3层，由下而上分别为10 cm厚C40防水混凝土现浇层、沥青防水层、8 cm沥青混凝土桥面铺装层。10 cm铺装层内设Φ12@100钢筋网。板与板之间设铰缝钢筋。

4 技术难点及解决方案

4.1 排架柱与闸墩新老混凝土结构连接問题

原交通桥排架柱固结在闸墩顶，交通桥桥面铺装荷载和交通车辆荷载通过排架柱向闸墩传导至闸室底板。排架柱拆除后如何与闸墩重新连接并稳固发挥作用成为技术难点[1]。排架柱与闸墩连接断面见图3，尺寸单位为mm。

一方面，原排架柱拆除时保留原柱与闸墩固结钢筋，闸墩顶高程以上保留钢筋长度按照《水工混凝土结构设计规范》（SL 191—2008）锚固长度要求[40d]（[d]为受力钢筋直径）计算，保留长度为1.0 m。

另一方面，排架柱发挥作用时，受拉侧钢筋在闸墩内有受弯或拔出趋势，钢筋外部包裹的闸墩混凝土受挤推，有滑出拆除重建断面的风险。为使排架柱与原闸墩较好地连接且受力时不易侧向滑出，将排架柱底部闸墩设计成倒梯形，使新浇筑闸墩与顶部排架柱和底部原闸墩结构更好地连接，确保工程安全[2]。

4.2 植筋

交通桥排架柱与闸墩连接采用植筋锚固和现浇混凝土锚固连接的组合方式。布置植筋时不仅需要考虑避开原闸墩钢筋布置，还要考虑植筋间距、原闸墩混凝土适应情况等，技术难度大。

植筋前，采用小应变法对桥墩部分[3]做完整性检测，检测结果显示强度满足方可进行下一步加固工作。植筋锚固长度[4]、植筋混凝土及植筋胶和界面剂使用等级严格按照《混凝土结构加固设计规范》（GB 50367—2013）执行。该分洪闸原闸混凝土为C20，经计算植筋深度最小为50 cm。将长柱一半纵向受力筋间隔植入原闸墩结构内，植筋长度大于等于50 cm，植筋用结构胶黏剂采用A级胶。做植筋拉力抗拔试验验证强度，满足要求后适用到全闸。结果表明，应用效果良好。

该闸建于20世纪70年代，原闸各结构构件采用混凝土标号多数为150#，相当于C14混凝土，不符合《混凝土结构加固设计规范》（GB 50367—2013）中“当新增构件为其他结构构件时，其原构件混凝土强度等级不得低于C20”的要求。针对老混凝土的强度问题，研究者做了大量检测和试验。结果显示，随着混凝土龄期的增长，混凝土结构强度增加，老混凝土抗压强度满足植筋要求。为节省投资，保证结构安全，新老混凝土结构连接根据受力特点采取不同方式。受力复杂的交通桥排架柱与闸墩连接，采用植筋锚固和现浇混凝土锚固连接组合方式。

植筋时，采用先进的技术和器械，精准控制植筋钻孔的孔深、孔径及孔壁四周厚度。向老混凝土结构植筋时，先注入植筋结构胶再植筋。结构胶黏剂采用A级胶。

4.3 抗震措施

该分洪闸处于Ⅶ度地震区，按照规范要求应采取抗震措施。一方面，在交通桥桥面宽度8.70 m外，两侧各设宽0.30 m防震挡块。另一方面，桥面铺装层与盖梁之间设板式橡胶支座[5]。

5 结语

通过采取以上除险加固措施，该分洪闸交通桥恢复了原标准和原功能，保证了分洪闸安全运行及防汛通道畅通，确保了被保护区群众的生命和生产生活安全，使用情况良好，发挥了极大的社会效益。

参考文献：

[1]陈新河.水利工程水闸闸墩补强加固及表面防护处理分析[J].黑龙江水利科技，2021（6）：180-182.

[2]刘明稀.水利工程中水闸加固施工技术研究[J].地下水，2021（2）：257-258.

[3]王洪勋.钻孔灌注桩桩基检测的质量控制与方法探讨[J].住宅与房地产，2018（5）：119-120.

[4]杨涛，张永红，褚应丹.丹江口溢流坝段闸墩加固钻孔植筋施工[J].湖北水力发电，2008（5）：37-39.

[5]贺存哲，薛刚.板式橡胶支座抗震性能研究综述[J].江西建材，2019（5）：7.

3647500338200