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目前交通運輸正處於高速發展的階段,路橋工程不斷建設,其使用時間不斷增加,這讓橋梁工程面臨著比以往更加嚴重的病害問題,在很大程度上讓橋梁的承載力以及耐久性大大降低,既有鐵路橋墩基礎病害主要體現在2000年前後施工的一些項目上。
為了確保運營的安全,對病害橋梁需進行限速運營和長期的監控量測,下面小卡以工程案例的形式與大家分享:
一、工程概況
1.既有橋梁概況
大麗鐵路全長161.006km,國鐵Ⅰ級,設計速度120 km/h,為單線電氣化鐵路。2004年12月開工建設,2009年9月正式通車運營。
下河村1號特大橋全長523.44 m,孔跨布置為5×32m+21×16m簡支梁,橋梁位於R=1200m圓曲線上,線路縱坡-3‰。橋址範圍內地質條件較差,7號~21號橋墩位於深厚軟土區,軟土分為流塑-軟塑狀泥炭、軟塑狀泥炭質土、軟塑狀淤泥質土,軟土厚 15~36 m。0號橋臺至21號橋墩基礎為摩擦樁,樁徑為1.0 m,最大樁長為67m; 承臺為C20鋼筋混凝土,墩身為C20混凝土。
2.病害情況
2013年,橋下堆載及重車通行引起橋梁的7號~ 21號橋墩沉降及傾斜,2018年5月的監測結果表明,橋偏心達-8~205mm;累計沉降達 79~109mm。
3.病害結果及趨勢
2013年至2018年6月,該橋一直以 80 km /h的速度通行( 設 計 速 度 120 km /h )。根 據2015年及2018 年的監測結果,7號~21號墩沉降和傾斜的趨勢仍在繼續發展。
4.病害整治方案
採用「樁基加固+既有橋墩植筋連接+包護鋼筋混凝土承臺」的加固方案。對 7號、8號、20號、21號橋墩,在線路兩側加六樁進行加固,與既有橋墩植筋連接,並包護鋼筋混凝土承臺,方案布置如1( a) ~ 圖1( c) ; 對9號~ 19號橋墩,在線路兩側加八樁進行加固,與既有橋墩植筋連接,並包護鋼筋混凝土承臺,平面布置見圖 1( d) 。
圖 1 橋墩整體加固方案布置示意( 單位: cm)
二、植筋計算
1.單根鋼筋承載力計算
(1)採用HRB400鋼筋,相關指標如下:
f—鋼筋抗拉強度標準值,取 400 N/mm2 ;
As—鋼筋的面積/mm2 ;
fv—鋼筋受剪強度,取 120 N/mm2 ;
受剪承載力計算公式Nb1 = fvAs (1)
抗拉承載力計算公式Nb2 = fAs (2)
(2)植筋直徑為20mm,參照式(1) 、式(2) 計算。
單根φ20 植筋的抗剪承載力
2.植筋布置形式確定
(1) 植筋範圍
根據《混凝土結構加固設計規範》( GB50367— 2013) : 植筋間距應大於6d,邊距應大於3d( d為鋼筋直徑)。橋墩側面採用20或25的HRB400鋼筋,植筋間距為300mm,邊距為150mm。橋墩植筋底平面為263 cm×403 cm,墩身坡度為45∶1,高度3. 5 m,故頂平面為247cm×387cm。植筋時,採用縮小的頂平面(245cm×385cm) 進行植筋(見圖2)。
(2)橫橋向植筋根數
行根數:(2.45-0.15×2) ÷0 3+1= 8
排數:(3.5-0.15×2) ÷0.3+1=11
兩面最多可植根數: ( 8×11) ×2 = 176
(3)縱橋向植筋根數
行根數:(3.85-0.15×2) ÷0.3+1 =12
排數:(3.5-0.15×2) ÷0.3+1 =11
兩面最多可植根數: (12×11)×2=264
(4)確定植筋原則
植筋間距300 mm,邊距不小於150mm; 縱橋向植筋根數為 264 根,橫橋向植筋根數則根據縱橋向用足後的剩餘控制軸力進行調整。橋墩植筋布置示意見圖 2。
圖 2 橋墩植筋布置示意( 單位: cm)
3.植筋根數
根據單根鋼筋承載力計算值,推算每個墩承臺的植筋根數( 如表 1)。根據計算結果: 縱橋向植筋根數為264根; 橫橋向植筋根數最大為 53 根,小於最多植筋根數( 176 根) 。
4.單根鋼筋錨固深度計算
三、計算結果分析
1.相同部分( 與設計施工圖對比)
(1)植筋類型:直徑為20mm、25 mm,HRB400型的兩種鋼筋。
(2)植筋間距:300mm行列式布置,邊距採用150mm。
(3)植筋錨固深度: C20植筋錨固深度取1000 mm,C25植筋錨固深度取1300mm。
2.不同部分(與設計施工圖對比)
橫橋向植筋較施工圖少 61 根,見表 2。
3.整治效果
經過病害整治加固後,該橋由長期限速 80 km /h恢復到設計速度( 120 km /h) ; 近 3 個月的運營實踐及監測表明,該橋加固效果良好。