合肥市蒙城路橋南側引橋加固處理方案設計與分析

黃定江

(合肥市規劃設計研究院，安徽合肥 230041）

0 引言

城市橋梁是城市道路的重要組成部分，一般均處在城市路網的重要節點處，車輛、行人的流量均很大，橋梁的質量直接影響著道路的暢通和廣大市民的生命安全。隨著我國經濟的騰飛和城市交通事業的快速發展，一些城市橋梁特別是上世紀90年代及以前修建的橋梁的設計荷載等級已不能滿足要求，而且由于使用年限較長，大多數老橋均存在一些病害。

合肥市蒙城路橋南側引橋于1996年4月與主橋一起建成通車，引橋為4跨鋼筋混凝土實腹式連拱橋。橋梁地處合肥市老城區市中心，蒙城路為合肥市南北向重要交通主干道。2011年8月10日，橋梁管養單位在對該橋進行巡查的過程中，發現部分拱圈頂部出現沿橋梁縱向的直線形裂縫，局部出現沿橫橋向的較長較大裂縫。后經橋梁專業檢測單位對引橋橋體經行深入質量檢測，發現引橋存在較嚴重病害，急需加固處理。

1 工程概況

合肥市蒙城路橋南側引橋位于蒙城路與環城路交口南側，為4跨鋼筋混凝土實腹式連拱橋，拱圈編號由北向南依次為2、3、4、5，跨度依次為9 m、8 m、7 m、6 m，矢跨比均為1/3，拱圈厚度分別為50 cm、45 cm、45 cm、40 cm，拱腳基礎為2.5 m×1.5 mC25混凝土，橋梁兩端設置C25混凝土，拱頂填料在1.4 m～1.8 m不等(見圖1)。

橋梁地處合肥市老城區市中心，蒙城路為合肥市南北向重要交通主干道。引橋橋面橫斷面同蒙城路道路橫斷面：14 m機動車道+2×1.5 m綠化帶+2×5 m非機動車道+2×2.5 m綠化帶+2×4 m人行道=40 m(見圖2）。

橋梁建成時，橋下空間均兼做沿線居民出行通道，目前僅2#拱兼做行人通道（見圖3）。

2 橋梁檢測情況及結構安全性復核情況

2.1 橋梁檢測情況

（1）實測拱軸線與設計拱軸線基本一致，無太大變化。

（2）2#、3#、4#、5#拱圈頂部出現沿橋梁縱向的直線形裂縫，縱橋向拱圈裂縫基本為貫通裂縫，僅在5#拱圈西側未貫通，裂縫深度一般在10 cm以上，寬度一般在2 mm左右。

（3）橫橋向裂縫主要出現在4#拱圈，分布在拱頂和北側1/10拱圈處。拱頂裂縫（除東半側局部無裂縫） 深度在10～30 cm，寬度在0.2～1 mm；北側1/4拱圈裂縫（除東西入口各8 m處無裂縫）深度在10 cm以上，寬度一般在0.2～0.4 mm。

橫橋向裂縫主要在4#拱圈，分布在拱頂、北1/4拱圈處，且處于較活躍狀態。從結構受力角度而言，橫橋向裂縫危害較大，且此橋為連拱體系，一旦此拱失穩，其它各拱均將全部失去穩定，存在安全隱患，需立即處置。

2.2 橋梁裂縫原因分析

（1）老橋已運行16 a，原設計依據的89規范荷載等級較低，實際運行荷載等級高，拱圈混凝土強度及配筋較現行規范標準低。

（2）連拱體系對不均勻沉降較敏感，拱圈在使用過程存在總體沉降，縱橋向及橫橋向不均勻沉降均存在，導致拱橋橫、縱向裂縫。

（3）使用過程中的溫度變化也是誘發裂縫發展的一個主要因素。

（4）橋梁在拱腳處設置有排水孔，但根據現場觀察，有多處排水孔是處于干燥狀態，表明經多年使用后，該處排水孔排水不良，導致拱圈受力不利。

圖1 引橋立面圖（單位：m）

圖2 引橋橋面橫斷面圖（單位：m）

圖3 引橋實景

2.3 橋梁結構安全性復核情況

4#拱圈的縱向裂縫使原有的三次超靜定無鉸拱體系轉化為二次超靜定有鉸拱，因此其北側1/4拱圈處裂縫很有可能是由于其上恒載較大，再加上體系的轉變使內力重分布而致。該拱圈應引起足夠的重視，防止拱圈內力繼續惡化，導致安全事故（拱圈可能會連環倒塌）。

針對拱圈結構受力體系由三次超靜定無鉸拱體系轉化為二次超靜定有鉸拱，對新的結構體系進行安全復核，得出以下結論：當拱圈在拱頂處開裂后，結構在1/4跨徑及拱腳處承載力不夠，裂縫將進一步發展，但當在1/4跨徑或拱腳處中的其中任何一處裂縫先開裂，結構即保持穩定，結構總體是安全的。但若長期處于這種狀態，由于滲水、超載等環境因素破壞導致拱圈拱軸線發生變化或使已形成的鉸失效均會對結構安全造成隱患，導致安全事故，故需立即對現有結構進行加固。

3 加固處理方案

結合現有結構形式及施工可行性，合肥市規劃設計研究院共提出3種加固處理方案，分別采用拱圈加厚法、拱圈底板貼鋼板法及橋下空間填實法。

3.1 方案一：拱圈加厚法

3.1.1 縱橋向裂縫處理

對于機非分隔帶處的縱橋向裂縫，在此沿拱圈方向整個切開，以便使拱圈在橫向范圍內分成3段獨立結構，每段設置2 cm沉降縫。同時為了保護拱圈鋼筋不受銹蝕，在拱圈底板處沿拱圈方向切成一道3 cm深，10 cm寬的凹槽，將此范圍內的拱圈鋼筋除掉，然后在保留沉降縫的前提下將其余部分用混凝土封堵。沉降縫在加固拱圈施工完后立即灌入防水材料。

3.1.2 橫橋向裂縫處理

對拱圈出現的裂縫范圍進行壓力化學灌漿，以提高防水性及耐久性，能將拱圈恢復到使用初期的整體狀況，使得結構的強度得到恢復。灌漿的材料一般為強度較高的粘結劑，如環氧砂漿、瀝青、甲基丙烯酸脂類化學補強劑等。

3.1.3 拱圈加厚

首先對拱圈下側整平，然后鑿毛，最后沿拱圈方向在內側增加厚度。

施工采用立模現澆的方法。主要步驟如下：

（1）根據現場實勘，拱圈下側凹凸不平，將拱圈底板處的灰漿刮除露出混凝土表層，并鑿毛，以免影響新舊混凝土粘結。

（2）在拱圈縱向及橫向各間距50 cm植入22mm的帶肋鋼筋，植筋進入現狀拱圈的錨固長度為35 cm，植筋用膠黏劑應采用A級膠，粘結強度設計值為4.0 MPa。

（3）每段新增拱圈寬度為2 m，間隔0.5 m，先綁扎鋼筋網，然后立模。施工次序為從拱圈橫橋向中部往兩側施工；從兩個拱腳處對稱澆筑混凝土，直至拱頂；2#～5#拱圈同時施工。

同時需要注意在施工前需合理疏通泄水管。

3.1.4 存在的問題

（1）該方案可以解決拱圈底板正彎矩受力問題，但對于拱背負彎矩區域無法加強。例如受恒載、活載、降溫、沉降等影響在拱腳處形成負彎矩，使得拱腳在拱背側極有可能產生裂縫，而在拱圈加厚后，裂縫仍然沒有得到解決，若繼續發展將對結構安全性和耐久性產生不利影響。

（2）該方案受橋下凈空小的影響下，立模及澆筑混凝土較麻煩，同時由于分段施工需要較多的模板及支架。

3.2 方案二：拱圈底板貼鋼板法

3.2.1 縱橋向裂縫處理

對于機非分隔帶處的縱橋向裂縫處理，在此沿拱圈方向整個切開，以便使拱圈在橫向范圍內分成3段獨立結構，每段設置2 cm沉降縫。同時為了保護拱圈鋼筋不受銹蝕，在拱圈底板處沿拱圈方向切成一道3 cm深，10 cm寬的凹槽，將此范圍內的拱圈鋼筋除掉，然后在保留沉降縫的前提下將其余部分用混凝土封堵。沉降縫在加固拱圈施工完后立即灌入防水材料。

3.2.2 橫橋向裂縫處理

對拱圈出現的裂縫范圍進行壓力化學灌漿，以提高防水性及耐久性，能將拱圈恢復到使用初期的整體狀況，使得結構的強度得到恢復。灌漿的材料一般為強度較高的粘結劑，如環氧砂漿、瀝青、甲基丙烯酸脂類化學補強劑等。

3.2.3 拱圈底板貼鋼板

首選對拱圈下側整平，在拱圈拱頂及1/4跨徑處沿橫向裂縫處用FHB化學螺栓在拱頂下部打孔，然后用環氧粘結劑黏貼鋼板，同時擰緊螺栓，使鋼板與拱圈共同受力。

施工主要步驟如下：

（1）平整拱圈。根據現場實勘，拱圈下側凹凸不平，將拱圈底板處的灰漿刮除露出混凝土表層，最后對拱圈平整，平度度要求在±2 mm。

（2）在拱圈縱向及橫向各間距50 cm植入22mm的帶肋鋼筋，植筋進入現狀拱圈的錨固長度為35 cm，植筋用膠黏劑應采用A級膠，粘結強度設計值為4.0 MPa。

同時注意在施工前需合理疏通泄水管。

3.2.4 存在的問題

（1）該方案同樣可以解決拱圈底板正彎矩受力問題，但對于拱背負彎矩區域無法加強。例如受恒載、活載、降溫、沉降等影響在拱腳處形成負彎矩，使得拱腳在拱背側極有可能產生裂縫，而在加固后，裂縫仍然沒有得到解決，若繼續發展將對結構安全性和耐久性產生不利影響。

（2）該方案由于拱圈底板凹凸不平，而鋼板黏貼需要與拱圈下側有較好粘結，因此對施工平整度要求很高。

3.3 方案三：橋下空間填實法

方案一、方案二均無法解決拱背可能存在的病害問題，為徹底解決安全隱患，采用漿砌塊石及混凝土將橋下空間予以填實。

填實時施工次序為從下往上，從拱圈橫橋向中部往兩側施工；2#～5#拱圈同時施工。下面采用M7.5漿砌塊石填實，當距離拱頂1.5 m左右采用C25混凝土澆筑。在現狀拱腳處各有一排泄水孔，填實時在拱腳處離地面50 cm高，30 cm寬范圍內填級配碎石，內設直徑10 cm的透水軟管，將泄水孔流出的雨水導出。

為保留2#拱行人通道功能，在2#拱中預埋一DN2500的Ⅲ級F型鋼承口管（橡膠圈接口）作為永久性人行通道，管道坐落在C25鋼筋混凝土基礎上。管道內底凹處澆筑C15混凝土鋪裝，作為行人通行路面，路面寬1.5 m，通道高度為2.0～2.5 m。鋪裝出口需與現狀地面順接。管道兩側仍用M7.5漿砌MU30塊石及C15混凝土填充密實。

3.4 加固處理方案分析比選

新增內襯拱對新老拱的連接特別是拱頂及拱角的連接要求較高，且施工難度較大，不易保證；貼鋼板能有效處理可見裂縫，但此拱必然存在拱背不可見裂縫，無法根治安全隱患；填埋4個拱圈可一勞永逸，根治安全隱患，并保留了2#拱行人通道功能，且施工中可不全封閉蒙城路，僅需施工期間限重載即可。經綜合分析比較，確定采用方案三進行加固處理。

工程于2011年8月15日開工建設，2011年8月29日加固處理完成，較好地實現了設計預期。圖4為加固處理后的引橋全面圖。

圖4 加固處理后引橋立面圖

4 結語

加強城市橋梁的管理，并進行及時的維修和加固，是城市橋梁管理部門的一項主要任務。合肥市蒙城路橋南側引橋的病害就是橋梁管理部門在日常的巡查中發現從而得到及時處理，避免了橋梁突然坍塌事故的發生。使橋梁處于正常的工作狀態，充分發揮舊橋的功能，是橋梁維修加固的主要作用，但在諸多因素及客觀條件限制下，在保證現狀橋梁必要功能前提下，封填橋下空間也是一種選項。

[1]JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[2]JTG D61—2005，公路圬工橋涵設計規范[S].

[3]范立礎.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2012.