1. 原紫竹橋概況

北京市西三環(huán)紫竹院立交橋位于紫竹院路與西三環(huán)路的交叉點處，為三聯(lián)九孔連續(xù)箱梁橋，該橋為斜橋，紫竹院路與三環(huán)路交角為62 o25′47〞。主橋為三孔變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，斜長標(biāo)準(zhǔn)跨徑為28.2m +40.162m+28.2m。 三環(huán)方向投影標(biāo)準(zhǔn)跨徑為25m+36m+25m，東西引橋均為等截面普通鋼筋混凝土三跨連續(xù)箱梁。斜長標(biāo)準(zhǔn)跨徑為3×22.562m，三環(huán)方向投影標(biāo)準(zhǔn)跨徑為3×20m 。

該橋機動車道為 雙向六車道，機動車道寬為12.25m，非 機動車道寬為6m，機動車道分隔帶為2m，非機動車與機動車道分隔帶寬為1m，人行道寬度為3.3m。全橋分成南、北兩幅，半橋?qū)挒?3.55m，全橋?qū)挒?7.1m。

主橋中跨跨中梁 高為1.3m，中支點處梁高為2.2m，端支點處梁高1.2m，箱梁采用圓弧線，主橋設(shè)七根橫梁 ，主橋縱向設(shè)置有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力束，按全預(yù)應(yīng)力混凝 土設(shè)計，主橋箱梁頂板設(shè)置無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力束，按部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計。東西引橋各設(shè)七根橫梁，箱梁內(nèi)懸臂板寬3.43m，外懸臂板寬5.5m，橫向設(shè)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力束。

主橋箱梁為C45混凝土，引橋頂板為C4 0，引橋底腹板為C30，橋墩為C30，橋臺為C25，承臺橋臺基礎(chǔ)為C20混凝土。橋墩采用柱式墩，墩底采用樁基礎(chǔ)，墩柱上設(shè)板式橡膠支座，橋臺上設(shè)四氟板橡膠支座。

該橋設(shè)計荷載等級為汽超—20級，掛車—120。

該橋于1993年建成通車，是北京的第一座變截面混凝土箱梁，也是北京市唯一的一座采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力大懸臂板橋梁。

2. 紫竹橋現(xiàn)況及加固原因

隨著北京交通事業(yè)的迅猛發(fā)展及 周邊快速路網(wǎng)的建成，原紫竹院立交橋已不能滿足社會交通要求，經(jīng)上級有關(guān)部門批準(zhǔn)， 2002年下半年開始對紫竹院立交道路進(jìn) 行改造：除新建兩座定向匝道橋外，現(xiàn)況紫竹橋由原雙向六車道改為雙向八車道型式，且設(shè)計等級由原建的汽超－20級提升為城市－A級。因此須對現(xiàn)況紫竹橋做出鑒定與處理。

2.1 試驗與驗算

(1)經(jīng)現(xiàn)場按城市－A等級加載試驗，引橋邊跨跨中最大撓度4.9mm，是跨度的 1／4558，主橋中跨最大撓度 6.6mm，是跨度的 1／5451；外懸臂板端部最大位移與懸臂 長度之比為1／1444；內(nèi)側(cè)懸臂板端部最大位移與懸臂長度之比為1／1092；在荷載作用下，全橋的變形曲線符合實際結(jié)構(gòu)受力 變形規(guī)律，卸載后橋梁殘余變形很小，基本得到恢復(fù)，說明箱梁在試驗荷載作用下處于彈性工作狀態(tài)，滿足JTJ023—85《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》。

在試驗荷載作用下，橋臺及墩柱幾乎沒有沉降，說明下部結(jié)構(gòu)有足夠的承載力及剛度，完全可以滿足當(dāng)前及改造后的使用要求并有相當(dāng)大的強度儲備。

(2)通過對原橋上部結(jié)構(gòu)圖紙按城—A等級驗算，除引橋邊跨配筋不足外，其它基本能夠滿足要求，但安全儲備不足。

2.2 現(xiàn)場考察

(1)現(xiàn)況紫竹橋兩側(cè)懸臂板已經(jīng)出現(xiàn)明顯的波浪起伏，最大變形13—15cm，同時引橋的腹板多處出現(xiàn)裂紋，橋臺前臉兒也出現(xiàn)不同程度的破損。

(2)主橋、引橋之間伸縮縫漏水，梁端部分鋼筋銹蝕比較厲害，局部混凝土破損嚴(yán)重。

基于以上情況，為保證該橋使用的安全性與可靠性，同時為解決橋上的交通堵塞和懸臂部分等級提升問題，決定對該橋進(jìn)行加固。

3 加固方法

加固方案初步 定為三種：第一種為碳纖維加固技術(shù)；第二種是體外索預(yù)應(yīng)力技術(shù)；第三種為鋼板—混凝土組合技術(shù)。經(jīng)專家評議最終決定采用清華大學(xué)建筑設(shè)計研究院的鋼板—混凝土組合技術(shù)加固方案。此加固方案共分梁底加固、橋面加固和橋臺加固三個部分。

3.1 梁底加固

為解決荷載等級提 高后引橋跨中承載力不足的問題，在引橋邊跨跨中2／3處采用鋼板—混凝土組合加固技術(shù) 。把箱梁底板混凝土鑿毛5mm，清理干凈后，按300mm×300mm間距植筋，膠結(jié)材料為DJR建 筑結(jié)構(gòu)膠，加工制做10mm 厚帶栓釘?shù)匿摪?，通過噴射混凝土與原有結(jié)構(gòu)連接形成新老混凝土及鋼板共同工作的鋼板—混凝土組合結(jié)構(gòu)，以提高抵抗正彎矩的能力。鋼板—混凝土組合結(jié)構(gòu)總厚度150mm。

3.2 橋面加固

(1)首先拆除全部 地袱及欄桿、隔離帶、人行道、瀝青混凝土橋面鋪裝以及伸縮縫等橋面附屬設(shè)施，露出橋面混凝土，將橋面混凝土鑿毛，對已經(jīng)存在缺陷的部位清理至密實處，然后除去浮渣、塵土，按照橋面縱、橫坡要求澆注8cm厚C40混凝土面層(后澆層)。

(2)后澆層內(nèi)懸 臂部分基本橫 向配筋為：5.5m懸臂板配直徑20＠200mm，3.43m懸臂板配直徑16＠100mm，錨固長度2m，懸臂部分及墩頂負(fù)彎矩區(qū)在原混凝土表面按400mm×400 mm 間距植筋，膠結(jié)材料為CGM高強無收縮灌漿料，新老混凝土通過植筋及混凝土之間的粘結(jié)咬合作用共同工作，形成疊合層橋面，依靠后澆層內(nèi)的配筋來抵抗懸臂板根部的負(fù)彎矩。

(3)引橋部分中 間 支座后澆層內(nèi)配置縱向鋼筋直徑18＠100mm，伸入兩側(cè)的長度為各自跨度的1／3，以提高中間支座處的負(fù)彎矩承載力，橋面其它部分配置鋼筋雙向直徑12＠150mm。

(4)混凝土后澆層之上作APP卷材防水層、SMA—16改性瀝青混凝土鋪裝層，厚度7cm。

(5)斷開原主、引橋之間連續(xù)橋面，以伸縮縫隔斷，原齒形鋼板伸縮縫更換為SSFB—80伸縮縫，其它橋梁附屬設(shè)施更新。

3.3 橋臺加固

由于橋臺前臉，特別是翼板以下的部分破損比較嚴(yán)重，故對橋臺前臉也采用鋼板—混凝土組合技術(shù)進(jìn)行加固。

4 加固施工

紫竹橋分為南、北兩幅，施工時西外大街交通改為單行線，只允許由東向西出城方向的車輛通行，先施工南橋，再施工北橋，工期各為兩個月。

4.1 梁底加固

(1) 圍檔

首先沿橋梁四周設(shè)置圍擋，封閉施工。

(2) 支搭作業(yè)平臺

使用直徑48鋼管支搭腳手架，腳手架頂滿鋪腳手板，要求作業(yè)平臺距梁底170～180cm，以便操作，然后引入電力電纜，安裝電閘箱及照明設(shè)備。

(3) 原橋鋼筋探測

使用雷達(dá)檢測儀對原橋梁底鋼筋進(jìn)行探測，標(biāo)明位置，同時畫出鋼筋分布圖。

(4) 鑿毛

按設(shè)計圖紙放線確定加固 范圍并進(jìn)行鑿毛，鑿毛要求坑深5mm，坑與坑之間的凈距10mm，每平米鑿毛數(shù)量約2000點 ，且坑與坑之間的混 凝土要見新茬。又由于梁底鑿毛是逆作業(yè)，故鑿毛時首先使用電刷子將梁底刷磨見混凝土新茬，然后使用電錘進(jìn)行鑿毛。這樣施工的優(yōu)點是速度快，布點均勻，深度一致，質(zhì)量好。

(5) 植筋定位

根據(jù) 設(shè)計圖紙及已畫好的鋼筋分布圖劃線定位植筋點，設(shè)計植筋間距300mm×300mm，當(dāng)植筋點與原橋鋼筋發(fā)生沖突時，適當(dāng)調(diào)整植筋位置，以鉆孔時不損壞原橋鋼筋為原則。

(6) 鉆孔

梁底所植鋼筋為直徑16mm，鉆孔直徑20 mm，深度80mm，采用金剛石鉆機及博士電錘進(jìn)行鉆孔，用空壓水槍霧狀噴灑粉塵，20min降塵一次，鉆孔控制不傷主筋，垂直度偏差小于2°，深度偏差小于5mm。

(7) 清孔及孔壁處理

當(dāng)一跨內(nèi)的鉆孔 結(jié)束后，統(tǒng)一進(jìn)行清孔，首先清除孔內(nèi)的碎塊及雜物，然后用高壓空氣吹出孔內(nèi)的粉塵及細(xì)小顆粒物，接著用干棉絲清理孔壁粉塵，最后用棉絲浸泡丙酮液對孔壁、孔底進(jìn)行清潔。

(8) 鋼筋準(zhǔn)備

在梁底鑿毛鉆孔時，在預(yù)制加工場將合格鋼筋按設(shè)計要求加工成型，運至現(xiàn)場，集中碼放，準(zhǔn)備待用。

(9) DJR建筑結(jié)構(gòu)膠的配制

DJR建筑結(jié)構(gòu)膠為A、B兩種，使用時根據(jù)季節(jié)、結(jié)構(gòu)部位及其它使用要求按產(chǎn)品說明書配制而成，本工程中按壓入孔中不流淌和4～6h固化進(jìn)行配制 。在正式使用之前在橋臺 上進(jìn)行破壞性拉拔力試驗，試件做了三根，鋼筋直徑16mm，孔徑20mm，深度80mm。試驗時分兩級加力，首先加荷至30kN，然后進(jìn)行破壞性試驗，試驗情況見表1。

表1 植筋拉拔力試驗



編號
一級荷載(kN)
最大荷載(kN)
破壞情況

Ⅰ—Ⅰ
30.0
70.0
混凝土破壞，鋼筋拉出，鋼筋與DJR膠粘結(jié)未破壞

Ⅱ—Ⅱ
30.0
70.0
混凝土破壞，鋼筋拉出，鋼筋與DJR膠粘結(jié)未破壞

Ⅲ—Ⅲ
30.0
70.0
混凝土破壞，鋼筋拉出，鋼筋與DJR膠粘結(jié)未破壞






由試驗結(jié)果可知，所植鋼筋的拉拔力遠(yuǎn)大于設(shè)計20kN拉拔力要求。

(10) 植筋錨固

首先用自制簡易專用灌膠設(shè)備將DJR建筑結(jié)構(gòu)膠壓入孔內(nèi)，單孔灌膠量用下面的公式確定：

G＝πhp(D 2－d2)／4

G——灌膠量(g)

h——孔深(cm)

p——膠的體積質(zhì)量(約1.68g／cm 3)

D——鉆孔直徑(cm)

d——鋼筋直徑(cm)

按上面公式算得G＝15.2g ，考慮植筋時溢出部分的質(zhì)量，實際單孔壓膠質(zhì)量按18—20g控制。DJR結(jié)構(gòu)膠灌入孔內(nèi)后 ，插入鋼筋至孔底，順時針旋轉(zhuǎn)鋼筋2—3周，使結(jié)構(gòu)膠充分與鋼筋、孔臂粘合，調(diào)整好鋼筋位置，然后在鋼筋與孔壁之間敲入鋼釘擠緊進(jìn)行固 定。在結(jié)構(gòu)膠固化時間內(nèi)保護(hù)鋼筋不受擾動。待結(jié)構(gòu)膠固化錨固鋼筋，一孔鋼筋植好后，按5／1000的頻率進(jìn)行拉拔力測試，測試時超過20kN即可，不再進(jìn)行破壞性試驗。

(11) 綁扎鋼筋網(wǎng)片

在原橋梁底混凝土表面綁扎直徑6mm雙向間距200mm的鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片用綁絲固定在所植鋼筋上。

(12) 鋼板加工

本橋加固鋼板為厚10mmQ235鋼板，在鋼結(jié)構(gòu)加工廠內(nèi)加工成型后運到現(xiàn)場待用。

首先根據(jù)橋梁加固 平面尺寸設(shè)計加固鋼板拼裝圖，確定單元鋼板加工圖，在廠內(nèi)加工，并按要求銑削坡口。單元鋼板尺寸加工合格后，開始按設(shè)計要求焊接直徑16 回頭栓釘，栓釘高度100mm，設(shè)置間距為200mm×200mm，采用拉錨焊接，焊接后按規(guī)定頻率進(jìn)行彎曲沖擊試驗，試驗方法為用鐵錘打擊樁頭栓釘，使焊釘彎曲至30 o，焊縫和熱影響區(qū)沒有肉眼可見的裂縫為合格。

栓釘檢驗合格后，對鋼板內(nèi)表面進(jìn)行噴砂除銹，要求達(dá)到Sa2.5級，然后對內(nèi)表面進(jìn)行熱噴鋅處理，噴鋅厚度80?，噴鋅厚度及吸附力檢查合格后，整個鋼板加工即算完成。

(13) 鋼板安裝

鋼板運到現(xiàn)場后， 吊裝至自制鋼托架上，再用卷揚機通過滑軌將托架拉至工作平臺上，然后利用吊鏈將托架升到設(shè)計位置，吊環(huán)可以利用已植好的鋼筋或在已裝好的鋼板下表面焊接吊環(huán)，用完后割 掉吊環(huán)，將鋼板打磨平整即可。安裝鋼板時如回頭栓釘與植筋發(fā)生矛盾(因為栓釘與植筋 的模數(shù)不一樣，植筋布置為300mm×300mm，而栓釘按200mm×200mm布置)，可適當(dāng)調(diào)整植 筋或栓釘位置，確保鋼板拼接位置淮確，焊縫間隙合理。位置調(diào)整好后，在鋼板四角處及中間位置用鋼筋將植筋與栓釘焊起來，確保鋼板不會掉下來，同時卸下托架，改用碗扣支架上托方木進(jìn)行支撐。

鋼板安裝以東西向 一條鋼板全部安完并焊接成整體為一個工序，然后進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)，再安裝鋼板，再噴混凝土，如此循環(huán)直至完成。鋼板安裝可由南向北或由北向南推進(jìn)，本工程中由于工期緊，為了多開幾個作業(yè)面，由橋中向兩側(cè)推進(jìn)作業(yè)。

鋼板焊接采 用手工電弧焊仰焊施工。所有操作人員上崗前要經(jīng)過技術(shù)考核，進(jìn)行模擬焊接作業(yè)，試件做拉力、面彎、背彎試驗合格后方可上崗，所有焊縫須經(jīng)超聲波檢測，滿足二級焊縫要求。

(14) 噴射混凝土

鋼板安裝調(diào)整合格后，即可進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)。本工程采用濕噴法施工，混凝土設(shè)計強度等級為C30，由榆樹莊混凝土攪拌站拌合，罐車運送至工地?；炷僚浜媳葹?1:0.40:1.83:2.53:2.3%:6.3%:5.3%，單方用量為水泥412kg，水175kg，砂755 kg，石子10 42kg，TZl—1混凝土泵送劑9.476Lg，CSA膨脹劑26kg，速凝劑22kg(現(xiàn)場摻加)。水泥為P ·O32.5，骨料最大粒徑15mm ，坍落度12—14cm?，F(xiàn)場采用濕噴機進(jìn)行作業(yè)，實際作業(yè)時嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行操作，現(xiàn)場一般控制噴距以0.8—1.2m為宜，速凝劑風(fēng)壓0.3—0.6MPa為宜。

混凝土由側(cè)向 噴入，每次噴到距鋼板邊緣200mm處，由于摻入了速凝劑，使每一批次噴出的混凝土面穩(wěn)定不坍落，然后再安裝相鄰處的鋼板作業(yè)，再噴射混凝土，如此循環(huán)反復(fù)，直至終了。

(15) 鋼板外防腐

所有噴射混凝土作業(yè)完成后，進(jìn) 行清理養(yǎng)護(hù)。同時對鋼板底面進(jìn)行打磨除銹，除銹等級St2.5級，然后采用881系列防腐漆處理，分兩層噴刷，總厚度80?，顏色為淺灰色，與原橋翼板下顏色基本一致。

4.2 橋面加固

橋面交通中斷后， 開始進(jìn)行瀝青混凝土橋面鋪裝、防水層、人行步道、欄桿、地袱、伸縮縫等項目的拆除工作。拆除開始至欄桿安裝完畢期間，橋邊設(shè)安全設(shè)施，保證社會車輛、行人及施工人員的 安全。橋梁翼板上的植筋方法與梁底加固相同，植筋直徑14 mm，鉆孔直徑18mm，深度60㎜，采用CGM高強無收縮灌漿料，其它加固工作與橋梁常規(guī)相同，只不過橋面鋼筋較粗，直徑為φ12、φ18，混凝土強度等級為C40。

4.3 橋臺加固

由于橋臺只是局部次要部位破損，主要受力部位情況良好，且荷載儲備較大，為節(jié)約資金，只對橋臺局部進(jìn)行補強和裝飾，其它地方維持原狀。

5 加固效果

2002年8月經(jīng)有關(guān)部門對加固后的北幅主橋及東西引橋進(jìn)行測試得出以下結(jié)論：

(1)實測各級荷載作用下控制截面的應(yīng)變分布基本符合截面假定，截面應(yīng)變與荷載彎矩基本呈線性關(guān)系，各控制截面基本處于線彈性工作狀態(tài)。

(2)各個控制截面的實測效驗系數(shù)滿足《大跨徑橋梁實驗方法》和《公路舊橋承載能力鑒定方法》的要求。

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文章來源： 永年加固公司
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