梅州大桥维修加固设计说明施工图设计.docx

1、梅州大桥维修加固设计说明施工图设计设 计 说 明1工程概况梅州大桥位于梅州市城区,是国道G206上的一座大桥,中心桩号为：2160441。2,上部结构为跨0的刚架拱,下部结构为重力式桥墩,钻孔灌注桩。该桥全长401。8，桥面宽为8m。设计荷载为汽-2级，验算荷载为挂车1,人群荷载为3。0k/m2图1.1-1 梅州大桥2编制依据2.1相关文件（)国道20线梅塘大桥施工图设计（一九九三年六月)（2)梅州大桥检测、静动载试验报告（广东省公路工程质量检测站 二一年十二月十日）()国道G26线梅州大桥维修加固方案评审会会议纪要2。2相关规范（)公路工程技术标准（JTGB0-203)（2)公路桥涵养护规范

2、(JTG 11-04)（3)公路桥涵施工技术规范（TJ0-00）(4）公路桥涵设计规范(合订本)(99）（5）混凝土结构设计规范（G51002)(6）混凝土结构加固设计规范( 503606)（7)公路桥梁加固设计规范(G/T J2-2008)(）公路桥梁加固施工技术规范（JTG/T 232008）3加固设计技术标准()设计荷载:原设计荷载等级为汽-0级、挂-10,本次维修处治维持原荷载等级即汽2级、挂-00 (）桥面宽度:维持原桥面全宽28.0m。 (3)桥面布置及纵横坡度：维持原设计病害情况根据检测报告，本桥主要病害整理如下,详细的检测情况见梅州大桥检测、静动载试验报告(广东省公路工程质量检

3、测站 二一年十二月十日):4.桥面系该桥桥面为水泥混凝土桥面，桥面各墩台顶伸缩缝橡胶条均已破损剥落,填满泥沙,并有跳车现象；全桥桥面磨耗较严重,车轮位均已磨光,局部有小坑槽及脱皮露骨现象；在各拱肋对应桥面位置均有出现纵向裂缝，裂缝基本贯通全桥,中间机动车道在L4、3/4处有出现大面积的网裂中间机动车道排水孔均有泥沙堵塞。图4.1 桥面网裂第跨桥面跨中位置平远往丰顺方向中间机动车道出现桥面穿孔、砼破损碎裂,破损区钢筋基本断裂，破损面积约为mm;中间机动车道排水孔均有泥沙堵塞。墩顶防撞栏局部有破损 图。1 桥面破损、穿孔4。2上部结构全桥上部结构为9跨40刚架拱桥,每跨共有9片主拱肋，拱肋由上弦杆

4、、斜撑、主拱腿及实腹段组成，拱肋间上弦杆及实腹段共设有12道型横系梁，两侧大节点位置各设有1道型横系梁，每侧主拱腿设有2道横系梁。(1）肋腋板全桥各跨约2%7%肋腋板底面出现开裂，部分裂缝宽度超过0。5m,个别裂缝宽度达2m,并伴有渗白浆、水迹现象；部分肋腋板有出现小破损剥落、露筋,其中右侧肋腋板病害危害情况比左侧严重,而且病害主要集中在第跨第3跨间以及第跨。图。2- 肋腋板破损（2)横系梁各拱肋间大部分横系梁出现斜向及竖向裂缝,个别横系梁裂缝比较宽,约0.3mm，且基本裂通整个系梁截面,仅靠钢筋连接.部分系梁砼有较严重的蜂窝孔洞及露筋。图4.22 横系梁开裂、露筋图23 横系梁混凝土破损(3

5、)大节点、小节点全桥大部分拱肋大节点处均有出现贯通的U型裂缝,裂缝宽度约0。15m，部分裂缝沿拱肋两侧面向上延伸约530cm;小节点处仅有个别出现此类裂缝,且裂缝宽度很小均小于。1mm；部分节点处出现蜂窝孔洞、渗白浆现象,如:第1跨2号拱肋平远侧大节点处有1处蜂窝孔洞,面积为2cm18cm。第2跨2号肋丰顺侧小节点处砼振捣不严，蜂窝孔洞。第2跨丰顺侧5号肋大节点处有严重的渗白浆。图4.2-4 大、小节点蜂窝孔洞（4）上弦杆、实腹段拱肋全桥各跨上弦杆、实腹段等构件状况良好，未见明显破损、开裂，仅发现第7跨跨中处号9号肋均有出现17条竖向表面收缩裂缝,裂缝宽度均较小，约0。1mm左右,且大部分未裂

6、至肋底。(5）拱腿、斜撑全桥各跨拱腿、斜撑等构件状况良好,未见明显开裂,但局部出现蜂窝、孔洞现象，如:第2跨近2号墩侧3号拱腿根部有1处蜂窝孔洞、露筋，钢筋锈蚀严重.第8跨平远侧2号拱腿在15号系梁位置有1处蜂窝孔洞,并有露筋锈蚀.4下部结构(1)支座各墩台顶支座没有发现明显的开裂,压缩现象,均有轻微的剪切变形。（)墩顶立柱、盖梁各墩顶均积满泥沙垃圾，个别还长有灌木、小树;7号墩立柱顶盖梁有3处砼涨裂、剥落(3）桥墩、桥台全桥大部分墩台状况良好,未见严重破损。检测中发现9号桥台拱座4号拱腿对应位置及3号号拱腿间各有1条竖向裂缝,宽约0.2mm,裂缝从拱座顶面一直往下延伸。9号桥台右侧挡墙有两条

7、贯通竖向裂缝，缝宽约23m，且表层砂浆有剥落。图。31桥台挡墙竖向裂缝4.4水下基础探查大桥所在河道宽阔，水质较好，水流平缓,河床底部以沙石底为主,大桥水下墩基础表面有少量厚度不超过1cm的贝类水生物。其中2-号、29号、-10号、-11号桩有露筋现象,露筋数量从4根至13根不等。11号、21号、6号、2-7号、加2号、4-号、42号、4-号、4号、45号、4-6号、4号、6-号、67号、-9号、610号、61号、6号、64号、6-15号、7-4号、87号、8-9号桩各桩身表面有露筋现象。2-3号、2-号、2-加1号、2-加2号、3号墩、5-1号、5号、57号、71号、2号、7-号、77号、8

8、号、6号、8-10号、-11号、812号各桩身局部有钢护筒，钢护筒锈蚀严重;其余各桩无钢护筒保护,各桩与河床结合处未见冲刷掏空。原设计河床较高,河床线基本位于桩基顶面处,和原河床线相比,如今河床普遍存在明显的冲刷与下切,各墩顶河床下切量介于36c之间。号墩承台表面轻微露沙，但整体结构完好，未见明显破损。1号桩身在距承台底部10m处有一40cm的钢护筒,没有钢护筒桩身表面轻微露石。2-2号桩身表面轻微露石，在小里程往上游转角处河床往上有4根纵向露筋、最长约为10cm,有1根横向露筋、最长约为100c。图.4 22号桩基础混凝土剥落、露筋3号桩身距河床120cm处有一长30m的钢护筒，没有钢护筒桩

9、身表面轻微露沙，桩与河床结合处、与承台结合处未见有明显破损26号桩、7号桩桩身无钢护筒保护,表面轻微露石，但未见露筋.2-号桩身钢护筒座底,钢护筒锈蚀严重,但整体结构严实,未见露筋。2加号桩身表面局部有钢护筒,没有钢护筒保护的桩身表面轻微露沙，整体结构严实,未见明显破损。2-加2号桩身表面自河床往上20cm局部有钢护筒,没有钢护筒保护桩身表面严重露石,但未见露筋。29号桩身在小里程往下游面距河床30cm处有4根横向钢筋、最长露筋约为10cm,有3根纵向露筋、最长露筋约为10m.图4。4 29号桩基础混凝土剥落、露筋210号桩身在大里程往下游面自河床往上有8根横向钢筋、最长露筋约为15c,有5根

10、纵向露筋、最长露筋约为130m，露筋处破损进深约为3cm。图4。3 1号桩基础混凝土剥落、露筋211号桩身在小里程往下游面距河床40cm处有3根横向钢筋、最长露筋约为20cm,有1根纵向露筋、最长露筋约为60cm。212号桩身无钢护筒保护,桩身表面轻微露石,未见露筋。图4。4-4 11号桩基础混凝土剥落、露筋。5病害综述由检测结果可知梅州大桥在多年的运营下出现较多的病害，主要的病害如下：桥面系中伸缩缝老化、破损较严重;桥面各跨铺装层磨耗较严重均有不同程度纵横开裂,其中第1跨右侧机动车道已经严重破损穿孔，机动车道大部分泄水孔填满泥沙。上部结构存在较多结构性病害,主要病害表现在：肋腋板开裂、破损情

11、况严重,部分裂缝宽度较宽达0。mm,且第跨右侧机动车道已经出现穿孔现象。横系梁出现较多的竖向、斜向裂缝，个别裂缝较宽且有出现断裂迹象。大部分大节点位置均有出现环向开裂，裂缝宽约0。15mm。其余构件状况较好，未见严重破损、开裂，仅局部有蜂窝孔洞。墩台状况良好,仅9号桥台台座位置出现有2条竖向裂缝。砼强度:通过在拱肋及墩顶立柱上设测区检测结果表明结构砼强度与设计值相比偏低.桥面线性检测结果表明各跨跨中均存在不同程度下挠，跨中相对下挠最大值为7。29m.水下基础结构:河床冲刷下切情况较为严重，与原设计河床线相比,现在河床普遍下切36，而梅州大桥桩基长度不长,只有12左右,及大部分桩基埋深只有设计值

12、一半左右;此外，桩身表面有轻微的露骨现象，其中2-号、29号、2-号、1号桩有露筋现象，未见严重的破损孔洞。4。6结论及建议综合上述外观病害检测结果,梅州大桥存在较多结构性病害，技术状况等级评为四类桥,按桥涵养护规范规定须进行大修或改造，及时进行交通管制.第1跨静载试验结果表明试验跨主拱肋结构整体刚度、强度性能均较好，实测最大应变值、挠度值均小于理论计算值，拱脚相对水平位移、结构基频与理论计算值比较接近,即其实际承载能力基本能满足原设计荷载等级汽-2、挂100的要求,但安全储备不足,横向联系薄弱,整体共同工作性能差。针对该桥的具体病害提出以下建议:（1）由于该桥横系梁、肋腋板及拱肋的大小节点均

13、存在较多结构性病害,且第1跨右侧机动车道已出现破损穿孔,直接影响行车安全,建议继续对桥梁进行交通管制,限速、限载通行。具体管制方案为：继续封闭平远往丰顺方向桥面的机动车道,禁止一切车辆及行人通行;将原丰顺往平远方向机动车道设置为双向通行机动车道,并对此车道进行限速、限载管制，禁止总重大于5吨的车辆通行,通行速度应限制在20以下，两外侧非机动车道可正常运营,为缓解交通压力,可允许3吨以下小汽车通行。(2)该桥存在较多结构性病害，已影响到结构的安全与稳定，应尽快对全桥进行全面彻底的维修加固,以保证桥梁运营安全.(3）针对肋腋板承载力低,破损重的现状,建议拆除原桥面系，更换原桥面的肋腋板，重新修筑整

14、体化桥面,并做好其余的防撞栏等构件。(）对所有横系梁进行加固处理,可采用增大截面法对横系梁进行加固补强以增强结构的横向联系,提高结构的整体工作性能()由于各跨主拱肋跨中均存在明显的下挠变形，虽然静载试验表明主拱肋可以满足设计荷载等级要求，但结果第一阶频率偏小,说明结构刚度较小，而且梅州大桥交通压力大,负荷重，建议可增加拱片等形式对拱肋加固补强，以提高结构的安全储备。（6)对2号墩露筋柱基采用外包钢筋砼进行补修完整,防止进一步破损。（7）由于河床冲刷下切较重，而桩基的长度均较短,建议对河中各墩周围河床防护以增加结构的稳定性与安全性。5主要病害原因分析5.1 原结构复算原结构复算按照原设计采用的荷

15、载等级和公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JJ 235)（以下简称规范)要求进行。计算采用MIDASCil有限元建模软件建立三跨空间模型进行计算分析，计算模型见下图。图.11 计算模型总体图图5.2 计算模型侧面图计算荷载(1）结构重力：混凝土容重按25/m计,程序自动计入。（)二期恒载：包括肋腋板及桥面铺装。0N/,边防撞护栏7kN/m,中防撞护栏.N/.(）活载: 双向四车道。(4）主要材料指标：表5.11 混凝土指标强度等级弹性模量(MP)线膨胀系数标准值设计值 （p）(M）（Ma)(Mpa)3000。01.0000521。02。117。1.2250.0010017。1.901.

16、1.55表512 普通钢筋指标普通钢筋弹性模量(Ma) （Ma） (MPa) （MPa)级钢筋2004024240级钢筋200000.0034030340(5)荷载组合：原桥设计荷载为汽车-2级,本次复算中仍采用汽车0级，验算荷载采用挂车-10，考虑以下两种荷载组合：荷载组合:1。恒载+1。4汽车20级;荷载组合:1.2恒载+1.1挂车10。（6)混凝土收缩及徐变影响力:相对湿度70,加载龄期取28天，计算参数按照规范（JTJ03-85)有关规定取值,计算时间取360天.5。1。承载能力极限状态验算（）主拱腿关键截面验算（见表1)表5.13承载能力极限状态强度验算(表中轴力单位为k，弯矩单位为

17、kNm) 截面位置组合组合是否满足规范拱腿下端2773。4-366。3-31。6-4。3448.满足中部-2757。3。6-308。2。34010。1满足上端73.-334.3369。3-400.03992。6满足注：轴力+为受压，-为受拉；弯矩+为下缘受拉，为上缘受拉。通过验算发现，在汽20级、挂100荷载作用下,主拱腿截面强度满足承载能力设计要求.()斜撑关键截面验算(见表5.14)表5.1-4 承载能力极限状态强度验算(表中轴力单位为kN,弯矩单位为kN。m) 截面位置组合组合是否满足规范斜撑下端9766.8104。60.4226.1满足中部935.01。1051.612。3261.1满

18、足上端92。573。41。1。5226。1满足注:轴力为受压,-为受拉；弯矩为下缘受拉,-为上缘受拉。通过验算发现,在汽级、挂100荷载作用下,斜撑截面强度满足承载能力设计要求。（3）弦杆关键截面验算(见表5.15）表51-5 承载能力极限状态强度验算(表中轴力单位为k，弯矩单位为k.m） 截面位置组合I组合是否满足规范端弦杆梁端侧906.6-80。566。5.818。2满足中部90。263.86。427。9078满足小节点侧90.3-16.38。110。5108。2满足内弦杆小节点侧546.773。4529054。59。6满足中部548。3280257。6502968。6满足大节点侧548.

19、13。27.6198。7968。6满足注:轴力+为受压,-为受拉;弯矩+为下缘受拉,为上缘受拉。通过验算发现，在汽2级、挂00荷载作用下，弦杆截面强度满足承载能力设计要求。(4)实腹段关键截面验算(见表5。16)表。-6承载能力极限状态强度验算(表中轴力单位为N，弯矩单位为kNm) 截面位置组合组合是否满足规范实腹段大节点侧265.204-69。88978295.1满足跨中-28046。-640。5315。861。满足注:轴力为受压,-为受拉；弯矩+为下缘受拉,-为上缘受拉。通过验算发现,在汽20级、挂1荷载作用下,实腹段截面强度满足承载能力设计要求,但已达到极限值，无安全储备（4)立柱截面验

20、算（见表.17)表5.7 承载能力极限状态强度验算(表中轴力单位为kN,弯矩单位为kN。）截面组合I组合是否满足规范立柱6。454.107。663-202满足注：轴力+为受压,-为受拉；弯矩+为下缘受拉，-为上缘受拉。通过验算发现，在汽20级、挂0荷载作用下，立柱截面强度满足承载能力设计要求。5。1.2正常使用极限状态验算()变形验算根据计算,在正常使用状态下刚架拱片最大竖向位移为0。2在汽20级荷载作用下刚架拱片最大位移为2。m，小于主梁计算跨径的1/8，满足公路桥涵设计规范（合订本)(98)规范要求。（2)裂缝宽度验算（见表.18)表。8 使用阶段裂缝宽度验算构件裂缝宽度(m）规范限值(m

21、m）结论主拱腿0.140。2满足斜撑0。000。2满足弦杆.110。2满足实腹段0。150。2不满足横系梁02590。2不满足经采用MIDAS Cl有限元建模软件对原结构进行空间建模计算分析结果可知,实腹段大节点处最大裂缝宽度为。215mm，横系梁最大裂缝宽度为0.599mm，不满足规范（ 0385)设计要求。5。3桥墩桩基础验算根据检测报告及桩基础病害情况分析,选取病害严重的2号桩基础进行验算取值。结构考虑连拱效应,计入模型的桩柱长度取用岩层以上至柱顶长度1.为最不利情况。表5。- 桩基础计算表最大轴向力(K)桩端承载力(KN)比值是否满足桥墩桩基础4823663037满足根据以上计算结果可

22、知,原结构桥墩桩基础在荷载组合下最大轴向力小于单桩承载能力，满足规范要求。表。1-10 桩基础截面承载能力验算表最大内力（）承载能力()比值是否满足轴力（KN)4591372。满足弯矩(N.m）5282。46满足根据以上计算结果可知,原结构桥墩桩基础截面在最不利荷载组合下,截面强度满足规范要求。.。4桥台桩基础验算表5.11 桩基础计算表最大轴向力（KN）桩端承载力(N)比值是否满足桥台桩基础61607281.16满足根据以上计算结果可知,原结构桥台桩基础在荷载组合下最大轴向力小于单桩承载能力，满足规范要求.表5.-2桩基础截面承载能力验算表最大内力(）承载能力(）比值是否满足轴力（K)224

23、。148212。12满足弯矩(k。m)1523532212.满足根据以上计算结果可知，原结构桥台桩基础截面在最不利荷载组合下,截面强度满足规范要求。.2 病害成因分析（1）从计算结果来看,在原设计荷载最不利组合作用下,实腹段跨中及大节点处截面受偏压作用,承载力虽满足规范(JTJ0-5)要求，但已达到极限值,无安全储备，需进行维修加固；因横系梁原截面尺寸较小，桥梁整体性差,纵向刚度较小,变形较大,这是该桥肋腋板及横系梁产生较多裂缝的成因，需进行维修加固。(2)从检测报告来看，该桥自993年建成通车至今运营时间较长，随着交通量增大,载重等级发生变化，超载重车的通行等因素影响，大桥的上部结构包括实腹

24、段、横系梁、肋腋板等主要构件均出现了不同程度的开裂、露筋等病害，这些病害对结构的安全性和耐久性均造成较大的危害,需要进行加固及补强处理。6加固设计原则（1）提高刚架拱片的刚度,并提高其承载能力.由于旧桥主要肋腋板及横系梁等构件存在的病害较多，使得桥梁承载力和整体刚度均有不同程度的降低,已无法满足现有交通需求，故在维修加固设计中,应提高刚架拱片的承载能力以及桥梁整体刚度。(2）加强桥梁的横向联系,恢复并提高桥梁的整体刚度。旧桥横系梁存在病害较严重,横向联系较弱,为保证桥梁的整体性,需结合对拱片的加强,同时考虑对横系梁的加强，以提高桥梁的整体性。（3)主要构件病害应得到有效修复。在对刚架拱片和横系

25、梁加强的基础上,对水下桩基础掏空、露筋等病害进行有效修复。(4)维修加固后的桥梁结构整体寿命应得到提高。维修加固设计中应考虑新增构件与原结构连接可靠、协同工作,以提高桥梁结构的整体寿命。(5)加固设计应与施工方法紧密结合。旧桥加固是在原结构上进行的,势必受到原结构的限制,因此维修加固设计应充分考虑施工的可行性。(）加固施工对环境的影响要小。旧桥维修加固需要对原混凝土结构进行外表处理，其施工过程中必然产生粉尘、废弃物等，施工过程中应采取有效措施，减少施工对环境的负面影响。（7）加固施工中的安全措施。维修加固施工过程中,涉及的安全因素较多，如桥梁结构本身的安全、施工人员的安全、过往行人以及过往车辆

26、的安全等,因此在施工过程中应充分分析各种安全因素，消除安全隐患，对不确定安全因素要制定好应急预案。7主要加固项目7。1 加固总体思路根据检测报告及原结构复算，结合已有的加固设计经验,对该桥行车道处采用新增拱片加固处治,提高桥梁整体刚度,对横系梁采用钢筋混凝土增大截面法提高桥梁整体性.同时拆除行车道板处肋腋板，重新浇注桥面板,与拱片形成整体;拆除全桥桥面铺装,重新浇筑新桥面铺装层作为结构补强层.7.2 行车道处新增拱片加固根据检测报告,该桥主拱片除大小节点处有部分裂缝外，其余各构件外观情况较好，同时根据该桥横断面布置,两侧有较宽非机动车道不通行重车,故在本次维修加固中对原主拱片裂缝进行封闭或灌胶

27、处治后,在中间行车道处5片原拱片之间新增拱片,共新增4片拱片,拱片厚度与原拱片相同。新旧拱片通过增大截面加固后的横系梁连接起来共同作用，同时重新浇注除内侧条桥面板,与最外侧肋腋板通过植筋连接成整体，提高桥梁的整体刚度。根据检测资料，每跨跨中约有6c的下挠。在本次维修加固中，凿除桥面铺装及肋腋板后应对现场拱片进行准确测量,根据现场实际测量高程将跨中下挠的部分通过采用钢筋混凝土增高拱片高度的方法进行调整,同时新做拱片的预拱度应结合原拱片高程进行相应调整,使加固后的桥面线性平顺。7。3 横系梁加固根据检测报告可知,横系梁普遍存在竖向裂缝，比较严重。为提高横向联系及桥梁整体性,对横系梁采用钢筋混凝土增大截面法进行加固。弦杆、实腹段间型横系梁底面加厚3m（与拱片底面齐平）、在原横系梁底部植筋、挂钢筋网、浇注增大截面混凝土,提高横向联系及桥梁的整体性。因实腹段跨中两根横系梁距实腹段底距离较小(不够3cm）,将此处横系梁底增大截面至实腹段底,即与实腹段齐平,原横系梁底部植筋，浇注增大截面混凝土。实腹段大节点处横系梁两侧植筋、挂钢筋网,浇注c增大截面混凝土。