鋼筋混凝土剛架拱橋病害分析與加固設(shè)計

黃毅，劉紅杰，胡嵐

（1.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司，河南鄭州450000；2.中南建筑設(shè)計院股份有限公司，湖北武漢430071）

鋼筋混凝土剛架拱橋病害分析與加固設(shè)計

黃毅1，劉紅杰1，胡嵐2

（1.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司，河南鄭州450000；2.中南建筑設(shè)計院股份有限公司，湖北武漢430071）

通過外觀檢測和靜載試驗分析了十堰市草店2#剛架拱橋存在的病害及形成的原因，針對這些病害，提出了更換、修復(fù)肋腋板，增加現(xiàn)澆層，加高拱肋截面梁、增大截面，加固橫系梁、斜撐、拱腿、橋臺、橋墩等加固措施。

混凝土剛架拱橋；病害分析；加固設(shè)計

0 引言

剛架拱橋是在雙曲拱橋、桁架拱橋、肋拱橋和斜腿剛構(gòu)橋的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新橋型，屬于有推力的高次超靜定結(jié)構(gòu)。由于它具有構(gòu)件少、質(zhì)量輕、剛度大、施工簡便、預(yù)制拼裝簡單、造價低、造型美觀等優(yōu)點，在我國跨徑為25～70m的橋梁中得到廣泛應(yīng)用。但是，近20年來，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的高速發(fā)展，公路橋梁面臨的超載車輛越來越多，對橋梁造成了巨大的危害。由于該橋型屬于高次超靜定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)受力較為復(fù)雜，一個病害的發(fā)生極易產(chǎn)生連鎖效應(yīng)，使橋梁的多個構(gòu)件產(chǎn)生病害?，F(xiàn)階段，我國相當一部分剛架拱橋都存在著不同程度的病害［1～4］。筆者以十堰市草店2＃剛架拱橋為例，分析了該橋存在的病害，并針對這些病害，提出了該橋的加固設(shè)計方法，以期為類似剛架拱橋的加固方案提供依據(jù)。

1 工程概況

草店2＃橋位于G316國道十堰市區(qū)段上，屬于G316國道上的一座大橋，其上部結(jié)構(gòu)為3孔50m預(yù)制鋼筋混凝土肋腋板剛架拱，橋梁全長為176.99m，矢跨比為1／8，引道路面寬為12m，路肩為2×1.5m，橋型布置如圖1所示。該橋拱片、肋腋板、懸臂板預(yù)制構(gòu)件均采用C30混凝土。下部結(jié)構(gòu)為U形橋臺、空心墩，基礎(chǔ)為明挖擴大基礎(chǔ)。橋面寬度為0.25m人行道欄桿＋1.5m人行道＋9m行車道＋1.5m人行道＋0.25m人行道欄桿＝12.5m。原橋于1997年4月開工，1998年5月竣工，設(shè)計荷載為汽－20級，驗算荷載為掛車－100。

圖1 橋型布置圖（單位：cm）Fig.1 Layout of the bridge types（Unit:cm）

經(jīng)過多年的使用，草店2＃橋存在較多的結(jié)構(gòu)性病害，技術(shù)狀況等級評價為四類橋，按照橋涵養(yǎng)護規(guī)范規(guī)定，需進行大修或加固改造。因此，草店2＃橋于2015年11月～2016年6月進行加固施工。

2 橋梁病害分析

2.1 外觀病害檢測

2.1.1 橋面系

橋面伸縮縫老化破損、淤塞嚴重，人行道護欄因缺少實時維護維修，多處破損。橋面鋪裝多處出現(xiàn)裂紋，嚴重危害橋梁耐久性。1?！?＃伸縮縫淤塞，2＃伸縮縫混凝土破損。

2.1.2 上部結(jié)構(gòu)

全橋肋腋板開裂或有貫穿裂縫，滲水。全橋橫系梁存在大量的裂縫。1－1＃拱片跨中有9條U形裂縫，最大裂縫寬為0.1mm。1－2＃拱片跨中有5條U形裂縫，最大縫寬為0.1mm；1－4＃拱片跨中有10條U形裂縫，最大縫寬為0.12mm；2－1＃拱片跨中有18條U形裂縫，最大縫寬為0.18mm；2－2＃拱片跨中有7條U形裂縫，最大縫寬為0.1mm；2－3＃拱片跨中有12條U形裂縫，最大縫寬為0.18mm；2－4＃拱片跨中有20條U形裂縫，最大縫寬為0.2mm；3－1＃拱片跨中有22條U形裂縫，最大縫寬為0.2mm；3－4＃拱片跨中有21條U形裂縫，最大縫寬為0.2mm。

圖2 拱肋跨中裂縫Fig.2 Cracks in the arch span

2.1.3 下部結(jié)構(gòu)

臺后無搭板，臺后填土與橋梁主結(jié)構(gòu)沉降不均勻，導(dǎo)致橋頭處出現(xiàn)跳車情況，嚴重影響行車舒適性及行車安全。由于主橋與橋臺及橋墩采用方形插槽式安裝，橋臺與斜撐、橋臺與拱腿結(jié)合處及橋臺與橋墩墩帽處出現(xiàn)構(gòu)造性裂縫。

2.2 靜載試驗

第2、3跨靜載試驗結(jié)果表明，主拱肋結(jié)構(gòu)剛度較好，滿足設(shè)計要求，實測最大撓度值均小于理論計算值。2＃橋墩墩頂產(chǎn)生3mm水平位移，0.32mm豎向位移沉降，結(jié)構(gòu)基頻較理論計算值大，即其動剛度能滿足原設(shè)計荷載等級汽－20、掛－100的要求，而橫向聯(lián)系薄弱，整體性差。

3 橋梁加固設(shè)計

3.1 加固總體思路

根據(jù)檢測報告及原結(jié)構(gòu)復(fù)算，結(jié)合已有的加固設(shè)計經(jīng)驗，對該橋拱肋梁，采用增大截面法和增強主筋方式處置，以提高單片拱肋剛度。對橫系梁，采用鋼筋混凝土增大截面和張拉精扎螺紋鋼筋的方法提高橋梁整體性。修補肋腋板，拆除全橋橋面鋪裝層、人行道板及欄桿，在拱片上部增加橋面現(xiàn)澆層，與拱肋梁結(jié)構(gòu)共同受力，并重新澆筑新橋面瀝青混凝土鋪裝層，安裝人行道板及欄桿。

3.2 更換、修復(fù)肋腋板，增加現(xiàn)澆層

圖3 拱腿斜撐加固立面圖（單位：cm）Fig.3 E levation view of arch leg diagonal bracing（Unit:cm）

橋面鋪裝層及肋掖板多處出現(xiàn)裂縫，甚至滲水。針對此種情況，全橋橋面鋪裝層應(yīng)全部拆除并重新鋪裝，對肋腋板開裂、滲水處，進行灌縫和防水修復(fù)處理。在設(shè)置橫系梁處，將肋腋板去除，將橫系梁主筋在拱肋梁凸出部位頂部橫橋向貫穿。肋腋板頂與橋面鋪裝層間再增加一層橋面現(xiàn)澆層，并在橋面現(xiàn)澆層內(nèi)設(shè)直徑為18mm的鋼筋，使橋面現(xiàn)澆層與拱肋整體連接，與拱肋梁共同受力。同時，在拱肋梁凸出部位植筋，并使其一端錨固于橋面現(xiàn)澆層內(nèi)。

3.3 拱肋截面梁高加高、增大截面

拱肋跨中處，出現(xiàn)多處裂縫，最大裂縫達0.2mm，經(jīng)理論驗算，承載能力偏弱。該橋位于316國道上，交通量大、重載車多，按現(xiàn)行規(guī)范要求，該橋應(yīng)滿足公路－Ⅰ級荷載使用要求。故針對原橋的薄弱點，對原橋截面進行一定程度上的改造。根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的受力要求，采用增大拱肋梁下部截面，增加受力主筋，可提高橋梁承載能力。

3.4 橫系梁加固

原橋整體性較差，橫向聯(lián)系偏弱，邊中拱肋梁受力不均衡。為提高橫向聯(lián)系及橋梁整體性，對橫系梁采用鋼筋混凝土增大截面法進行加固。弦桿、實腹段、拱腿間Ⅰ型橫系梁，往跨中側(cè)面加寬15 cm。弦桿、實腹段、拱腿處相交大節(jié)點，做成現(xiàn)澆箱型截面。加固后，橫系梁高度與實腹段梁底平。其他Ⅱ型橫系列主要采用在既有橫系梁兩側(cè)各加厚15 cm。拱腿橫系梁亦采用同樣的加固方式。梁端橫系梁往跨中側(cè)加厚15 cm，底部加高與加固后梁底平。在對既有橫系梁進行截面增大前，應(yīng)對原橫系梁面層進行鑿除，使箍筋外露。對既有橫系梁箍筋進行除銹清潔后，將新增橫系梁箍筋與既有橫系梁箍筋進行單面焊接，單面焊接長度不得小于10 d。新增橫系梁箍筋與既有橫系梁箍筋一一對應(yīng)。由于既有橫系梁箍筋間距較大，新增橫系梁在既有橫系梁每兩道箍筋間距內(nèi)多設(shè)一道箍筋，該箍筋與既有橫系梁主筋進行電焊。澆筑增大橫系梁截面前，應(yīng)對既有橫系梁裂縫進行灌縫處理。除拱腿橫系梁外，拱肋處橫系梁均預(yù)埋直徑25mm的精扎螺紋鋼筋。待新增橫系梁澆筑混凝土和拱肋加固混凝土達到設(shè)計要求強度的80%后，進行張拉。新增橫系梁混凝土材料均采用C40自密實補償收縮混凝土。

3.5 斜撐、拱腿加固

根據(jù)加固后的結(jié)構(gòu)理論驗算，上部拱肋及橋面部分改造增加了橋梁自重，且橋梁的使用荷載等級大幅提高。故本次設(shè)計提出對橋梁斜撐及拱腿進行增大截面法加固，以提高其承載能力，控制裂縫的發(fā)生。

對斜撐及拱腿上緣，分別加厚15 cm、20 cm，并增設(shè)直徑25mm的主筋。加厚截面箍筋與既有箍筋連接處理方式與橫系梁新老箍筋處理方式相同。對拱腿底面的原混凝土進行表面鑿毛、洗凈、涂刷A級結(jié)構(gòu)膠、粘貼FRP板材。加厚截面混凝土材料采用C40補償收縮混凝土。

3.6 橋臺、橋墩加固

針對0＃、3＃橋臺橋頭的跳車現(xiàn)象，在其橋臺臺后各增設(shè)一道長度為8m，厚度為35 cm的搭板。搭板上、下層分別設(shè)一層鋼筋網(wǎng)片。針對0＃橋臺、2＃橋墩與斜撐、拱腿銜接處出現(xiàn)裂縫，分析該橋結(jié)構(gòu)設(shè)置，插槽處裂縫應(yīng)屬于構(gòu)造性裂縫，可進行裂縫灌漿修補處理。針對3＃橋臺側(cè)墻外傾問題，對其增設(shè)外包鋼筋混凝土側(cè)墻補強。

4 結(jié)語

剛架拱橋在我國有著廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著我國交通量的急劇增加，很多剛架拱橋存在著病害。為了交通安全，需對各橋梁進行病害分析，并提出相應(yīng)的加固措施。十堰市草店2＃剛架拱橋加固維修后，設(shè)計荷載提高為公路I級，橋面橫坡為雙向1.5%，設(shè)計洪水頻率為1／100。

［1］袁銅森，方志，胡柏學(xué)，肖友明，肖衛(wèi)今.剛架拱橋的典型病害診斷分析與加固［J］.中南公路工程，2005，30（5）：152－156.

［2］赫中營，王根會.既有鋼筋混凝土剛架拱橋病害分析與加固措施［J］.公路與汽運.2008（1）：113－116.

［3］JTG D60－2004，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范［S］.

［4］JTG／T J23－2008，公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范［S］.

[責(zé)任編輯 楊明慶]

TU448.22

B

10.13681／j.cnki.cn41－1282／tv.2016.04.009

2016-04-19

黃毅（1984-），男，湖北仙桃人，工程師，碩士，主要從事道路橋梁的設(shè)計研究。