墜石受損大橋的加固設計
2015-05-08
1 項目概況
某大橋走向與河道基本平行，主線與橋下被交路多次相交，由于被交路外側(cè)邊坡地勢陡峻，在盡量減少對自然山體破壞的指導思想下，該路段采用橋梁跨越，通過調(diào)整跨徑減少對被交路的干擾。該橋采用裝配式部分預應力混凝土連續(xù)箱梁，左幅橋縱向布置為4×30m；右幅橋縱向布置為6×25m+20m+4×30m。下部結構采用樁柱式橋墩，柱式臺，鉆孔灌注樁基礎。設計荷載為公路-Ⅰ級，地震動峰值加速度為0.05g。
2009年3月3日，因長達三周的陰雨惡劣氣候?qū)е略摌蛩幝肪€左側(cè)山體頂面的數(shù)顆巨石失穩(wěn)，并相繼從約65m高度的山頂沿坡面（坡度約70º）墜落，對路線左幅路基、右幅箱梁、內(nèi)側(cè)波型梁護欄底座、外側(cè)防撞護欄造成重大沖擊損傷。
左幅為路基，墜落到路基上的較大墜石共有4個，其中最大一塊呈圓柱體，周長約18m，高度約150cm，水平距離內(nèi)側(cè)波型梁護欄底座1.20m，因墜石自重及其巨大沖擊造成路基沉陷深度最大達55cm，路基外側(cè)擋墻開裂，局部塌陷。
右幅某大橋墜石散落于第5跨橋面，其中較大的共有三塊，其中最大一塊重約90t（圖2中A墜石）。
2 橋梁病害分析
箱梁是橋梁重要承重構件，也是本次地質(zhì)災害中受損最為嚴重的受力構件。經(jīng)調(diào)查，受損箱梁為第5跨內(nèi)側(cè)兩個梁體（即第3、4號梁），其中第3號梁病害最嚴重，受損部位主要位于頂板、腹板，以及箱梁第3、4號梁間的濕接縫處。
（1）濕接縫
A墜石在橋面上第一撞擊點位于第5跨第3、4號箱梁跨中區(qū)的頂板與濕接縫接縫處，該處已經(jīng)砸穿，雨天有漏水現(xiàn)象（見圖3）。
?。?）腹板
第5跨第3、4號箱梁的腹板損傷嚴重，3號梁出現(xiàn)大量發(fā)散裂縫，裂縫形狀有水平向、豎向、斜向，斜向裂縫最長達296cm，裂縫最大寬度為0.9mm，均為墜石產(chǎn)生的受力裂縫（見圖4）。
墜石受損大橋的加固設計圖3 墜石在第一撞擊區(qū)濕接縫病害
墜石受損大橋的加固設計圖4 內(nèi)側(cè)第二片箱梁腹板斜向裂縫
?。?）橋面
右幅橋面尚未攤鋪瀝青面層，第5跨橋面鋪裝受墜石撞擊后損傷嚴重，撞擊損傷概貌如圖5、6所示。
墜石受損大橋的加固設計圖5橋面鋪裝撞擊損傷現(xiàn)場
墜石受損大橋的加固設計圖6 濕接縫處橋面鋪裝及頂板砸穿
3 荷載試驗
為了了解結構體系在試驗荷載作用下的實際工作狀態(tài)，為科學地評價結構在受損后使用階段的工作狀況提供強度、剛度和變形等方面的資料，本次對比荷載試驗選擇受損的第5跨和相鄰未受損的第4跨進行了對比荷載試驗，為下一階段的加固設計提供依據(jù)。
本橋在試驗荷載作用下?lián)p傷跨第5跨跨中截面應變校驗系數(shù)最高為1.2，撓度校驗系數(shù)最高為0.95，而相鄰跨第4跨跨中截面應力校驗系數(shù)最高為0.9，撓度校驗系數(shù)最高為0.87。
預應力混凝土橋梁的結構校驗系數(shù)一般為0.7～0.9，但不得超過1.05。本橋損傷跨結構應變校驗系數(shù)已遠遠超過常值范圍，橋梁實際應力狀態(tài)偏離理論設計，承載力已經(jīng)沒有安全儲備。橋梁撓度校驗系數(shù)也較高，橋梁實際剛度小于理論設計剛度，存在安全隱患。
4 橋梁加固設計方案
由于箱梁跨中墜石部位裂縫超限，考慮到對橋梁結構承載能力的影響，本次維修加固設計采用兩種加固方案。
方案一：在箱梁側(cè)面粘貼整體鋼板，恢復腹板的整體性。
方案二：在箱梁底面張拉體外預應力鋼束或預應力碳纖維板。
