淺析鋼筋混凝土剛架拱橋病害分析及維修加固

朱一軍

（清遠(yuǎn)市正陽(yáng)公路工程監(jiān)理有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511500）

1 概述

鋼筋混凝土剛架拱橋是在雙曲拱橋、桁架拱橋和斜腿剛架拱橋的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，由主拱腿、實(shí)腹段、腹孔弦桿、斜撐和橫系梁等構(gòu)件拼組而成裸肋，然后在其上安裝帶有加勁肋的微彎板和懸臂板，并通過現(xiàn)澆混凝土橋面與裸肋結(jié)成整體組合結(jié)構(gòu)。該橋型具有自重輕、材料省、整體性能好、外形美觀、裝配化程度高等優(yōu)點(diǎn)。但由于它屬于高次超靜定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)受力較復(fù)雜，如果一個(gè)構(gòu)件有病害產(chǎn)生，會(huì)引起整個(gè)橋梁產(chǎn)生一系列病害。

2 工程概況

廣東省清遠(yuǎn)市佛岡縣S252線龍溪橋上部結(jié)構(gòu)由凈跨3 m×30 m空腹式6肋5波鋼筋混凝土雙曲拱組成，橋面寬度9 m，其中兩側(cè)人行道各寬1 m，重力式橋墩，墩帽為混凝土，墩身與基礎(chǔ)為水泥砂漿砌片石，重力式橋臺(tái)。

3 橋梁病害分析

3.1 橋梁病害調(diào)查

（1）橋面系橋面板：橋面在上下游幅之間有兩條沿橋縱向的貫穿性裂縫，此裂縫由橋梁在行車過程中上下游主拱變形不協(xié)調(diào)所致。

（2）伸縮縫螺栓松動(dòng)或脫落，兩側(cè)形成高差變形，局部混凝土壓碎，產(chǎn)生跳車現(xiàn)象，對(duì)橋梁有較大的沖擊。

（3）鋼筋混凝土弧形橋面板下肋普遍開裂，且裂縫較大，部分超過《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的0.2 mm要求，最大裂縫達(dá)1 mm。

（4）橫梁與主拱連接不可靠，在連接處普遍出現(xiàn)松動(dòng)裂縫，沒能很好傳遞主拱間荷載，橫梁橫向聯(lián)系作用失效。

（5）試驗(yàn)跨各跑車工況下的橫向動(dòng)位移峰值大于垂直動(dòng)位移峰值，在20 km/h時(shí)速時(shí)幾乎是垂直方向的兩倍。

（6）動(dòng)力特性脈動(dòng)試驗(yàn)獲得的 20 Hz內(nèi)振型很密集，在20 Hz內(nèi)，實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)有17個(gè)，各種振型均有，尤其是局部振型較多。

3.2 橋梁結(jié)構(gòu)性能狀況檢測(cè)

通過對(duì)該橋梁實(shí)際檢測(cè)的數(shù)據(jù)分析和對(duì)實(shí)際承載力的檢測(cè)，橋梁橫向聯(lián)結(jié)系較差，整體剛度較弱。根據(jù)《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》對(duì)該橋梁進(jìn)行整體的評(píng)估，該橋梁目前的完好等級(jí)為D級(jí)；同時(shí)根據(jù)《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》上部結(jié)構(gòu)有落梁和脫空趨勢(shì)，本橋直接定為D級(jí)；另按附錄D的要求，當(dāng)構(gòu)件結(jié)構(gòu)裂縫寬度出現(xiàn)超過2.2 mm，或橋梁出現(xiàn)非正常振動(dòng)時(shí)，直接將橋定為D級(jí)，該橋的面板結(jié)構(gòu)件下肋出現(xiàn)大于0.2 mm的結(jié)構(gòu)裂縫，且根據(jù)動(dòng)載試驗(yàn)，在行車過程中，其橫向水平振動(dòng)位移大于垂直振動(dòng)位移，應(yīng)屬于非正常振動(dòng)，并考慮該橋橫向聯(lián)結(jié)系薄弱，出現(xiàn)橫向聯(lián)結(jié)系脫落墜入河中現(xiàn)象等，該橋定為D級(jí)不合格狀態(tài)，該橋梁屬于Ⅱ類養(yǎng)護(hù)的城市橋梁—城市主干路上的橋梁，應(yīng)檢測(cè)后進(jìn)行中修或大修工程。

4 主橋加固措施

根據(jù)橋梁靜、動(dòng)載試驗(yàn)及外觀質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合有限元計(jì)算分析，綜合剛架拱橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本橋主要病害加固措施及詳細(xì)加固工藝如下：

4.1 裂縫處理

4.1.1 寬度δ＜0.15 mm的裂縫封閉工藝

（1）先用高速砂輪片沿裂縫走向刻出一道“V”形槽，深約6～8 mm，寬約4～6 mm，再對(duì)“V”形槽內(nèi)及兩旁密封部分除污去塵，用無(wú)水乙醇清洗干凈。

（2）調(diào)配密封膠。

（3）將密封膠填入“V”形槽內(nèi)壓實(shí)抹平，將裂縫封閉。

4.1.2 寬度δ≥0.15 mm的裂縫化灌工藝

（1）裂縫縫口表面的處理：先用鋼絲輪清除掉縫口 5 cm范圍的灰塵和污垢，再對(duì)縫口兩旁密封部分除污去塵，并用壓縮空氣吹除縫內(nèi)浮塵。如縫口因灰塵等堆積過久而完全堵死，應(yīng)用砂輪片對(duì)縫口進(jìn)行拓寬處理。

（2）埋設(shè)灌漿嘴：裂縫表面處理完后，將灌漿嘴埋設(shè)在裂縫的交叉處、較寬處、端部或經(jīng)拓寬處理的縫口部位，埋設(shè)間距為100～300 mm。

（3）封縫：灌漿嘴埋設(shè)后，沿縫口用密封膠或無(wú)機(jī)封堵材料進(jìn)行密封，封縫厚度約1～2 mm，寬度約60 mm。

（4）密封檢查：待密封膠達(dá)到強(qiáng)度后，沿縫涂抹一層肥皂水，并隔1 000～2 000 mm的間距把中間的注漿孔用螺栓（纏生膠帶）堵上，從灌漿嘴中通入壓縮空氣，如密封的縫上有冒泡現(xiàn)象，應(yīng)對(duì)該部位重新密封，當(dāng)縫較長(zhǎng)時(shí)可分段試氣檢查。

（5）灌漿：灌漿壓力應(yīng)不小于280 kN/m（根據(jù)裂縫的可灌度來(lái)調(diào)整壓力），灌漿壓力應(yīng)逐漸升高，防止驟然加壓使裂縫擴(kuò)大。豎直裂縫灌漿從下到上依序進(jìn)行，水平裂縫灌漿順序可由兩端向中間灌注。

（6）封口結(jié)束：對(duì)于縫內(nèi)無(wú)水壓或其他壓力的，待膠初凝后即可拆下灌漿嘴，清除密封層；反之，只有膠達(dá)到強(qiáng)度后才能進(jìn)行拆除、清理。

4.2 主拱肋加固

計(jì)算結(jié)果顯示，主拱肋跨中底部承載力無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，因此，拱肋底部采用粘貼鋼板加固，具體操作工藝如下：

4.2.1 劃線定位

根據(jù)加固施工圖，準(zhǔn)確地在混凝土表面劃出粘貼部位輪廊線及植筋位置。

4.2.2 原結(jié)構(gòu)貼合面及鋼板貼合面處理

先用電錘鑿除原結(jié)構(gòu)外表面疏松混凝土面層，然后用鋼絲刷將表面松散浮渣刷去并用吹風(fēng)機(jī)吹去表面灰塵，保證處理后的貼合面符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求并滿足混凝土面平整度小于3 mm。如表面濕度較大，除上述要求外，尚須進(jìn)行人工干燥處理。鋼板黏結(jié)面需進(jìn)行除銹處理，用角磨機(jī)打磨，直到露出金屬光澤。打磨粗糙度越大越好，打磨紋路與受力方向垂直，粘貼前用棉紗沾丙酮擦拭干凈。

4.2.3 植筋

按植筋結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)品使用說(shuō)明書要求，將膠液倒入干凈容器內(nèi)，以人工或電動(dòng)工具將其完全調(diào)勻，注意翻看容器底部與邊角處的顏色，確保配好的膠液色澤一致。將調(diào)好的結(jié)構(gòu)膠裝入注膠器內(nèi)，然后用注膠器將結(jié)構(gòu)膠注入植筋孔洞，孔洞內(nèi)注膠容量必須大于50%，螺栓旋轉(zhuǎn)插入孔洞內(nèi)。

4.2.4 固化

對(duì)溫度在10 ℃以上時(shí)，固化時(shí)間達(dá)48 h后可受力使用；溫度在24 ℃以上時(shí)，固化時(shí)間達(dá)36 h可受力使用。固化期間不得對(duì)鋼筋有任何擾動(dòng)，固化后用建筑結(jié)構(gòu)膠對(duì)植筋孔洞口進(jìn)行封口修補(bǔ)。

4.2.5 檢測(cè)

為了檢測(cè)植筋是否滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)對(duì)所植鋼筋進(jìn)行抽樣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果必須符合設(shè)計(jì)要求。

4.2.6 粘貼鋼板

按產(chǎn)品使用說(shuō)明書要求，將粘接建筑結(jié)構(gòu)膠A、B兩組份倒入干凈容器內(nèi)，以人工或電動(dòng)工具將其完全調(diào)勻，注意翻看容器底部的顏色，確保配好的膠體色澤一致。用抹刀將配好的結(jié)構(gòu)膠涂在鋼板貼合面上，要求鋼板上的膠層中間厚邊緣薄且膠層厚度宜為1～3 mm，然后將鋼板貼于預(yù)定的位置。

4.2.7 固定與加壓

鋼板粘貼好后立即用夾具或支撐、木方及預(yù)埋植筋螺栓等固定，并適當(dāng)加壓，以使膠液剛從鋼板邊緣擠出為度。固定加壓后，用小錘敲擊粘貼面兩邊緣敲擊鋼板，如無(wú)空洞聲，表示已粘貼密實(shí)，否則應(yīng)補(bǔ)膠或重新粘貼。

4.2.8 固化與拆模

對(duì)溫度在10 ℃以上時(shí)，固化時(shí)間達(dá)到36 h后可拆除鋼板外表的加壓裝置。膠體固化時(shí)，在10 ℃以上一般在24 h度達(dá)到設(shè)計(jì)值的70%以上，48 h后完全固化。

4.3 主橋拱肋間橫系梁加固

主橋含兩類橫梁體系，對(duì)Ⅰ類橫系梁，采用梁底粘貼型鋼的加固方法，粘貼工藝同上，對(duì)Ⅱ類橫系梁，采用型鋼梁直接替換原來(lái)的混凝土橫系梁。Ⅱ類橫梁型鋼梁替換加固操作工藝如下：

4.3.1 定位放線

根據(jù)加固設(shè)計(jì)圖的要求，在拱肋對(duì)應(yīng)部位定出節(jié)點(diǎn)板的位置。

4.3.2 拱肋砼表面處理

采用手工鑿除松散砼，采用電動(dòng)角磨機(jī)與金剛片將砼表面打磨平整，并用壓縮空氣將表面吹干凈，最后用無(wú)水酒精清洗干凈。

4.3.3 鉆錨栓孔

根據(jù)設(shè)計(jì)位置定出孔位，用電錘鉆Φ25孔，將孔吹洗干凈后，將螺栓按植筋工藝植入孔內(nèi)。

4.3.4 節(jié)點(diǎn)鋼板制作安裝

用氧氣焊將鋼板按設(shè)計(jì)要求制作成型，根據(jù)錨栓位置將錨栓孔割出，然后安裝鋼板并上緊螺母。

4.3.5 連接板焊接

在節(jié)點(diǎn)鋼板畫出焊接位置，然后焊接，采用“V”形坡口焊接。

4.3.6 槽鋼梁制安、焊接

采用鋼管腳手架配合手拉葫蘆將下料成型并已做好油漆的槽鋼起吊至安裝位置，首先將槽鋼與節(jié)點(diǎn)鋼板點(diǎn)焊焊接，矯正位置后滿焊，焊縫高度15 mm，所有焊縫達(dá)到二級(jí)焊縫質(zhì)量等級(jí)。

4.3.7 埋設(shè)灌漿嘴

采用IFS無(wú)機(jī)封堵料密閉節(jié)點(diǎn)鋼板四周，用灌膠泵在鋼板與拱肋混凝土間灌注結(jié)構(gòu)膠，之后進(jìn)行鋼材表面防腐工作。

4.4 微彎板加固

微彎板結(jié)構(gòu)采用在板底粘貼鋼板及“工”字形型鋼的組合加固方法，鋼板能有效抵抗板底承受的拉應(yīng)力，“工”字形型鋼等效為微彎板結(jié)構(gòu)的加勁肋。其加固工藝同上。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，橋梁檢測(cè)是了解既有橋梁使用性能及工作狀態(tài)的重要手段。對(duì)某鋼筋混凝土拱橋進(jìn)行調(diào)查分析和結(jié)構(gòu)檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果分析其病害原因，提出了合理的加固改造方案。但還有許多環(huán)節(jié)，仍需在今后的施工中不斷地完善和發(fā)展。