沙川雙曲拱橋的檢測(cè)評(píng)定與加固方案

施 磊

（遼寧省交通廳公路管理局，沈陽(yáng) 110005）

沙川雙曲拱橋的檢測(cè)評(píng)定與加固方案

施 磊

（遼寧省交通廳公路管理局，沈陽(yáng) 110005）

隨著交通量的增長(zhǎng)，軸載的增加，雙曲拱橋病害現(xiàn)象較為普遍，加固工作迫在眉睫。本文結(jié)合沙川大橋加固實(shí)例，介紹了雙曲拱橋的檢測(cè)評(píng)定以及該橋的加固設(shè)計(jì)方案，并對(duì)加固施工重點(diǎn)和注意事項(xiàng)進(jìn)行了要求，以供同類橋梁加固設(shè)計(jì)參考。

雙曲拱橋 檢測(cè) 評(píng)定 加固

1. 前 言

沙川大橋是一座雙曲拱橋,全長(zhǎng)87.0m。上部結(jié)構(gòu)為1孔凈跨67m空腹式變截面懸鏈線鋼筋混凝土雙曲拱橋[1]。矢跨比1／8，橫截面形式為6肋5波，矩形截面跨中拱肋高105.6cm，寬28cm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25。下部結(jié)構(gòu)為重力式實(shí)體橋墩和加后座的U型橋臺(tái)。橋面寬為凈-7+2×0.35m（安全帶）。橋梁原設(shè)計(jì)荷載為汽車-13級(jí)，拖車-60，于1979年建成通車。由于該橋建成使用時(shí)間較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通流量大，重型車輛多，橋梁的承載力存在不足，同時(shí)出現(xiàn)了許多病害，因而對(duì)該橋進(jìn)行檢測(cè)與加固。

2. 舊橋的檢測(cè)與評(píng)定

2.1 外觀質(zhì)量檢測(cè)

橋梁上部主要結(jié)構(gòu)調(diào)查采用拼裝式橋梁檢查架，直接接觸構(gòu)件表面，并借助于簡(jiǎn)單的檢測(cè)儀器進(jìn)行；下部結(jié)構(gòu)及其它附屬設(shè)施和橋面系采用目量及測(cè)量方法進(jìn)行。

2.1.1 橋面系

橋面鋪裝層老化且損壞嚴(yán)重，由于橋面鋪裝的損壞導(dǎo)致橋面滲水嚴(yán)重。另外橋面縱向變形呈波浪形，跨中部位明顯下沉，最大下沉值約13cm。

2.1.2 拱肋、拱波及拱上建筑

檢查發(fā)現(xiàn)在拱波與拱肋連接處，大部分都有裂縫，寬度為0.06～0.4mm，最大長(zhǎng)度約15m，且多處有水泥砂漿脫落現(xiàn)象，也有部分發(fā)生滲水現(xiàn)象。

各拱肋均有橫向裂縫，而以第4、5號(hào)肋比較集中，且部分是U形裂縫，最大裂縫寬度為0.15mm。

主拱軸線普遍有下沉，拱頂下沉量最大為13cm，L／4點(diǎn)也有輕微下沉，而且上下游下沉量不一致。

2.1.3 主梁混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)

采用“回彈一超聲”綜合法對(duì)拱肋非裂縫區(qū)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行了檢測(cè)。依據(jù)檢測(cè)結(jié)果，利用《超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)范》給定的全國(guó)基準(zhǔn)曲線R=0.008V N(式中R為混凝土推算強(qiáng)度，相當(dāng)于現(xiàn)場(chǎng)15cm×15cm×15cm立方體試塊的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度；V為測(cè)區(qū)超聲值；N為測(cè)區(qū)回彈值)計(jì)算。推算拱肋混凝土強(qiáng)度滿足使用要求。

由于該橋病害較多，建議對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載試驗(yàn)，以確定橋梁現(xiàn)有的承載力。

2.2 荷載試驗(yàn)

通過(guò)對(duì)該橋進(jìn)行靜、動(dòng)載試驗(yàn)，掌握結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)荷載等級(jí)下的實(shí)際工作狀態(tài)及其控制截面的抗力效應(yīng)和橋梁特性，為橋梁的加固維修提供可靠的技術(shù)資料。

2.2.1 靜載試驗(yàn)

靜載實(shí)驗(yàn)控制荷載按設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)在各控制截面產(chǎn)生的最不利荷載效應(yīng)換算而得，并采用靜力荷載試驗(yàn)效率進(jìn)行控制（0.80～1.05）[2]。實(shí)際采用兩輛總重約350kN的三軸車，分兩級(jí)加載。測(cè)試內(nèi)容：①主拱圈控制截面的撓度。②主拱圈控制截面的混凝土應(yīng)力應(yīng)變。③拱頂部位的裂痕。④橋臺(tái)變位?；炷翍?yīng)力采用DH3816應(yīng)變儀測(cè)量，控制截面撓度及橋臺(tái)變位采用大行程百分表（0～50m m） 量測(cè)，裂痕采用刻度放大鏡量測(cè)。試驗(yàn)荷載工況和程序如表1所示[4]。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析得出靜力荷載試驗(yàn)校驗(yàn)系數(shù)，撓度校驗(yàn)系數(shù)基本符合《公路舊橋承載能力鑒定辦法》中的規(guī)定，但應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)普遍大于1，說(shuō)明各控制截面結(jié)構(gòu)混凝土應(yīng)力不能滿足要求。可能是殘余變形過(guò)大的原因，造成拱腳截面出現(xiàn)了半塑性鉸。橋臺(tái)位移很小，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。拱肋已有的裂縫擴(kuò)展微小，未發(fā)現(xiàn)新增裂痕。

2.2.2 動(dòng)載試驗(yàn)

動(dòng)載試驗(yàn)內(nèi)容主要為跑車試驗(yàn)，具體內(nèi)容因篇幅有限不再詳述。根據(jù)試驗(yàn)分析結(jié)果自振頻率較低，阻尼比偏大，經(jīng)分析主要原因?yàn)楦构伴_裂造成。

2.2.3 評(píng)定結(jié)論

根據(jù)該橋的承載能力分析與驗(yàn)算，其評(píng)定結(jié)論為：橋梁病害較多，結(jié)構(gòu)耐久性受到影響；主拱圈各控制截面不能滿足承載能力極限狀態(tài)荷載組合Ⅱ強(qiáng)度驗(yàn)算要求，為滿足當(dāng)?shù)亟煌堪l(fā)展需求，必須立即對(duì)該橋進(jìn)行加固與維修，以確保結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)安全。

3. 加固設(shè)計(jì)方案

3.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)荷載：汽車-2O級(jí)、掛車-l00、人群荷載3.0kN／m

表1 試驗(yàn)荷載工況和程序表

橋面凈寬：凈-7+2×0.35m(安全帶)

3.2 主拱圈加固

3.2.1 由于設(shè)計(jì)荷載增大，原橋拱肋、拱波、腹拱圈裂縫較多，故分別對(duì)拱肋、拱波、腹拱圈等采取錨固鋼筋網(wǎng)后，噴射8cm厚C30混凝土加固[3]，加強(qiáng)肋、波、板的全斷面受力狀況。

3.2.2 拱波、腹拱及立墻裂縫，先用鋼抓釘跨縫加固，然后將縫鑿成倒三角形，用砂漿壓入補(bǔ)平。

3.2.3 橫向聯(lián)結(jié)采用預(yù)制裝配法加固，在實(shí)腹段增設(shè)3道橫隔板，以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)橫向整體性，使全拱寬共同受力。

3.3 橋面系更新

原橋面缺乏穩(wěn)定而堅(jiān)實(shí)的基層，整體性差，因此將原有砂礫路面部分清除，拆除舊橋面系構(gòu)造，在原橋兩側(cè)現(xiàn)澆鋼筋混凝土側(cè)墻，再加鋪15cm水泥穩(wěn)定砂礫基層，其上澆注20cm厚與緣石、側(cè)墻相連的鋼筋混凝土橋面，目的在于改善橋面行車狀況及加強(qiáng)拱的整體受力性能。

4. 施工要點(diǎn)

4.1 拱肋、拱波、腹拱圈等，采用外包鋼筋網(wǎng)，并用錨噴混凝土加大截面，施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按下列錨噴工藝要求進(jìn)行。

① 鑿毛并清洗被加固構(gòu)件的表面。

② 按設(shè)計(jì)要求在構(gòu)件表面鉆固定錨固鋼筋的孔，孔深不得小于8cm，直徑不得小于12mm，孔中灰塵要沖洗干凈。

③ 用環(huán)氧樹脂將錨固鋼筋嵌固在孔中。

④ 按設(shè)計(jì)要求安設(shè)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋網(wǎng)，鋼筋周圍應(yīng)有足夠的間隙，以便噴射混凝土能夠完全包裹鋼筋。同時(shí)注意將鋼筋網(wǎng)牢固地綁扎或點(diǎn)焊在錨固鋼筋上，以免噴射混凝土混合料時(shí)位置產(chǎn)生移動(dòng)。

⑤ 噴射混凝土?xí)r，噴槍與受噴面的距離為0.8m至1.5m左右，先噴一層水泥砂漿，再噴混凝土，以利新舊混凝土的結(jié)合。噴射厚度每次2～3cm，逐步加厚至設(shè)計(jì)厚度，前后層噴射的時(shí)間間隔應(yīng)為2～4h，錨噴混凝土標(biāo)號(hào)為C30。

⑥ 表面修整。由于噴射面過(guò)于粗糙，因此可在噴射混凝土初凝后用刮刀將設(shè)計(jì)線以外多余的材料刮掉，然后再噴或抹一層砂漿，或在噴射面上直接噴或抹一層砂漿。

⑦ 噴射混凝土的養(yǎng)生。由于噴射混凝土中摻有一定量的速凝劑，即能顯著加快混凝土凝結(jié)提高早期強(qiáng)度，也在一定程度上抑制了水泥的水化而產(chǎn)生較大的收縮變形，因此必須保持較長(zhǎng)的養(yǎng)護(hù)日期，以保證強(qiáng)度的正常增長(zhǎng)，減少和防止收縮開裂。噴射混凝土終凝2h后，應(yīng)及時(shí)噴水養(yǎng)生，養(yǎng)護(hù)期不少于14d。

4.2 橫隔板的預(yù)制安裝

施工順序?yàn)椋合葘㈩A(yù)制好的橫隔板安裝就位，將其兩端外伸鋼筋和拱肋上錨筋焊接好，再一起錨噴拱肋的加固混凝土(厚8cm)和橫系梁接頭混凝土。

4.3 橋面施工

4.3.1 拆除原橋面系構(gòu)造。

4.3.2 現(xiàn)澆混凝土側(cè)墻，填筑水泥穩(wěn)定砂礫拱上填料，調(diào)整橫坡，再現(xiàn)澆鋼筋混凝土橋面板。

4.3.3 安裝安全帶、欄桿、伸縮縫。

4.3.4 橋面卸載和加載工作均須對(duì)稱進(jìn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

舊橋加固技術(shù)是一門新興的學(xué)科，也是始終在完善、補(bǔ)充、發(fā)展的學(xué)科，隨著橋型的改變，新材料、新工藝、新技術(shù)的出現(xiàn)，新的、更好的加固方法就會(huì)出現(xiàn)和得到應(yīng)用。

本文介紹的錨噴法加固雙曲拱橋是眾多加固方法中經(jīng)濟(jì)實(shí)用的一種方法。經(jīng)造價(jià)分析，錨噴法加固沙川大橋每平米橋面造價(jià)為新建同樣一座橋每平米橋面造價(jià)的1／5，可以節(jié)約大量資金。

另外，目前階段對(duì)于舊橋承載能力的研究還停留在對(duì)荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行定性分析。還不能定量研究對(duì)橋梁承載能力有影響的各種因素。同時(shí)，也不能反映出結(jié)構(gòu)的疲勞性能以及材料的后期強(qiáng)度。因而對(duì)既有橋梁的評(píng)估方法有待進(jìn)一步的探討。

[1]姚玲森.橋梁工程.北京：人民交通出版社，1999.

[2]中華人民共和國(guó)交通部:公路舊橋承載能力鑒定方法（試行）.1988.

[3]諶潤(rùn)水，胡釗芳.公路舊橋加固技術(shù)與實(shí)例.北京：人民交通出版社，2001. [4]沙川橋荷載試驗(yàn)報(bào)告.

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1007-6344（2015）12-0323-02