3、赣州西河大桥（钢纤维砼加固负弯矩区、双悬臂梁桥）

　　3.1 西河大桥概况

　　赣州市西河大桥位于市区内，跨越章江，为该市联络东西城区及由105国道进入市区的跨江通道。该桥桥长256.2m，为9孔双悬臂钢筋砼梁桥，孔径为12.6+7×33+12.6m.悬臂孔挂梁计算跨径为14m.原设计荷载为汽—10、拖—60，桥面宽度为净-7+2×1.5m人行道。该桥于1955年按苏联标准图并参照洛河桥施工图设计，1956年建成通车。

　　由于大桥建成后交通量日益增多，汽车载重愈来愈大，致使该桥已在主梁正、负弯矩区、牛腿上出现众多裂缝，桥面铺装及伸缩缝亦出现破碎及其它损坏现象。由于该桥病害严重，故被禁止稍重车辆通过。1992年以来，赣州公路分局曾先后三次组织对该桥进行检查，拍摄录像。1993年在对大桥进行加固设计前，亦进行了较全面细致的检查。

　　3.2 大桥病害检查情况

　　西河大桥病害主要表现在：

　　（1）主梁裂缝及主梁变形

　　主梁裂缝主要发生在锚跨中部（正弯矩区）梁的下缘及悬臂梁根部（负弯矩区）上缘，后者大都贯穿整个车行道翼板。各裂缝宽约在0.1～0.5mm之间。此类裂缝显然是由于大量重车通过使梁的受拉区开裂，属正常现象。但由于负变矩区裂缝在上面，雨水易从裂缝渗入梁内，引起钢筋锈蚀及砼强度降低。

　　主梁永久性变形严重，从桥栏杆柱变化，可明显看到这种波浪起伏状态，墩台处与墩中桥面高差大者已达6cm左右。

　　（2）牛腿裂缝

　　牛腿裂缝大都发生在悬臂孔赣州方向的主梁牛腿上。裂缝大者达21mm之多，为支座附近竖直裂缝。第七孔处下水南昌方向牛腿砼在支座处脱落一块，支座钢板外移，钢筋外露，支撑其上挂梁，锈蚀严重。挂梁上牛腿裂缝较少，大多是（嵌固端）转角处斜裂缝或竖向裂缝。

　　在后来凿开牛腿原砼时，发现由于钢筋较密，砼有浇筑不实之处，有空洞存在。

　　（3）桥面及伸缩缝

　　桥面呈波浪状。桥面铺装层裂缝及破碎现象甚为严重，在墩顶处及挂孔牛腿上伸缩缝处裂缝尤其发达，以致破碎脱落。究其原因，可能是因桥面铺装层下是较软的油毛毡防水层，在重车及冲击荷载作用下易产生这种破裂现象。

　　悬臂孔上伸缩缝全部破坏，缝壁破碎。

　　3.3 西河大桥加固方案

　　在进行加固前静载试验的同时，我们也进行了对该桥主要部件结构强度的验算。计算表明，对该桥单纯采取修补的方法，只能恢复到满足汽—10荷载的要求，而不能满足汽—20荷载运行的要求。

　　按容许应力法计算，悬臂孔支点截面受压区砼最大应力达13.5Mpa，超出实际砼容许压应力值；而按承载能力极限状态计算，跨中截面正截面强度不足，梁所能承受之最大弯矩为11839.87KN.m，不能满足所需承受的弯矩13184.81KN.m.根据现场检查、试验及计算分析资料，要使西河大桥通过加固达到承受汽—20、挂—100荷载等级的要求，就必须对主挂梁牛腿、主梁及其上桥面铺装进行加固补强，并对牛腿支座及伸缩缝加以改造。

　　3.3.1 悬臂孔主梁及挂梁牛腿的加固

　　（1）经计算，牛腿最弱截面为θ=28.86°或θ=41.19°（不计H）的斜截面，按偏心受拉构件验算，拉应力分别为2.0及2.2Mpa，按对牛腿截面尺寸能否符合裂缝控制要求验算，发现牛腿截面尺寸不足，公式Fvk≤β（1－0.5（Fhk/Fvk））（ftk/（0.5+a/ho））中系数β需≥1.39方能满足，而承受静力荷载的牛腿抗裂度取值至少应是β=0.80.依上可见，加固前牛腿状况显然不安全。加以牛腿伸缩缝处不平顺、不平整引起的跳车、冲击，可使垂直荷载实际上增大很多。因而牛腿砼内部微裂缝不断发展，最后引起严重开裂而破坏。

　　（2）由于牛腿是悬臂梁桥的一个关键部位，它是否牢固可靠对桥梁能否维持安全通行是起决定作用的因素之一。牛腿又是悬臂梁的薄弱环节，牛腿处梁高突变减小，截面凹折转角多，而要传递的集中力数值非常大，且频繁承受车辆冲击力作用，所以是受力非常复杂的部位。现有各种验算方法带有相当的近似性，还不能完全反映受力情况。为此，对牛腿加固我们提出了两种方案：

　　方案一：凿除原牛腿的低标号砼（旧170号砼），改为浇筑30号钢纤维砼。浇筑钢纤维砼时，在新老砼结合面上涂以环氧砂浆以增进两者粘结。

　　方案二：将挂梁从两个支点搁在主梁上改为以多支点搁在端横梁上。此种方案，可使原牛腿上受力减少，但牛腿的砼则因破碎开裂，仍需凿除后重浇新砼；端横梁也因原宽度不足及标号过低，也需凿除重浇加宽，这就增大了工程量。该方案另一缺点是传力情况不明确。

　　实桥加固时采用了第一方案。

　　3.3.2 主梁负弯矩的加固

　　根据检查、测试资料及计算成果，主梁负弯矩区在一般荷载下即产生大量裂缝，其上桥面铺装层亦产生大量网裂。此种裂缝不仅不美观，使人产生不安全感，在实际上也会因雨水渗入主梁和翼缘板中，导致锈蚀受力钢筋，影响桥梁使用寿命。

　　在考虑加固方案时，根据计算资料增加了纵向受拉钢筋，置于原铺装层范围内，计算结果还表明，由于新设计标准的荷载负弯矩作用，桥面砼的拉应力将达到3.96Mpa，采用现桥涵设计规范中所列各标号普通砼均仍会因抗拉设计强度无法满足而使梁顶开裂；只有采用钢纤维砼，其抗拉设计强度有可能大于此拉应力，从而保证桥面不出现裂缝。故我们在加固方案中对负弯矩区桥面铺装层采用浇筑钢纤维砼，要求其与梁顶翼缘板真正牢固连成整体。所以在将梁顶翼缘板顶打毛外，还要在其上设锚筋和在顶面上刷粘层剂使新老砼紧密结合。在浇筑钢纤维砼铺装层前，尚需用高分子化学材料压入梁顶的裂缝内，使裂缝粘合。

　　对此负弯矩区加固提出的另一种方案是在桥面铺装层范围内采用无粘结预应力加固。此措施旨在使桥面原裂缝进一步闭合，同时可因悬臂负弯矩减小而减小悬臂端挠度，并减轻主梁和挂梁衔接处冲击。该方案因施工工期短、施工技术较新，且需一定设备，一般施工队伍不一定具备条件而放弃。

　　3.3.3 主梁锚跨及挂梁正弯矩区加固

　　在按承载能力极限状态计算时，在汽—20、挂—100荷载作用下主梁截面强度不满足，故需补强。补强的措施是在凿去原桥面铺装层及油毛毡后，将原桥面打毛，用锚杆在原铺装层厚度范围内加一层钢筋网，然后浇筑30号UEA补偿收缩自防水砼。采用UEA补偿收缩自防水砼的目的是因为UEA补偿收缩是一种适度膨胀的砼，在钢筋和邻位约束下，可在砼中建立0.2～0.7Mpa预压应力，使结构达到抗裂防渗的目的，即解决防水问题。挂梁则除在原铺装层厚度范围内不增钢筋网外，其余均与主梁加固方法相同。

　　3.3.4 主梁裂缝粘合

　　为改善主梁负弯矩区受力情况，并增加梁板耐久性能及刚度，同时为了在加固施工中需要将导梁移孔时，主梁及挂梁能安全承受在上通过的导梁设备重，本桥加固设计采用了以高分子化学材料对主梁及挂梁裂缝以压灌的方法，使裂缝予以粘合。

　　3.4 试验结果

　　（1）赣州西河大桥加固前后采用两辆黄河牌重车加载时，尽管加固后试验荷载的内力较加固前大9%左右，但在相同位置上实测的应力值，仍见明显减小，说明加固效果是较好的。

　　（2）在黄河车及大交通车作用下，考虑了冲击系数实测活载应力值，与恒载应力计算值合计值，均小于砼轴心抗压强度和钢筋抗拉设计强度值。说明该桥承载能力完全满足设计荷载标准（汽—20、挂—100）。

　　（3）由实测最大挠度值可见，锚跨跨中挠度为计算跨径的1/4583，远小于规范的1/600.悬臂跨悬臂端在两列大交通作用下的挠度为悬臂长度的1/788，小于规范的1/300.说明加固后桥梁刚度是较好的。

　　3.5 加固效果与跟踪观察

　　赣州西河大桥通过在桥面铺装层内增设纵向钢筋，用钢纤维砼重新浇筑牛腿和浇筑负弯矩区桥面铺装层，用GJK-1高分子化学材料粘合梁体裂缝等措施，将西河大桥原仅能承受汽—10、拖—60的承载能力提高到汽—20、挂—100标准，说明此种加固方法是有效的。施工期限也较短，经费也较少，完全可以应用到同类的双悬臂钢筋砼梁桥加固上。该桥经加固后开放交通至今，使用情况一直良好，经跟踪观察未发现新的病害。