某雙曲拱橋病害處治及加固方案設計

劉 鵬

(陜西省交通建設集團公司)

1 工程概況

該橋建于1974年，橋梁全長209.9 m，橋面為凈7.0+2×1.0 m人行道。橋梁上部結構為6孔空腹式雙曲拱橋(6肋5波)，每跨設12道橫系梁和兩道橫隔板，每隔4道橫系梁設一道橫隔板，主拱矢跨比為1/6;下部結構采用重力式橋墩和U形橋臺。基礎為擴大基礎。設計荷載為汽-15級，掛車-80。由于該橋服役時間較長，隨著所在線路交通量劇增及超載情況嚴重，目前橋梁結構狀況較差。

2 橋梁現狀

2.1 結構一般檢測結果

2.1.1 橋面系

(1)全橋橋面鋪裝層均有不同程度破損，橋面坑凹不平，積水嚴重。

(2)欄桿開裂嚴重，大部分嚴重破損，多處欄桿缺失，混凝土剝落。鋼筋外露，銹蝕，端柱混凝土剝落。

(3)人行道緣石有歪扭現象，道板混凝土破損嚴重。

2.1.2 主拱圈

(1)拱肋混凝土強度測試值平均為37.9 MPa左右，比原設計強度高，原設計混凝土標號為C25。

(2)部分拱肋存在鋼筋裸露嚴重銹蝕、混凝土崩落、開裂現象。

(3)主拱圈多處滲水，尤以實腹段與空腹段連接部分更嚴重;拱頂填料范圍內拱波上面沒有拱板，部分拱波出現縱向通縫，個別拱波裂縫寬度約達0.3mm;個別拱肋出現縱橋向裂縫，拱頂部位有多條豎向裂縫。

(4)部分橫梁損壞，功能降低。

(5)墩臺頂腹拱圈底面有橫橋向貫通裂縫，破損嚴重部分呈碎片狀，立墻砌縫脫落滲水。

2.1.3 墩臺

(1)兩岸橋臺及其拱座基本完好，部分錐坡砌體破損。(2)橋墩有少量砌縫脫落，個別基礎有沖刷現象。

2.2 靜動載試驗結果

2.2.1 靜載試驗結果

該橋在相當于汽-15級，掛車-80荷載作用下，中載時邊跨跨中截面撓度校驗系數最大值為124%，最小值為57%，平均為91%;偏載時跨中截面撓度校驗系數最大值為118%，最小值為54%，平均為89%。結果表明主拱圈整體性較差，豎向剛度較弱，各拱肋受活載作用效應不均勻。

在中載作用下，邊跨跨中截面應變校驗系數，最大值為94%，最小值為64%，平均為82%，在偏載作用下，邊跨跨中截面應變校驗系數，最大值為97%，最小值為50%，平均為71%;在中載作用下，邊跨拱腳截面應變校驗系數，最大值為116%，最小值為80%，平均為90%;在偏載作用下，邊跨拱腳截面應變校驗系數，最大值為90%，最小值為74%，平均為79%;在中載作用下，邊跨拱腳截面應變校驗系數，最大值為156%，最小值為35%，平均為84%。結果表明，各拱肋受活載作用效應極不均勻，主拱圈整體工作性能較差。

結果表明，主拱圈有一定的彈性工作性能，但安全儲備不足，主拱圈荷載橫向分布不均勻，整體工作性能較差。

2.2.2 動載試驗結果

結構前二階頻率實測值與計算值較為接近。實測最大沖擊系數1+μ=1.163 6，較計算值1.091 7大。

結果表明，橋梁動力性能較好，但橋面平整性較差。

3 加固方案設計

3.1 加固設計標準

根據本橋結構現狀和靜動載試驗評估結論，并結合原橋竣工資料驗算成果，加固目標為:將原設計荷載等級汽車-15級、掛車-80提高為公路-Ⅱ級，利用原拱6肋5波拱圈結構，拆除全部人行道，改為防撞墻;拆除原橋面鋪裝及拱上填料約25 cm，現澆20 cm C40混凝土和5 cm瀝青混凝土橋面鋪裝，橋面寬度組成為凈8.3 m+2×0.4 m(防撞墻)。

3.2 設計要點

3.2.1 增大截面法加固主拱肋

(1)采用外包混凝土加大拱肋的方法加固主拱肋，并在所加固拱肋的起拱線處增設牛腿構造。

(2)每孔主拱圈增設3道現澆橫系梁。

(3)拱肋增大后仍為等截面形式，外包混凝土在原拱腹線以下為20 cm厚，兩側各15 cm寬。

3.2.2 拱波裂縫及破損修補

拱波裂縫首先采用環氧砂漿封閉裂縫，后高壓注入水泥漿;拱波破損范圍較大時采用現澆混凝土填充修補。

3.2.3 欄桿拆除新建防撞墻

拆除原橋面欄桿和人行道板，新建防撞護墻。為提高防撞墻的抗沖擊作用，防撞墻鋼筋應與橋面鋪裝鋼筋焊接形成一體。

3.2.4 橋面鋪裝

拆除原橋面鋪裝層及拱上填料共計約25 cm，用其余填料調整橫坡并密實原填料層后，現澆20 cm厚的C40鋼筋混凝土鋪裝層，增設一層防水層，再攤鋪一層5 cm厚AC-16瀝青混凝土層。

3.2.5 拱上建筑

對已破損的腹拱圈構件增設新板拱;對外脹的側墻砌體拆除重修。

3.2.6 下部結構

在墩(臺)頂拱座處增加鋼筋混凝土牛腿構造。對于個別沖刷嚴重的墩臺，采用片石混凝土填充;對松動墩、臺身砌體注水泥漿補強。

4 施工主要事項

4.1 施工工序

施工時應遵循先卸載后加固，再加二期恒載的原則，即按照拆除原橋面鋪裝層、人行道、欄桿及部分拱上填料→植筋、布置鋼筋、澆筑混凝土加固主拱圈牛腿→澆注橫系梁→對拱波裂縫進行注水泥漿封閉處理→現澆C40混凝土鋪裝層，加設防水層→澆注防撞墻混凝土→攤鋪瀝青混凝土面層的施工順序進行。

4.2 主要施工工藝及要點

4.2.1 主要施工工藝

(1)拱肋加固施工

①拱肋加固可采用支架或吊架的方法。用支架法時，支架必須穩固;用吊架法時，吊架的吊點應作用于主拱肋上。②所有新舊混凝土接合面均作鑿毛處理，清除破損嚴重的混凝土部位，并沖洗干凈。③拱肋外包混凝土施工順序為混凝土澆筑從拱腳向拱頂，兩側同步對稱施工。在拱頂橫系梁一側1 m外留50 cm作為封拱現澆段，待其余拱肋外包混凝土強度達到設計強度后，再在低溫時段用微膨脹混凝土澆筑該封拱現澆段。④外包混凝土施工前，必須對加固拱肋的幾何尺寸進行詳細量測，并以此作為放樣的依據。⑤保證加固后的拱肋腹線曲線順滑。⑥在原拱肋上植筋鉆孔時，盡可能減少對原拱肋混凝土的損害，如遇原拱肋鋼筋，孔位可適當調整。清除鉆孔塵渣后再注膠植筋。

(2)拱波裂縫封閉及破損修補

沿拱波裂縫表面，用環氧砂漿封閉裂縫，留有進出漿嘴，高壓注入水泥漿封閉。破損較大處采用現澆混凝土填充。

(3)橋面鋪裝拆除與更換

拆除原鋪裝層及原拱頂填料共25 cm厚，利用原余填料調整橫坡并壓實填料后施工橋面混凝土鋪裝層。新鋪瀝青橋面鋪裝應按相應的技術標準進行施工，施工時應注意橋面標高與兩端引線在25 m范圍內的銜接。

4.2.2 施工要點

(1)拆除舊的橋面系及拱頂填料后，再進行主拱圈加固。(2)環氧砂漿的配合比要準確，其攪拌必須充分。(3)植筋鉆孔前，必須探明鋼筋位置，嚴禁盲目鉆孔植筋，施工前應在現場進行拉拔試驗，檢驗植筋工藝。(4)在進行錨固安裝鋼筋前，必須確保孔內清潔無灰塵，且必須保持干燥。(5)植筋孔注膠時，必須使鋼筋插入后孔內膠液飽滿，注膠應在氣溫較高時進行。(6)植筋孔注膠24 h后方可對被加固構件進行下道工序。(7)對整體化鋪裝層混凝土表面進行拉毛處理并噴涂防水層，以便瀝青混凝土與鋪裝混凝土緊密結合。(8)防水層要嚴格按施工規程施工，不允許橋面滲漏水。

［1］ 中交第一公路勘察設計研究院有限公司(JTG/T J23-2008)［S］.公路橋梁加固施工技術規范.北京:人民交通出版社，2008.

［2］ 安璐璐.某30 m雙曲拱橋的病害分析及維修加固方案簡介［J］.北方交通，2013，36(4):100-102.