合肥市蒙城路橋南側(cè)引橋加固處理方案設(shè)計(jì)與分析

黃定江

(合肥市規(guī)劃設(shè)計(jì)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(wǎng)的重要節(jié)點(diǎn)處，車輛、行人的流量均很大，橋梁的質(zhì)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(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛和城市交通事業(yè)的快速發(fā)展，一些城市橋梁特別是上世紀(jì)90年代及以前修建的橋梁的設(shè)計(jì)荷載等級(jí)已不能滿足要求，而且由于使用年限較長(zhǎng)，大多數(shù)老橋均存在一些病害。

合肥市蒙城路橋南側(cè)引橋于1996年4月與主橋一起建成通車，引橋?yàn)?跨鋼筋混凝土實(shí)腹式連拱橋。橋梁地處合肥市老城區(qū)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(yǎng)單位在對(duì)該橋進(jìn)行巡查的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)部分拱圈頂部出現(xiàn)沿橋梁縱向的直線形裂縫，局部出現(xiàn)沿橫橋向的較長(zhǎng)較大裂縫。后經(jīng)橋梁專業(yè)檢測(cè)單位對(duì)引橋橋體經(jīng)行深入質(zhì)量檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)引橋存在較嚴(yán)重病害，急需加固處理。

1 工程概況

合肥市蒙城路橋南側(cè)引橋位于蒙城路與環(huán)城路交口南側(cè)，為4跨鋼筋混凝土實(shí)腹式連拱橋，拱圈編號(hào)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(chǔ)為2.5 m×1.5 mC25混凝土，橋梁兩端設(shè)置C25混凝土，拱頂填料在1.4 m～1.8 m不等(見(jiàn)圖1)。

橋梁地處合肥市老城區(qū)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(jī)動(dòng)車道+2×1.5 m綠化帶+2×5 m非機(jī)動(dòng)車道+2×2.5 m綠化帶+2×4 m人行道=40 m(見(jiàn)圖2）。

橋梁建成時(shí)，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(jiàn)圖3）。

2 橋梁檢測(cè)情況及結(jié)構(gòu)安全性復(fù)核情況

2.1 橋梁檢測(cè)情況

（1）實(shí)測(cè)拱軸線與設(shè)計(jì)拱軸線基本一致，無(wú)太大變化。

（2）2#、3#、4#、5#拱圈頂部出現(xiàn)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(cè)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(xiàn)在4#拱圈，分布在拱頂和北側(cè)1/10拱圈處。拱頂裂縫（除東半側(cè)局部無(wú)裂縫） 深度在10～30 cm，寬度在0.2～1 mm；北側(cè)1/4拱圈裂縫（除東西入口各8 m處無(wú)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(tài)。從結(jié)構(gòu)受力角度而言，橫橋向裂縫危害較大，且此橋?yàn)檫B拱體系，一旦此拱失穩(wěn)，其它各拱均將全部失去穩(wěn)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(yùn)行16 a，原設(shè)計(jì)依據(jù)的89規(guī)范荷載等級(jí)較低，實(shí)際運(yùn)行荷載等級(jí)高，拱圈混凝土強(qiáng)度及配筋較現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)低。

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

（3）使用過(guò)程中的溫度變化也是誘發(fā)裂縫發(fā)展的一個(gè)主要因素。

（4）橋梁在拱腳處設(shè)置有排水孔，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察，有多處排水孔是處于干燥狀態(tài)，表明經(jīng)多年使用后，該處排水孔排水不良，導(dǎo)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?qū)嵕?/p>

2.3 橋梁結(jié)構(gòu)安全性復(fù)核情況

4#拱圈的縱向裂縫使原有的三次超靜定無(wú)鉸拱體系轉(zhuǎn)化為二次超靜定有鉸拱，因此其北側(cè)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(zhuǎn)變使內(nèi)力重分布而致。該拱圈應(yīng)引起足夠的重視，防止拱圈內(nèi)力繼續(xù)惡化，導(dǎo)致安全事故（拱圈可能會(huì)連環(huán)倒塌）。

針對(duì)拱圈結(jié)構(gòu)受力體系由三次超靜定無(wú)鉸拱體系轉(zhuǎn)化為二次超靜定有鉸拱，對(duì)新的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行安全復(fù)核，得出以下結(jié)論：當(dāng)拱圈在拱頂處開(kāi)裂后，結(jié)構(gòu)在1/4跨徑及拱腳處承載力不夠，裂縫將進(jìn)一步發(fā)展，但當(dāng)在1/4跨徑或拱腳處中的其中任何一處裂縫先開(kāi)裂，結(jié)構(gòu)即保持穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)總體是安全的。但若長(zhǎng)期處于這種狀態(tài)，由于滲水、超載等環(huán)境因素破壞導(dǎo)致拱圈拱軸線發(fā)生變化或使已形成的鉸失效均會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)安全造成隱患，導(dǎo)致安全事故，故需立即對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。

3 加固處理方案

結(jié)合現(xiàn)有結(jié)構(gòu)形式及施工可行性，合肥市規(guī)劃設(shè)計(jì)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(shí)法。

3.1 方案一：拱圈加厚法

3.1.1 縱橋向裂縫處理

對(duì)于機(jī)非分隔帶處的縱橋向裂縫，在此沿拱圈方向整個(gè)切開(kāi)，以便使拱圈在橫向范圍內(nèi)分成3段獨(dú)立結(jié)構(gòu)，每段設(shè)置2 cm沉降縫。同時(shí)為了保護(hù)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(nèi)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(duì)拱圈出現(xiàn)的裂縫范圍進(jìn)行壓力化學(xué)灌漿，以提高防水性及耐久性，能將拱圈恢復(fù)到使用初期的整體狀況，使得結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度得到恢復(fù)。灌漿的材料一般為強(qiáng)度較高的粘結(jié)劑，如環(huán)氧砂漿、瀝青、甲基丙烯酸脂類化學(xué)補(bǔ)強(qiáng)劑等。

3.1.3 拱圈加厚

首先對(duì)拱圈下側(cè)整平，然后鑿毛，最后沿拱圈方向在內(nèi)側(cè)增加厚度。

施工采用立?，F(xiàn)澆的方法。主要步驟如下：

（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)勘，拱圈下側(cè)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(jié)。

（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(jìn)入現(xiàn)狀拱圈的錨固長(zhǎng)度為35 cm，植筋用膠黏劑應(yīng)采用A級(jí)膠，粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(wǎng)，然后立模。施工次序?yàn)閺墓叭M橋向中部往兩側(cè)施工；從兩個(gè)拱腳處對(duì)稱澆筑混凝土，直至拱頂；2#～5#拱圈同時(shí)施工。

同時(shí)需要注意在施工前需合理疏通泄水管。

3.1.4 存在的問(wèn)題

（1）該方案可以解決拱圈底板正彎矩受力問(wèn)題，但對(duì)于拱背負(fù)彎矩區(qū)域無(wú)法加強(qiáng)。例如受恒載、活載、降溫、沉降等影響在拱腳處形成負(fù)彎矩，使得拱腳在拱背側(cè)極有可能產(chǎn)生裂縫，而在拱圈加厚后，裂縫仍然沒(méi)有得到解決，若繼續(xù)發(fā)展將對(duì)結(jié)構(gòu)安全性和耐久性產(chǎn)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(shí)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(duì)于機(jī)非分隔帶處的縱橋向裂縫處理，在此沿拱圈方向整個(gè)切開(kāi)，以便使拱圈在橫向范圍內(nèi)分成3段獨(dú)立結(jié)構(gòu)，每段設(shè)置2 cm沉降縫。同時(shí)為了保護(hù)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(nèi)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(duì)拱圈出現(xiàn)的裂縫范圍進(jìn)行壓力化學(xué)灌漿，以提高防水性及耐久性，能將拱圈恢復(fù)到使用初期的整體狀況，使得結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度得到恢復(fù)。灌漿的材料一般為強(qiáng)度較高的粘結(jié)劑，如環(huán)氧砂漿、瀝青、甲基丙烯酸脂類化學(xué)補(bǔ)強(qiáng)劑等。

3.2.3 拱圈底板貼鋼板

首選對(duì)拱圈下側(cè)整平，在拱圈拱頂及1/4跨徑處沿橫向裂縫處用FHB化學(xué)螺栓在拱頂下部打孔，然后用環(huán)氧粘結(jié)劑黏貼鋼板，同時(shí)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(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)勘，拱圈下側(cè)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(duì)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(jìn)入現(xiàn)狀拱圈的錨固長(zhǎng)度為35 cm，植筋用膠黏劑應(yīng)采用A級(jí)膠，粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為4.0 MPa。

同時(shí)注意在施工前需合理疏通泄水管。

3.2.4 存在的問(wèn)題

（1）該方案同樣可以解決拱圈底板正彎矩受力問(wèn)題，但對(duì)于拱背負(fù)彎矩區(qū)域無(wú)法加強(qiáng)。例如受恒載、活載、降溫、沉降等影響在拱腳處形成負(fù)彎矩，使得拱腳在拱背側(cè)極有可能產(chǎn)生裂縫，而在加固后，裂縫仍然沒(méi)有得到解決，若繼續(xù)發(fā)展將對(duì)結(jié)構(gòu)安全性和耐久性產(chǎn)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(cè)有較好粘結(jié)，因此對(duì)施工平整度要求很高。

3.3 方案三：橋下空間填實(shí)法

方案一、方案二均無(wú)法解決拱背可能存在的病害問(wèn)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(shí)。

填實(shí)時(shí)施工次序?yàn)閺南峦?，從拱圈橫橋向中部往兩側(cè)施工；2#～5#拱圈同時(shí)施工。下面采用M7.5漿砌塊石填實(shí)，當(dāng)距離拱頂1.5 m左右采用C25混凝土澆筑。在現(xiàn)狀拱腳處各有一排泄水孔，填實(shí)時(shí)在拱腳處離地面50 cm高，30 cm寬范圍內(nèi)填級(jí)配碎石，內(nèi)設(shè)直徑10 cm的透水軟管，將泄水孔流出的雨水導(dǎo)出。

為保留2#拱行人通道功能，在2#拱中預(yù)埋一DN2500的Ⅲ級(jí)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(chǔ)上。管道內(nèi)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(xiàn)狀地面順接。管道兩側(cè)仍用M7.5漿砌MU30塊石及C15混凝土填充密實(shí)。

3.4 加固處理方案分析比選

新增內(nèi)襯拱對(duì)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(jiàn)裂縫，但此拱必然存在拱背不可見(jiàn)裂縫，無(wú)法根治安全隱患；填埋4個(gè)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(jīng)綜合分析比較，確定采用方案三進(jìn)行加固處理。

工程于2011年8月15日開(kāi)工建設(shè)，2011年8月29日加固處理完成，較好地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)預(yù)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(jié)語(yǔ)

加強(qiáng)城市橋梁的管理，并進(jìn)行及時(shí)的維修和加固，是城市橋梁管理部門(mén)的一項(xiàng)主要任務(wù)。合肥市蒙城路橋南側(cè)引橋的病害就是橋梁管理部門(mén)在日常的巡查中發(fā)現(xiàn)從而得到及時(shí)處理，避免了橋梁突然坍塌事故的發(fā)生。使橋梁處于正常的工作狀態(tài)，充分發(fā)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(xiàn)狀橋梁必要功能前提下，封填橋下空間也是一種選項(xiàng)。

[1]JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JTG D61—2005，公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2012.