剛架拱橋病害分析及加固方法

■王其興 ■福建省億達工程咨詢有限公司，福建 三明 365000

剛架拱橋是在雙曲拱橋、桁架拱橋的建筑經驗基礎上結合斜腿剛構的特點發展演變而來的一種橋型，屬于有推力的高次超靜定結構。具有構件少、自重輕、經濟指標先進、結構美觀等優點，曾被廣泛推廣應用。不過剛架拱橋也存在整體性較差，橫向穩定性不足，主次拱腿、大小節點、弦桿及實腹段容易開裂等缺點。隨著我國經濟的高速發展，交通量的日益增大，重載、超載車輛的不斷出現，絕大多數剛架拱橋都產生了不同程度的病害、損傷甚至破壞，有些已經影響到的橋梁的正常安全使用。因此，對剛架拱橋的病害成因分析及維修加固方法的探討是非常必要的。

1 工程概況

尤溪縣玉帶橋主跨立面圖如圖1 所示，跨中橫斷面圖如圖2 所示。該橋建于1998 年，主跨上部結構采用凈跨50m 鋼筋混凝土剛架拱，矢跨比為1/10，橫向布設6 片剛架拱片，拱片間距2.8m。主跨橋面鋪裝連續，兩側橋頭各一條伸縮縫。橋面系采用矢跨比為1/11、厚6cm 的微彎板及現澆混凝土填平層。橋面寬度為2.2m(人行道)+12.0m(行車道)+2.2m(人行道)。下部結構采用鋼筋混凝土組合式橋臺。原設計荷載:汽車-20，掛車-100，人群荷載3kN/m2。

圖1 玉帶橋主跨立面圖(單位:cm)

圖2 玉帶橋主跨跨中橫斷面圖(單位:cm)

2 病害情況及成因分析

2.1 病害情況介紹

根據檢測報告，主跨上部結構病害情況如下:

(1)剛架拱片:兩側拱腿存在豎向半貫通裂縫，所檢裂縫最大寬度測讀值為0.22mm，超過規范限值;斜撐頂面存在橫向貫通裂縫，由于青苔滋生，裂縫寬度無法測讀;側面豎向半貫通裂縫，所檢裂縫最大寬度測度值為1.10mm，超過規范限值;跨中拱頂附近實腹段存在較多裂縫，大小節點附近弦桿段存在個別裂縫，所檢裂縫最大寬度測讀值為0.28mm，超過規范限值。拱片局部表面砂漿層脫落，個別位置砼蜂窩麻面、鋼筋外露銹蝕。(見圖3)

(2)微彎板:人行道下方微彎板受橋面滲水水蝕、微彎板個別位置存在橫橋向裂縫，裂縫處滲水白華，裂縫寬度無法測讀。(見圖4)

(3)橫系梁:橫系梁表明砼粗糙，碎石堆積，個別橫系梁砼局部剝落、掉角、空洞;多數橫系梁存在豎向半貫通裂縫，所檢裂縫最大寬度測讀值為0.28mm，超過規范限值。(見圖5、圖6)

圖3 拱肋蜂窩麻面

圖4 微彎板滲水

圖5 橫系梁空洞、孔洞

圖6 橫系梁裂縫

2.2 病害成因分析

(1)剛架拱片:在恒、活載作用下，主拱腿和斜撐的軸向壓力相對較大，而彎矩相對較小，主要表現為小偏心受壓構件，一般不產生拉應力，但在墩臺不均勻沉降時，主拱腿和斜撐底部的負彎矩就非常敏感，因此主拱腿和斜撐底部產生的裂縫極有可能是由于墩臺的不均勻沉降引起的;

中弦桿及實腹段為偏心受壓構件，拱頂實腹段截面為正彎矩控制截面，隨著交通量增大，容易在受拉區出現裂縫;

大、小節點受力復雜，節點外形不夠圓順引起局部應力集中，節點連接剛度不夠，因此容易出現不規則裂縫;

施工時質量控制不嚴，導致出現砂漿脫落、蜂窩麻面、鋼筋外露等混凝土缺陷。

(2)微彎板:作為剛架拱橋的直接受力構件，車輪荷載直接作用在微彎板上形成集中力，而微彎板內通常配筋較少，局部超載潛力小，隨著交通量和超載車輛的增多，容易產生裂縫。

(3)橫系梁:剛架拱橋的橫向聯系薄弱而不能適應大的交通量或重載交通的車輛，因此橫系梁容易產生豎向裂縫。

3 維修加固方法

(1)采取增加橫系梁數量、加固提高橫系梁剛度等有效措施，提高橋梁剛度和整體性，增強拱片間橫向聯系和協同受力能力。

通過串螺紋鋼筋、焊接鋼板并外包混凝土擴大截面來加固拱腿處的橫向聯系，并對原拱肋橫向聯系進行粘貼鋼板加固，以及在拱頂和上弦桿上加密肋間橫向聯系。

在拱片上鉆孔植筋時應注意避開原有鋼筋，在4 根Φ25 螺紋鋼筋橫穿拱片后，用螺帽固定在上下游拱肋的外側面上，拱肋內側均貼焊鋼墊板，并據此焊接架立鋼筋和綁扎鋼筋，立模板，澆筑高標號干硬性混凝土(外包時需濕潤舊混凝土表面)，形成補強的橫向聯系。

(2)對承載力不足的拱腳、斜撐、拱頂進行粘貼鋼板加固。

粘貼鋼板加固是采用粘鋼膠將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結構的受拉緣或薄弱部位，必要時組合成鋼套，并使之與鋼筋混凝土結構物形成整體，提高橋梁的承載能力，達到補強效果。它具有不破壞被加固的原結構物、幾乎不增大原結構尺寸、施工簡單、能在短期內完成加固工程和基本不改變剛架拱橋原貌等優點。

(3)微彎板肋底粘貼碳纖維布加固。粘貼碳纖維布的工藝流程一般包括卸荷(封閉交通)—基底處理—涂底膠—粘貼—保護。

圖7 大節點加固設計圖(單位:cm)

圖8 小節點加固設計圖(單位:cm)

(4)對全橋出現的裂縫進行封閉處理。施工流程:裂縫的檢查及標注→清縫及裂縫表面處理→粘貼灌漿嘴及裂縫表面封閉→壓氣試驗→灌注混凝土裂縫修補注漿料→灌注完畢待漿液聚合固化后拆除注漿嘴→涂混凝土裂縫修補膠封閉。

(5)對全橋構件混凝土蜂窩、孔洞、露筋等缺陷進行進行鋼筋除、防銹及環氧樹脂砂漿修復處理。

圖9 玉帶橋加固設計立面圖(單位:cm)

4 結論

目前仍有大量的剛架拱橋在運營當中，由于長期承受超量、超載車輛的作用，以及剛架拱橋自身的一些缺陷，導致承載能力不足，出現破損等，使用性能下降。根據剛架拱橋現場檢測發現的問題，對病害原因進行分析，針對薄弱位置采用增大截面法、粘鋼法及粘貼碳纖維布法等進行加固，使其剛度、強度能滿足現階段使用要求，既保證了橋梁的使用安全，又節省了新建橋梁的花費，具有重要的社會經濟意義。

［1］姚玲森.《橋梁工程》.人民交通出版社，1985.

［2］顧安邦，孫國柱.《公路橋涵設計手冊拱橋(下)》.人民交通出版社，1994.

［3］廣東省公路管理局.《廣東省公路橋梁維修加固技術指南》.人民交通出版社，2011.