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(nóng)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(nóng)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(fā)生原因入手，結(jié)合雙曲拱橋的結(jié)構(gòu)特征與病害特性，在相關(guān)施工原則的指導(dǎo)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?yàn)橐蛔鶛M跨耒水的公路鋼筋砼雙曲拱橋，建于20世紀(jì)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?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)該橋橋面已出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，路面不夠平順；兩側(cè)欄桿呈現(xiàn)向外推移的趨勢；腹拱與拱圈有明顯裂縫，主拱局部也出現(xiàn)了裂縫；橋面鋪裝層由于年久失修出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的滲水現(xiàn)象，導(dǎo)致大量水分集聚在拱上填料中，降低了承載能力，進(jìn)而使橋面出現(xiàn)下沉；拱腹外側(cè)的墻外移明顯，欄桿也隨之發(fā)生外移；橋面防水層已無法發(fā)揮作用，拱圈、拱波上出現(xiàn)嚴(yán)重的滲水現(xiàn)象。該橋各部位均出現(xiàn)了病害，嚴(yán)重影響了其承載能力，危及行車安全，需對其進(jìn)行維修改造。

1 病害分析

1.1 拱頂發(fā)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(dǎo)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(fā)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(fā)生位移，使雙曲拱橋的跨度加大，導(dǎo)致拱座變形、拱軸線彎曲，進(jìn)而引發(fā)拱肋橫向開裂。同時鋼筋砼橋面位移導(dǎo)致橋面積水嚴(yán)重，加之維修保養(yǎng)措施不力，造成橋梁進(jìn)一步損壞，并削弱了拱頂建筑結(jié)構(gòu)中填充材料的抗剪能力，引發(fā)部分側(cè)墻傾斜。

1.2 拱肋、拱波等受力部位出現(xiàn)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(jié)構(gòu)在力的作用下發(fā)生位移而引發(fā)結(jié)構(gòu)性裂縫；另一種是鋼筋砼在干燥過程中，由于材料性質(zhì)變化而出現(xiàn)塑性收縮裂縫。從危害程度來看，鋼筋砼塑性收縮所產(chǎn)生的裂縫較短、寬度較小，不會對主拱圈帶來實(shí)質(zhì)性傷害；而結(jié)構(gòu)性裂縫是隨著橋梁交通運(yùn)行壓力的逐漸加大，橋梁相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)的受力經(jīng)常處于超負(fù)荷狀態(tài)的情況下產(chǎn)生并發(fā)展的，主拱圈等結(jié)構(gòu)性裂縫會隨著拱橋使用期限的增加而逐漸嚴(yán)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(jié)構(gòu)性裂縫有4種形式：一是拱波與拱肋結(jié)合面的環(huán)向裂縫，這類裂縫的產(chǎn)生原因主要是設(shè)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(jié)合面處拉力及剪力；二是拱波頂縱縫，這類裂縫主要是由設(shè)計中主拱圈的橫向剛度不夠、橫向聯(lián)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(shè)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(fù)彎矩作用下產(chǎn)生徑向開裂。

1.3 拱上建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生破損

拱上建筑結(jié)構(gòu)的作用是為橋梁提供一個平面，供相關(guān)車輛通行，并將橋面活載有效地傳遞到主拱結(jié)構(gòu)，避免因活載過大導(dǎo)致橋體結(jié)構(gòu)破壞。但從實(shí)際情況來看，由于活載傳遞的均衡性，拱上建筑結(jié)構(gòu)無法真正將活載產(chǎn)生的壓力全部傳遞給主拱結(jié)構(gòu)，其自身仍要承受活載。因拱上建筑結(jié)構(gòu)的承載能力遠(yuǎn)低于主拱，使拱上建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)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(dǎo)致橋面缺乏整體性，形成部分橋面沉降。隨著交通運(yùn)輸規(guī)模的逐漸加大，通過橋梁的重型貨車運(yùn)輸日益增長，使鋼筋砼雙曲拱橋固有的問題進(jìn)一步加劇，加之橋梁維護(hù)技術(shù)與保養(yǎng)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(gòu)件受力區(qū)域及其他設(shè)計受力較薄弱部位的表面粘貼鋼板，其原理相當(dāng)于提高原結(jié)構(gòu)砼的含鋼量，防止裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大，改善原結(jié)構(gòu)受力，使結(jié)構(gòu)抗彎與抗剪能力得以提高。同時粘貼的鋼板與結(jié)構(gòu)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(shè)計要點(diǎn)

（1）橋面加固設(shè)計要點(diǎn)。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(shè)計要點(diǎn)。在拱座與其他部位的裂縫處澆灌環(huán)氧樹脂，將鋼板粘貼于拱肋底面及兩側(cè)，提升橋梁承載力，增強(qiáng)橫隔板的橫向聯(lián)系，使主拱圈抗扭剛度、結(jié)構(gòu)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(qiáng)拱背的強(qiáng)度。對拱背的裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，提高拱背抗拉強(qiáng)度。

（3）腹拱加固設(shè)計要點(diǎn)。更換已嚴(yán)重破壞的腹拱圈，破壞不嚴(yán)重的予以修補(bǔ)，避免裂縫擴(kuò)大。將拱上的填料清除干凈，換填C15砼，預(yù)防橋面、側(cè)墻再次變形。對已破損的側(cè)墻進(jìn)行修復(fù)，增設(shè)排水設(shè)施，將截水溝修建于橋臺西橋頭側(cè)。

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(cè)側(cè)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(jù)該橋情況，在原拱肋的底面和兩個側(cè)面粘貼鋼板，使拱肋形成三側(cè)加固［見圖1（b）］。拱肋底面粘貼8 mm補(bǔ)強(qiáng)鋼板，兩側(cè)粘貼10 mm補(bǔ)強(qiáng)鋼板。

（2）拱腳環(huán)向裂縫加固。先將鋼板粘貼在拱肋的底面與側(cè)面的三側(cè)，在此基礎(chǔ)上，選擇（160×160 ×20）mm型角鋼，角鋼一側(cè)與粘貼在拱肋上的鋼板焊接，另一側(cè)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(shè)計圖紙對鋼板進(jìn)行加工，清除表面的污物、銹蝕，必要時應(yīng)用工業(yè)丙酮進(jìn)行擦洗，并進(jìn)行打磨處理。

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

（3）粘貼鋼板。把環(huán)氧樹脂涂抹在鋼板表面與砼上，涂抹2遍，將環(huán)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(huán)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(jìn)行敲打，若砼表面與鋼板之間存在縫隙，則注入膠結(jié)劑進(jìn)行補(bǔ)貼。

（5）防護(hù)處理。把環(huán)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(jìn)行計算，以此為依據(jù)對加固效果進(jìn)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(jié)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(shí)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(xiàn)場成橋動載試驗(yàn)結(jié)果

加固前后自振頻率對比見表2，加固后動撓度檢測結(jié)果見表3。

從表2來看，該橋加固后的自振頻率實(shí)測值均大于加固前，經(jīng)粘貼鋼板加固后結(jié)構(gòu)動力剛度得到提高。從表3來看，加固后橋梁動撓度實(shí)測值滿足規(guī)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(shí)測值

表3 橋梁加固后動撓度實(shí)測值

4 結(jié)語

鋼筋砼雙曲拱橋病害分析是一個較復(fù)雜的過程，需對照原橋梁的施工設(shè)計圖紙及檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷病害產(chǎn)生原因。茶市大橋的應(yīng)用結(jié)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(jìn)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(jié)構(gòu)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(jìn)行維修加固，既節(jié)省造價，又減少交通壓力，經(jīng)濟(jì)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(yīng)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(yīng)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(jié)構(gòu)安全分析與加固方法［J］.嘉應(yīng)學(xué)院學(xué)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(xué)術(shù)刊，2014（5）.

［7］ 劉領(lǐng)，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