鋼筋砼雙曲拱橋病害分析及粘貼鋼板加固

袁友忠

（衡南縣農村公路管理所，湖南衡陽 421100）

鋼筋砼雙曲拱橋病害分析及粘貼鋼板加固

袁友忠

（衡南縣農村公路管理所，湖南衡陽 421100）

針對湖南衡陽茶市大橋加固，從分析公路鋼筋砼雙曲拱橋病害發生原因入手，結合雙曲拱橋的結構特征與病害特性，在相關施工原則的指導下，對雙曲拱橋的拱肋等部位采用粘貼鋼板加固，消除雙曲拱橋潛在安全隱患。

橋梁；鋼筋砼雙曲拱橋；病害；鋼板粘貼加固

湖南衡陽茶市大橋為一座橫跨耒水的公路鋼筋砼雙曲拱橋，建于20世紀90年代初。全長301.5 m，寬12 m，橋型布置為5×55 m雙曲拱+1×5 m砼單拱，橫向布置為2×1.5 m人行道+9 m行車道。矢跨比為1／6，主拱圈包括6個拱肋、8個拱波。現場調查發現該橋橋面已出現沉降現象，路面不夠平順；兩側欄桿呈現向外推移的趨勢；腹拱與拱圈有明顯裂縫，主拱局部也出現了裂縫；橋面鋪裝層由于年久失修出現了較為嚴重的滲水現象，導致大量水分集聚在拱上填料中，降低了承載能力，進而使橋面出現下沉；拱腹外側的墻外移明顯，欄桿也隨之發生外移；橋面防水層已無法發揮作用，拱圈、拱波上出現嚴重的滲水現象。該橋各部位均出現了病害，嚴重影響了其承載能力，危及行車安全，需對其進行維修改造。

1 病害分析

1.1 拱頂發生沉降，造成拱肋橫向開裂

橋面位移是造成該橋拱頂沉降的主導原因。在使用過程中，由于車流量逐漸增加，加上橋梁地基的輕度沉降，拱座位置發生輕度偏移。加上雙曲拱橋自身抗推能力不足，鋼筋砼橋面發生位移，使雙曲拱橋的跨度加大，導致拱座變形、拱軸線彎曲，進而引發拱肋橫向開裂。同時鋼筋砼橋面位移導致橋面積水嚴重，加之維修保養措施不力，造成橋梁進一步損壞，并削弱了拱頂建筑結構中填充材料的抗剪能力，引發部分側墻傾斜。

1.2 拱肋、拱波等受力部位出現裂縫

雙曲拱橋拱肋、拱波等受力部位的裂縫分為兩類：一種為主拱圈的恒載等建筑結構在力的作用下發生位移而引發結構性裂縫；另一種是鋼筋砼在干燥過程中，由于材料性質變化而出現塑性收縮裂縫。從危害程度來看，鋼筋砼塑性收縮所產生的裂縫較短、寬度較小，不會對主拱圈帶來實質性傷害；而結構性裂縫是隨著橋梁交通運行壓力的逐漸加大，橋梁相關建筑結構的受力經常處于超負荷狀態的情況下產生并發展的，主拱圈等結構性裂縫會隨著拱橋使用期限的增加而逐漸嚴重，降低橋體的使用年限與整體性能。

拱肋、拱波等受力部位結構性裂縫有4種形式：一是拱波與拱肋結合面的環向裂縫，這類裂縫的產生原因主要是設計時拱肋與拱板間的連接鋼筋直徑太小、間距過大，無法抵抗結合面處拉力及剪力；二是拱波頂縱縫，這類裂縫主要是由設計中主拱圈的橫向剛度不夠、橫向聯系較弱，各拱肋受力分布不均勻所致；三是拱肋徑向縫，由于拱肋截面尺寸設計不足，拱肋在彎矩作用下造成拱肋徑向開裂；四是拱腳部位徑向縫，由于橋臺水平位移，拱腳部位在負彎矩作用下產生徑向開裂。

1.3 拱上建筑結構發生破損

拱上建筑結構的作用是為橋梁提供一個平面，供相關車輛通行，并將橋面活載有效地傳遞到主拱結構，避免因活載過大導致橋體結構破壞。但從實際情況來看，由于活載傳遞的均衡性，拱上建筑結構無法真正將活載產生的壓力全部傳遞給主拱結構，其自身仍要承受活載。因拱上建筑結構的承載能力遠低于主拱，使拱上建筑結構出現裂縫、變形等病害。

1.4 橋面病害

在橋面施工過程中，填充材料填充厚度不均衡，導致橋面缺乏整體性，形成部分橋面沉降。隨著交通運輸規模的逐漸加大，通過橋梁的重型貨車運輸日益增長，使鋼筋砼雙曲拱橋固有的問題進一步加劇，加之橋梁維護技術與保養工序不正確、不及時，

橋面病害一直得不到解決。

2 粘貼鋼板加固

在構件受力區域及其他設計受力較薄弱部位的表面粘貼鋼板，其原理相當于提高原結構砼的含鋼量，防止裂縫進一步擴大，改善原結構受力，使結構抗彎與抗剪能力得以提高。同時粘貼的鋼板與結構物形成一個整體參與受力，從而提升橋梁承載力。

2.1 加固設計要點

（1）橋面加固設計要點。拆除原橋面鋪裝，鋪筑1 cm厚C40鋼筋水泥砼橋面鋪裝，提高橋面整體受力能力。

（2）主拱部位加固設計要點。在拱座與其他部位的裂縫處澆灌環氧樹脂，將鋼板粘貼于拱肋底面及兩側，提升橋梁承載力，增強橫隔板的橫向聯系，使主拱圈抗扭剛度、結構整體性得到提高。將拱背的1／4截面至拱腳處填平，鋪筑15 cm左右C25砼，增強拱背的強度。對拱背的裂縫進行修補，提高拱背抗拉強度。

（3）腹拱加固設計要點。更換已嚴重破壞的腹拱圈，破壞不嚴重的予以修補，避免裂縫擴大。將拱上的填料清除干凈，換填C15砼，預防橋面、側墻再次變形。對已破損的側墻進行修復，增設排水設施，將截水溝修建于橋臺西橋頭側。

2.2 施工方法

2.2.1 粘貼鋼板加固的主要類型

粘貼鋼板加固法主要針對雙曲拱橋的拱肋和拱腳，拱肋加固分為肋底板加固、底板與兩側側板粘貼鋼板加固（見圖1），拱腳加固是將鋼板粘貼在拱腳或在拱腳處焊接角鋼（見圖2）。

圖1 拱肋粘貼鋼板加固

圖2 拱腳粘貼鋼板加固

（1）拱肋徑向裂縫加固。根據該橋情況，在原拱肋的底面和兩個側面粘貼鋼板，使拱肋形成三側加固［見圖1（b）］。拱肋底面粘貼8 mm補強鋼板，兩側粘貼10 mm補強鋼板。

（2）拱腳環向裂縫加固。先將鋼板粘貼在拱肋的底面與側面的三側，在此基礎上，選擇（160×160 ×20）mm型角鋼，角鋼一側與粘貼在拱肋上的鋼板焊接，另一側粘貼在墩臺上，然后用φ35×300錨桿錨固。

2.2.2 粘貼鋼板法施工流程

（1）鋼板加工制作。按照施工設計圖紙對鋼板進行加工，清除表面的污物、銹蝕，必要時應用工業丙酮進行擦洗，并進行打磨處理。

（2）原結構砼的處理。清除已松散、破碎的砼，將原結構砼鑿平、鑿毛，并用高壓水槍沖洗干凈。

（3）粘貼鋼板。把環氧樹脂涂抹在鋼板表面與砼上，涂抹2遍，將環氧樹脂砂漿鋪在鋼板上。隨后在砼表面粘貼鋼板，將螺絲旋緊后加壓，待環氧樹脂砂漿固化后，卸除螺帽，截除露在外面的螺絲桿。

（4）鋼板粘貼效果檢查。用木錘對各處進行敲打，若砼表面與鋼板之間存在縫隙，則注入膠結劑進行補貼。

（5）防護處理。把環氧樹脂薄漿涂抹于鋼板表面后，涂刷防銹漆，涂刷2遍。

3 加固效果評價

利用有限元軟件，對加固前后橋梁受力情況進行計算，以此為依據對加固效果進行判定。

3.1 加固前后承載能力

該橋加固前后主拱圈拱腳截面、1／4跨截面與拱頂截面受力計算結果見表1。

從表1可看出：在公路-Ⅱ級荷載作用中，原橋拱腳截面不能滿足承載力要求；實施粘貼鋼板加固后，主拱圈各截面都可滿足承載力要求，加固后橋梁承載能力明顯提高。

3.2 現場成橋動載試驗結果

加固前后自振頻率對比見表2，加固后動撓度檢測結果見表3。

從表2來看，該橋加固后的自振頻率實測值均大于加固前，經粘貼鋼板加固后結構動力剛度得到提高。從表3來看，加固后橋梁動撓度實測值滿足規范要求，橋梁動力性能良好。

表1 橋梁加固前后承載能力對比

表2 橋梁加固前后自振頻率實測值

表3 橋梁加固后動撓度實測值

4 結語

鋼筋砼雙曲拱橋病害分析是一個較復雜的過程，需對照原橋梁的施工設計圖紙及檢測數據進行分析，判斷病害產生原因。茶市大橋的應用結果表明，對于鋼筋砼雙曲拱橋拱肋及拱腳等受力部位的病害，采用粘貼鋼板法進行維修加固效果顯著。該方法既不減小橋梁凈空，也不中斷交通，能大大改善橋梁的受力情況，使其結構受力更加合理，且施工簡單、成本較低。特別是對于多跨雙曲拱橋，拆除老橋重建新橋造價高昂、施工周期長，而采用粘貼鋼板法進行維修加固，既節省造價，又減少交通壓力，經濟效益和社會效益顯著，值得大力推廣。

［1］ 劉莉萍，楊宏平，宋鵬.公路鋼筋混凝土雙曲拱橋病害分析及鋼板粘貼加固施工方法應用［J］.中國建筑科技，2015，24（3）.

［2］ 李茂奇，劉芳.粘貼鋼板法在加固雙曲拱橋中的應用研究［J］.城市道橋與防洪，2014（1）.

［3］ 樊文靖，吳慶凱，張薇，等.雙曲拱橋舊橋下部結構安全分析與加固方法［J］.嘉應學院學報，2015，35（5）.

［4］ 馬玥，李凌俊.雙曲拱橋主拱圈病害分析及其加固方法研究［J］.山西建筑，2014，40（4）.

［5］ 何文偉.公路雙曲拱橋病害分析及粘貼加固措施研究［J］.中國科技博覽，2014（41）.

［6］ 查品才.雙曲拱橋常見病害及加固方案淺析［J］.建筑知識：學術刊，2014（5）.

［7］ 劉領，王鵬偉.淺析鋼筋砼雙曲拱橋的常見病害及加固維修措施［J］.魅力中國，2014（1）.

［8］ 陳翱.鋼筋混凝土雙曲拱橋檢測評定及承載力分析［J］.中國科技博覽，2015（35）.

U445.7

B

1671-2668（2016）06-0232-03

2016-05-10