南昌大桥病因分析及维修加固设计

管理施工127

南昌大桥病因分析及维修加固设计

夏

摘

露

（南昌大桥管理处，江西南昌330009）

要：该文介绍了南昌大桥病害产生的原因。在分析病因的基础上进行加固设计，并对加固效果进行了分析。

关键词：预应力混凝土连续梁；病害；桥梁加固中图分类号：U445.7

文献标识码：B

文章编号：1009-7716（2010）05-0127-04

1工程概况

南昌大桥是我国首座采用双层桥面的预应力桥面宽23m，混凝土连续梁桥，大桥全长2780m，

分东引道、东引桥、主桥、西引桥、西引道五部分，其中：主桥长992m，由13孔（56m+11×80m+56m）的等高度单箱单室预应力混凝土连续梁组成（见图1）；东引桥由11跨的20m先张预制预应力混凝土空心板组成；西引桥由15跨48m单

主桥采用悬浇施工，箱预应力混凝土连续梁组成。

西引桥一侧3孔采用悬浇施工，其余12孔为顶推法施工。

桥梁荷载设计标准为：汽车-超20级，挂车-120，人群及非机动车荷载3.5kN/m2，桥梁设计采用的主要规范为《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021—89）和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023—85）。

大桥从1994年1月建成通车距今已有十多年，经过长期的运营，通过检测发现桥梁局部已出现病害。

2桥梁病害状况

2005年12月，对大桥技术状况进行了普查和荷载试验，其结果如下：2.1普查结果2.1.1梁体

主桥及西引桥箱梁裂缝主要产生在箱梁内

收稿日期：2010-01-19作者简介：夏露（1965-），女，浙江人，工程科科长，从事桥梁养护维修技术管理工作。

梁跨四分点部，裂缝主要分布在箱梁顶板的横梁、

箱梁顶板横梁均为竖向裂缝，两侧的腹板。其中：

基本上每道横梁都有裂缝，裂缝宽度多在0.2mm以上，最大裂缝宽度达到0.85mm；腹板内侧斜向裂缝，宽度多在0.2mm以上。另外，主桥23#～24#桥跨、24#～25#桥跨四分点外区段的腹板外侧亦存在斜裂缝。2.1.2桥墩

全桥桥墩墩身有风化、破损、混凝土剥落、骨料外露等现象。墩身裂缝主要出现在墩身的墩帽下方处，均为竖向裂缝。

东引桥桥墩盖梁出现裂缝。2.1.3桥面铺装

全桥桥面铺装大部分完好，但桥面产生龟裂破损的部位约有70处，龟裂的总面积占整个桥面

部分位置有坑槽，没有发面积的百分比小于3%，

现贯通横缝和纵缝。2.1.4伸缩缝

伸缩缝出现拱起，在伸缩缝处跳车现象严重。2.1.5栏杆

混凝土栏杆出现风化、破损。2.1.6支座

主桥、西引桥及东引桥支座均出现病害，其中东引桥支座损坏现象比较严重。2.2交通调查结果

根据实际观察的南昌大桥通行车辆与汽车-超20级的设计荷载比较，实际通行车辆中单辆车超重的概率较低，但在通行高峰期，由于交通拥堵会造成重车排列过于密集，且密集重车在桥上滞留时间较长，对桥梁结构受力产生不利影响。2.3荷载试验结果

（1）静载试验，各工况荷载作用下，相关测试断面的实测正应力均小于计算值，应力校验系数均小于1。

（2）除23#～24#桥跨、24#～25#桥跨间梁体外，其余桥跨梁体实测挠度小于计算挠度，在卸载后，挠度测点的残余变形较小，考虑各工况的加载

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城市道桥与防洪2010年5月第5期

效率系数，实测挠跨比小于规范要求的1/600，表明结构具有足够的刚度。

（3）23#～24#桥跨、24#～25#桥跨间梁体3/4跨的实测挠度略大于计算挠度，表明此梁段的实际刚度小于设计刚度。

3桥梁病因分析

由计算结果可以看出，荷载组合1作用下主梁的最大主拉应力大于规范值。

从普查结果可以看出，腹板上的裂缝在主桥各个桥跨距离桥墩12m左右处，西引桥各个桥跨距离桥墩6m左右处出现较多，且裂缝大部分是从这个地方开始发展的。因此，箱梁腹板开裂的原

由于竖向预应力筋较短，张拉后伸长量因为：（1）

较小，在运营后很小的回丝和混凝土收缩徐变都会导致预应力的损失，使得腹板抗剪能力的降低。（2）超载原因。

3.2箱梁横梁开裂病因分析

桥梁上部结构采用单箱单室箱梁，顶板横向跨径达10.0m,悬臂达6.35m底板宽11.0m。截面横向尺寸大，且顶板相对较薄，箱梁的横向受力是个不容忽视的问题。通过对箱梁横向计算分析，得到如下结论：

按照设计荷载以及设计截面，箱梁横向受（1）

力满足要求。

（2）在预应力损失和超载分别达到一定程度时，横梁底板将出现开裂。

因此箱梁横梁开裂的原因为：（1）由于箱梁框架作用的效应，横梁预应力束较短且为弯筋，横梁内预应力损失较大，导致横梁跨中预应力束的有效预应力甚小，这是顶板横梁箱内段产生竖向裂

（2）超载原因。缝的主要原因。

3.3桥梁产生病害的共同因素3.3.1超载因素

由于长期超载，重车密布，使桥梁时有机会处于满负或超载状态。超载对部分构件会造成严重的危害，如：重载轮压会使箱梁横梁受力超出其设计承载力范围，结构一旦开裂即不可恢复。3.3.2病害的循环作用

桥梁出现病害是多方面原因造成的。超载、收缩徐变、预应力损失等多种不利因素组合导致结构开裂受损，开裂后桥梁刚度下降，在刚度下降的情况下按照设计荷载或者高于设计荷载运营时，会进一步加剧桥梁的病害，如此反复。桥梁的病害状况将不断加剧。

3.1箱梁腹板开裂病因分析

根据病害发生部位及其程度，结合荷载试验结果，对箱梁腹板出现裂缝的原因进行理论计算分析。

计算采用MIDS有限元软件，根据设计及竣

）工图纸建立主桥13孔（56m+11×80m+56m

连续梁和西引桥15跨48m连续梁模型，计算时根据原设计规范考虑了恒载、活载、预应力效应、温度以及支座沉降。

根据《公路旧桥承载能力鉴定方法》规定，用荷载试验主要挠度测点的校验系数来评定结构的强度和稳定性，查表得到旧桥检算系数Z2，对结构承载力予以折减或提高。规范规定的校验系数常值为0.7～1.0。

计算时根据该桥荷载试验中试验跨跨中校验系数对主桥各跨刚度进行折减。校验系数及对应的旧桥检算系数Z2如表1所列。

表1

校验系数及对应的旧桥检算系数汇总表

校验系数η

0.690.980.821.030.89

旧桥检算系数Z2

1.060.950.990.860.97

位置

14＃墩～15＃墩跨中15＃墩～16＃墩跨中18＃墩～19＃墩跨中23＃墩～24＃墩跨中24＃墩～25＃墩跨中

考虑竖向预应力效应损失，根据设计荷载进行计算。

图2和图3画出了部分桥跨在荷载组合1和荷载组合2下主拉应力图示，从中可以看出，主桥各个桥跨腹板最大主拉应力均出现在距离桥墩12m左右处，西引桥各个桥跨腹板最大主拉应力均出现在距离桥墩6m左右处。

2010年5月第5期城市道桥与防洪

管理施工129

4桥梁加固方案设计

4.1加固设计原则

在充分掌握桥梁结构的外部条件（气候、地质交通状况）、现状（各维修结构构造状况、受状况、

力状况及已发现各类病害），并正确分析病害产生原因的基础上，充分比选国内外现有的、经实际验证处理效果较好、经济合理、施工方便的维修改造方法，同时综合考虑社会效益和经济效益。

综合上述各点，该设计以安全可靠、经济合理为设计原则。

4.1修复结构缺陷，恢复其完整性

（1）对全桥预应力混凝土箱梁和桥墩裂缝进行压浆或密封处理，恢复其结构完整性。

（2）对梁体空洞填补环氧砂浆。4.2梁体加固

4.2.1增强结构抗力

（1）对支座附近梁体腹板内侧粘贴钢板补强，增加截面抗剪强度。根据每个桥跨裂缝分布范围不同，其粘贴钢板的范围也不同，但全桥粘贴钢板

加固方式如图4分布范围在梁端与1/4桥跨之间，

和图5所示。

粘贴选用300g/m2的碳纤维，碳纤维条带的宽度为300mm，碳纤维布条带之间的净宽为150mm，在碳纤维布的端部采用同样规格的碳纤维布压条。

（3）对全桥箱梁内部横梁底部粘贴碳纤维布，增加横梁抗弯强度。加固方式如图8所示。

粘贴钢板所用的材料为Q235B钢,钢板厚度为6mm，钢板条的宽度为250mm，钢板条之间的净距为104mm。为了保证钢板条与混凝土表面粘贴牢靠，将钢板条粘贴好后，用M12×60的螺栓对钢板条进行固定，螺栓的竖向间距为250mm，横向间距为130mm。

（2）对23#～24#桥跨和24#～25#桥跨梁体，除采取在支座附近梁体腹板内侧粘贴钢板补强外，同时在梁体外侧腹板粘贴斜向碳纤维布补强，增加截面抗剪强度，加固方式如图6和图7所示。

采用的碳纤维布与箱梁腹板所用规格相同，

横梁底部粘贴用的碳纤维条带的宽度为400mm（与横梁宽度相同），在跨中向两侧各0.3L范围内粘贴两层碳纤维（L为横梁的跨径），其余范围粘贴一层。粘贴碳纤维布时先在横梁跨径范围内粘贴一层，再在跨中向两侧各0.3L范围内粘贴第二层。最后在横梁靠近端部粘贴宽度为300mm的U形碳纤维布，防止粘贴在横梁底部的碳纤维布条脱落。4.2.2防蚀、美化

梁体加固后，梁体外侧腹板表面“补丁”有碍观瞻，需采用浸入型混凝土防蚀型涂料YZJ-QT进行喷涂。它不但起装饰美化的作用，还可以阻止梁体混凝土的继续风蚀、炭化以及因保护层的不足而导致的钢筋进一步锈蚀。4.3桥面系维修

（1）更换东引桥、主桥、西引桥桥面破损的混凝土铺装层。

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城市道桥与防洪2010年5月第5期

（2）更换失效的伸缩缝。（3）更换全桥及东引道和西引道混凝土栏杆。4.4支座维修

对主桥和西引桥的支座进行保养、维修，更换东引桥支座。

增加5.4%。

6加固方案的特点

5加固效果分析

5.1箱梁腹板粘贴钢板加固效果分析

根据《混凝土加固设计规范》（GB50367-2006）中相关条款对箱梁腹板粘贴钢板加固效果进行了计算分析，分析结果如下：

根据原设计荷载，箱梁腹板最大剪力组合设

加固前箱梁腹板抗剪承载能计值为37775.9kN，

力为69735.2kN，加固后箱梁腹板抗剪承载能力为73222.0kN，箱梁斜截面抗剪承载能力增加5.0%。

5.2箱梁横梁粘贴碳纤维布加固效果分析

根据《混凝土加固设计规范》（GB50367-2006）中相关条款对箱梁横梁粘贴碳纤维布加固效果进行了计算分析，分析结果如下：

根据原设计荷载，箱梁横梁最大弯矩组合设计值为1195.17kN·m。加固前箱梁横梁抗弯承载

·m，加固后箱梁横梁抗弯承载能力为1517.7kN

能力为1599.7kN·m，箱梁斜截面抗剪承载能力（上接第１２３页）

该设计方案是在经过对大桥作了详细的检测

和静动载试验，并经过相关的计算来分析桥梁产生病害原因的基础上进行设计的。设计中针对箱梁腹板病害，采取了根据腹板裂缝分布范围进行粘贴钢板的方式进行加固。此方案与增加体外预应力等其它加固方式相比，具有受力明确、施工工艺简单和投资费用低的特点。

7结语

（1）超载是诱发桥梁出现病害的重要原因。超载可使桥梁出现损伤，损伤后在病害循环作用下，桥梁病害会进一步加剧。

（2）加固设计中针对箱梁腹板病害采取粘贴斜向钢板条加固，针对箱梁横梁病害采取粘贴碳

经济合理。纤维布加固，方案安全可靠、

（3）应该清醒地认识到，维修后结构并非就万无一失了，应进行更为严格的维护管理，特别是对于超重车辆的控制，以确保结构安全。

参考文献

[1]公路旧桥承载能力鉴定方法(试行)[M].北京：人民交通出版社，1988.

ⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡ4施工评价

根据试桩成果确定施工泥浆比重、界面判别、

各地层护壁、孔深确定、各地层的钻进速度、成桩垂直度等工艺流程和技术参数后，按试桩经验进行施工。各桩施工成果如图1、图2所示。

图2单桩最大垂直度分布统计图

工进度，将混凝土配合比进行了修改（见表3所

列），使得Ⅱ期桩施工时间缩短为4~5d。

表3

水灰比

图1

咬合桩垂直度统计图

0.59

砂率55

修改后的配合比数值表

·m-3材料用量/kg

水泥220

掺合料150

水220

砂965

石792

外加剂9.25

部分咬合桩垂直度超标，但经过理论计算表

明仍能咬合。

施工中Ⅰ期桩施工时间基本控制在2d以Ⅱ期桩施工时间在6~7d。为了提高Ⅱ期桩施内，

注：①水泥采用Ｐ．Ｏ，４２．５Ｒ；

②砂采用Ⅱ区级配，细度模数为２．７，含泥量０．２％；③石采用花岗岩，筛分析为５～２０ｍｍ，含泥量０．３％；④掺合料采用Ⅱ级粉煤灰；⑤外加剂采用ＵＮＦ－５ＡＥ，掺量２．５％。

AnalysisonInfluenceofSoftSubgradeBridgePileFoundationonExistingMetroShield--ShanghaiGaokeRoad（124）(W)ZhongfenjingRiverBridgePileFoundationandNo.7LineMetroShield!!!!!CuiMiaosheng

Abstract:Withthefurtherdevelopmentofroadtraffic,theinteractionbetweenthebridgepilefoundationandtheundergroundbuildingsisgraduallyexposed.Speakingthesoftsubgrade,howtoeffectivelycontrolthebadinfluencebetweenthetwoisthedirectionfortheengineeringdesignerstocontinuouslydiscoverandstudy.Thearticleintroducesthemeasurestakeninthedesignofbridgepilefoundation,andintroducestheinfluenceofGaokeRoadmeasureddata.

Keywords:softsubgrade,bridgepilefoundation,metroshield,settlementanalysis

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Abstract:ThearticleintroducesthediseasecauseofNanchangBridge,designsthereinforcingonthebasisofcauseanalysis,andanalyzesthereinforcingeffect.

Keywords:pre-stressedconcretecontinuousbeam,disease,bridgereinforcing

DiseaseAnalysisandCountermeasureofBridgePlateRubberSupport!!ZhangZhijin,Zhaozhangfei（131）

Abstract:Thesupportisaspecialandimportantcomponentofbridgestructure.Theplaterubbersupportiswidelyusedinvariousbridgestructures.Thearticleanalyzesthecommondiseaseandcauseoftheplaterubbersupport,andputsforwardtherelativemeasuresmainlyfromtheconstructionprocessandtheroutinemaintenance.

Keywords:rubbersupport,disease,installationquality,inspection,maintenance

ConnectionDesignandSetting-outofBankLineatInterfaceofRiverwithDifferentSideSlopes!!!（134）!!!!!!!!DaiKangcheng,ZhangSong,YeZhengquan,WangZhongshu,HuiLijunAbstract:Thecentrallinecanbeconnectedbycurvedlinewhentwodifferentsideslopesofriverareinterfaced.Owingtothedifferentsideslopes,thebanklinecannotbeconnectedbythesmallerradiusofconcentriccurvedlineatthesamesectionofthecontactpointofthecentralcurvedline.Inordertoguaranteetheriverchangingevenlyandgraduallyattheinterface,theellipticlinecanbedesignedtoconnecttworiverbanklines.Thedigitalsolvingmethodcangettheellipticcenter,andlongandshortradiuses.TheellipticlinecanbedrawnbyCAD,andprovidethedataforthetheodoliteorGPSsetting-out.

Keywords:differenceofsideslope,atriverinterface,connectionofellipticline,bankline

ElementaryAnalysisonInstallationQualityofMunicipalRoadDrainagePipe!!!!!!!!!!!!（138）!!!!!!!!!!!!!!!QiuYongqing,ChenHuadong,HeZhengjie,HeYanfengAbstract:Thearticlefocusessettingforthonvariousqualityproblemsexistinginthecourseofinstallingthemunicipalroaddrainagepipes,analyzesindetailthecausesofthesequalityproblems,andputsforwardthesolvingmethodsandpreventingmeasuresofthesequalityproblems.Keywords:municipaldrainage,pipeinstallation,quality,method,measures

(W)ZhongfenjngRiverBridgepile

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