桁架拱橋拓寬提載技術研究

查帥坤 章亮亮

桁架拱橋具有結構剛度大、質量輕、節省材料、外形美觀等特點，是一種受力合理及較為經濟的橋型。但隨著交通運輸業的迅猛發展，交通運輸量大幅度增長，行車密度及車輛載重日益增多，昔日建造的相當一部分桁架拱橋已經不能滿足使用上的要求了。橋梁的陳舊、老化、承載力不足這一全球性的問題引起了世界各國的高度關注，并提高到了刻不容緩的議事日程上。為此國內外都在橋梁加固改造方面做了大量的研究和實踐，積累了很多寶貴的經驗。橋梁的加固方法可以簡單歸納為:增大截面加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼纖維復合材料加固法、體外預應力加固法和改變結構體系加固法等。每種方法各有其優缺點及使用范圍，本文介紹了前進大橋原有結構病害成因、加固前大橋現狀評定結論，并以此為依據綜合采用增大截面加固法、粘貼鋼板加固法和整體式橋面板拓寬技術對大橋的拓寬提載技術進行研究。

1 前進大橋概況

前進大橋位于江西省上饒市信州區境內，橫跨豐溪河，連接水南街和三江片區，是上饒市中心城區一座重要的交通樞紐橋梁(見圖1)。前進大橋于1984年5月建成通車，全長267.852 m，上部結構為6孔等截面懸鏈線桁架拱橋;下部構造為擴大基礎配重力式橋墩及U形橋臺。原設計主拱圈凈跨徑為40m，凈矢跨比為f0/L0=1/8，橋面凈寬:凈—7+2×1.5 m人行道。原設計荷載等級為:汽車—20級，掛車—100，人群—3.5 kN/m2。

2 橋梁病害及成因分析

2.1 橋面系病害及成因分析

前進大橋的橋面系由橋面鋪裝、人行道及小空心板組成。

1 )各跨橋面中心線處均存在一條縱向裂縫，裂縫由拱腳處往跨中發展，延伸至距拱腳10 m左右的位置;橋面存在多條橫向通長裂縫;2)人行道板表面砂漿沿著人行道板接縫處縱、橫向開裂;人行道部分欄桿柱及扶手混凝土脫落、露筋銹蝕。

橋面板由多塊小空心板縱、橫橋向拼裝而成，而原有橋面鋪裝層較薄弱、配筋較少，極易在空心板間鉸縫處產生縱、橫向裂縫。

2.2 桁架拱片病害檢測及成因分析

大橋桁架拱片的病害主要包括以下幾個方面:

部分斜腹桿中點存在環向開裂現象，上弦桿跨中豎向開裂實腹段存在多條豎向裂縫;剪刀撐十字節點連接處存在環向開裂，剪刀撐橫梁中點存在環向開裂。

前進大橋為斜拉式桁架拱橋，理論上斜腹桿以承受軸向拉力為主，而實際上斜拉桿與上、下弦桿間為固結，將在節點處產生正、負彎矩，使斜拉桿承受超過混凝土極限強度的拉應力而開裂。

2.3 空心板病害檢測與成因分析

全橋空心板局部存在縱橫交錯的裂縫，造成空心板開裂的主要原因為混凝土標號較低，空心板配筋量不高，局部因混凝土抗拉能力不足產生裂縫。

2.4 橋梁墩、臺病害檢測及成因分析

橋臺主要病害為:橋臺前墻存在兩條水平裂縫;臺帽豎向開裂，且發展至橋臺前墻;側墻存在兩條水平裂縫;橋臺側墻存在一條自上而下，與水平線成45°角的剪切裂縫。

橋臺混凝土標號較低，且臺身較高，前墻局部位置因混凝土抗拉能力不足產生水平裂縫，裂縫進一步發展導致橋臺側墻開裂。

3 大橋現狀評定

3.1 大橋技術承載能力評價

應用MIDAS-CIVIL軟件對大橋加固前進行結構驗算后確定，大橋在考慮了舊橋承載驗算相關系數后，大橋在現行規范荷載等級“公路—Ⅰ級”及“城市—A級”的作用下，上弦桿跨中截面、實腹段跨中截面及L/4截面承載力均不滿足JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范的要求。因此需要對大橋進行加固提載處理。

3.2 大橋技術狀況評估

依據前進大橋檢測結果及CJJ 99-2003城市橋梁養護技術規范，綜合計算大橋技術狀況評定指標BCI=51.38，評估前進大橋目前技術狀況等級為D級(不合格狀態)，需進行中修。

4 拓寬提載技術研究

根據現場結構檢查的病害及有關數據，結合進一步對前進大橋進行結構檢算的結果，考慮到前進大橋通行的非機動車較多，而原橋面并未設置非機動車道，常會造成車輛擁堵的現象，因此擬對橋梁采用以下措施進行拓寬提載，具體拓寬提載措施如下。

4.1 桁架拱片及橫向聯系的拓寬提載

桁架拱片是桁架拱橋的上部主要承重構件，前進大橋的桁架拱片在各上、下弦桿及節點位置存在抗力不足的現象，故考慮在相應位置加強其抵抗荷載的能力;對全橋桁架拱片下弦桿、斜腹桿、直腹桿及實腹段進行外包混凝土加固，其中施工困難位置采用粘貼鋼板法加固。具體加固措施如下:

1 )對全橋各跨桁架拱片第一節下弦桿兩側外包10 cm厚C40微膨脹混凝土，上、下緣均外包10 cm～15 cm厚C40微膨脹混凝土;2)對全橋各跨桁架拱片第二節～第四節下弦桿四周外包10 cm厚C40微膨脹混凝土;3)分別對全橋各跨桁架拱片第一根和第二根斜腹桿、直腹桿四周外包10 cm厚C40微膨脹混凝土; 4)對全橋各跨桁架拱片第一節和第二節上弦桿三周外包10 cm厚C40微膨脹混凝土;5)對各跨實腹段三周外包10 cm厚C40微膨脹混凝土;6)各跨桁架拱片間在第一節及第四節下弦桿間增設鋼筋混凝土剪刀撐;7)在各跨桁架拱片的第一節～第四節下弦桿節點間增設鋼筋混凝土橫系梁;8)對各跨原有剪刀撐外包10 cm厚C40微膨脹混凝土;9)對各跨第三根斜腹桿上、下側粘貼6 mm厚鋼板。

4.2 橋面系拓寬提載

前進大橋的原橋面凈寬為凈—7+2×1.5 m人行道(見圖2)，本次拓寬提載橋面凈寬擬為9+2×1.5 m人行道。原橋每邊人行道挑梁挑出桁架拱片40 cm，而拓寬的寬度每邊為100 cm，故將原人行道挑梁每邊拓寬100 cm，為加強挑梁的整體性，施工時將人行道挑梁與橋面鋪裝整體現澆，形成鋼筋混凝土整體式橋面板，然后在其上安裝輕質的人行道系構件(見圖3)。

具體措施如下:1)鑿除2 cm厚原整體式橋面板后(保留原有橋面鋪裝內鋼筋)，澆筑鋼筋混凝土整體式橋面板;2)鑿除原橋臺上橋面鋪裝層并挖除部分臺后填土后，澆筑15 cm厚C15貧混凝土墊層，再澆筑28 cm～34.8 cm厚鋼筋混凝土整體式橋臺面板; 3)在所有墩、臺位置對應處設置40型橋面型鋼伸縮縫及人行道鋼板伸縮縫。

4.3 橋臺加固

對兩岸橋臺前、側墻三周外包20 cm厚的鋼筋混凝土(內置雙層鋼筋網)。

5 結構驗算

本次計算采用橋梁結構計算程序MIDAS-CIVIL建立空間有限單元模型(梁格法)并進行驗算分析。取一跨橋梁結構簡化成896個節點，1 229個單元。根據前進大橋結構形式、實際狀況及受力特點，著重對上弦桿跨中、實腹段L/4及跨中截面、下弦桿拱腳、內(外)直腹桿、內(外)斜腹桿的承載力進行驗算。計算時考慮橋面鋪裝層共同參與作用。算得加固后的前進大橋在“公路—Ⅰ級”荷載作用下，上部結構強度和剛度均能夠滿足規范規定的承載力要求。

6 施工主要事項

1 )在鑿除2 cm厚原有橋面鋪裝、拆除原有人行道系的過程中，不允許使用大型機械設備，應人工進行鑿除或挖除，以免對大橋產生新的損傷(尤其注意不要傷及桁架拱片)。2)對桁架拱片及橋臺前、側墻，以及橋面進行加固均按照鑿毛→清洗→植筋→布置鋼筋網(或鋼筋骨架)→澆筑混凝土的順序施工。3)對桁架拱片進行外包混凝土加固應由拱腳向拱頂方向澆筑，且務必做到全橋、單跨對稱、均衡施工。4)在澆筑伸縮縫預留槽之前應注意做好相應橋面板挑梁的臨時支撐，確保施工安全。5)瀝青混凝土橋面鋪裝與加固后形成的整體式橋面板間的防水層應采用二階反應型防水材料。

7 結語

通過對前進大橋的病害分析，結合桁架拱橋的受力特點，對其進行拓寬提載改造，使得大橋荷載等級由汽車—20級，掛車—100，提高至公路—Ⅰ級;橋面凈寬凈—7+2×1.5 m人行道增加至凈—9+2×1.5 m人行道，達到了預期的效果?，F大橋的拓寬提載已施工完畢，使用效果良好。

［1］ 諶潤水.雙曲拱橋加固改造成套技術［M］.北京：人民交通出版社，2009.

［2］ 江西中煤土木工程設計研究有限公司.上饒市信州區前進大橋拓寬提載施工圖設計［Z］.2010.