順昌縣大干雙曲拱橋加固方案分析

■陳新玉

（南平通輝工程咨詢?cè)O(shè)計(jì)有限公司，南平 353000）

1 引言

雙曲拱橋于上世紀(jì)60年代起被廣泛應(yīng)用在公路中，其具有造型美觀、用料省、造價(jià)低、施工方便、建造速度快等優(yōu)點(diǎn)。但是由于當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的局限，以及橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)偏低、構(gòu)件預(yù)制工藝標(biāo)準(zhǔn)低、鋼材用量少、橫向連結(jié)能力和結(jié)構(gòu)整體性能差等先天不足，經(jīng)過三四十年超限超載、大交通量的運(yùn)營，相當(dāng)部分雙曲拱橋都存在不同程度的結(jié)構(gòu)性病害，或者已經(jīng)被評(píng)定為危橋，根本無法滿足現(xiàn)在日益快速增長的交通量需求。為了發(fā)揮雙曲拱橋所特有的承載載潛力，通過檢測分析，揭示病害產(chǎn)生的原因，并有針對(duì)性地采取相應(yīng)技術(shù)措施進(jìn)行加固處理，能夠提高其通行能力和服務(wù)水平，讓其繼續(xù)安全運(yùn)營，同時(shí)能為國家?guī)砭薮蟮纳鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)效益。因此，本文以順昌縣大干雙曲拱橋加固方案進(jìn)行分析。

2 工程案例

2.1 工程概況

順昌縣大干大橋位于縣道819線，是縣城通往大干鎮(zhèn)與建陽的交通要道，1972年建成通車。該橋上部結(jié)構(gòu)為（5×35）m（凈跨徑）鋼筋混凝土雙曲拱橋，單跨主拱圈為6肋5波，主拱邊上各設(shè)3個(gè)腹拱。下部結(jié)構(gòu)采用漿砌片石墩臺(tái)和擴(kuò)大基礎(chǔ)。橋面寬度為6m（行車道）+2×0.58m（欄桿）。設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽-15。由于往返于橋上的交通流量增加，車輛超載，且重型車輛偏載通行，該橋主要受力構(gòu)件（拱肋）兩側(cè)產(chǎn)生多條豎向裂縫，并且貫通至拱肋底面，裂縫形態(tài)呈現(xiàn)為U字形；部分拱波出現(xiàn)縱向開裂滲水；同時(shí)還存在腹拱圈橫向開裂等病害。拱肋和拱波病害如圖1所示。經(jīng)外觀檢查，根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21-2011）該橋評(píng)定為四類橋，若不加處理繼續(xù)運(yùn)營，有可能導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。因此為了確保安全，急需對(duì)該橋進(jìn)行加固改造。

2.2 加固方案比選

按照雙曲拱橋病害發(fā)生部位的不同，常見的結(jié)構(gòu)性病害主要有主拱圈病害、拱上建筑病害、橋墩橋臺(tái)病害等。傳統(tǒng)的雙曲拱橋加固方法很多，如加大拱肋截面尺寸法、拱肋粘帖鋼板碳纖維法、頂推法、改變腹孔結(jié)構(gòu)形式等，但是這些方法僅僅是修復(fù)病害、恢復(fù)結(jié)構(gòu)承載能力，不能起到橋梁提載作用。為了確保改造后的橋梁能滿足公路-Ⅱ荷載下正常使用要求，針對(duì)工程實(shí)例的典型病害，在傳統(tǒng)加固方法的基礎(chǔ)上提出兩種改變雙曲拱橋結(jié)構(gòu)受力體系加固改造比選方案，以選擇最優(yōu)方案加以實(shí)施，起到修復(fù)雙曲拱橋病害和提載作用。

（1）板拱加固改造雙曲拱方案

板拱加固改造雙曲拱的方法就是先對(duì)舊橋拱肋、拱波等構(gòu)件出現(xiàn)不同縫寬的裂縫進(jìn)行處理，當(dāng)裂縫縫寬＜0.10mm時(shí)，采用表面涂抹3.5mm厚高強(qiáng)封閉裂縫膠處理；當(dāng)裂縫縫寬≥0.10mm時(shí)，采用注膠封閉處理。然后充分利用現(xiàn)有橋梁基礎(chǔ)、橋墩和地基良好的特點(diǎn)，對(duì)雙曲拱橋每跨的第1#、3#、5#拱腔內(nèi)澆筑新增鋼筋混凝土，由拱肋、拱波、加厚底板與新增的鋼筋混凝土構(gòu)件形成實(shí)心整體，將雙曲拱橋的拱轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠职骞笆芰Y(jié)構(gòu)，新舊構(gòu)件連接可靠共同承擔(dān)恒載和活載，減少應(yīng)力滯后程度，從而提高了雙曲拱橋的承載能力和增強(qiáng)了整體性。同時(shí)在每跨拱頂實(shí)腹段范圍內(nèi)的第2#、4#拱腔、原橫隔梁之間加設(shè)厚30cm的鋼筋混凝土橫隔板以加強(qiáng)橋梁主拱圈的橫向整體受力性能。腹拱圈產(chǎn)生的病害采用在拱式腹拱圈的下緣新增內(nèi)設(shè)一層鋼筋網(wǎng)與錨筋焊接的鋼筋混凝土套拱，增加了腹拱圈截面面積，提高了腹拱圈的剛度，新的套拱與原腹拱圈連接成整體，共同承擔(dān)上部荷載，且能減小原腹拱圈的變形，提高拱上建筑的剛度,如圖2所示。

圖2 板拱加固方案橫截面構(gòu)造圖

（2）剛架拱加固改造雙曲拱方案

剛架拱加固改造雙曲拱橋的方法就是將舊橋采用對(duì)稱法從中間向兩側(cè)、分層法從上而下的原則拆除拱上建筑，先拆除橋面系結(jié)構(gòu)，然后挖除拱上填料、實(shí)腹段、腹拱、拆除拱上立柱，保留主拱圈。對(duì)原主拱圈裂縫灌膠和鑿毛清理后，將雙曲拱橋拱圈雙緣自拱腳開始加厚，加厚層背部為斜直線，并將拱頂區(qū)段（實(shí)腹段）加厚至橋面，雙曲拱橋的弧形拱圈變成的剛架拱的拱圈，在拱腿區(qū)段為變截面，其上緣為直線下緣為曲線，拱頂區(qū)段在各拱肋間采用微彎板相連接以增強(qiáng)橋梁橫向剛度。在拱腳處增設(shè)一根次拱腿（斜撐），同時(shí)對(duì)主拱腿與弦桿、次拱腿與弦桿的接頭部位采用剛性連接處理，使之成為一個(gè)整體，形成拱和斜腿組合的剛構(gòu),如圖3所示。

圖3 剛架拱加固方案立面構(gòu)造圖

（3）加固方案比選

上述2個(gè)加固方案都是以改變結(jié)構(gòu)受力體系的方式進(jìn)行處理，都能滿足公路-Ⅱ級(jí)荷載和橋梁安全性能要求。板拱加固方案最大程度保留原設(shè)計(jì)雙曲拱橋方案和保證了雙曲拱橋的風(fēng)格，僅在拱腔新增鋼筋混凝土和增設(shè)橫隔板，該加固法經(jīng)濟(jì)適用，工期較短，施工設(shè)備要求較低，結(jié)構(gòu)簡單，受力明確；剛架拱加固方案完全卸載拱上建筑，僅保留拱圈。鑒于剛架拱加固方案對(duì)截面設(shè)計(jì)以及內(nèi)力分析更為復(fù)雜，主次節(jié)點(diǎn)剛性處理效果對(duì)剛架拱受力起很大的影響，舊橋上部除拱圈外全部拆除，施工的工作量大，而且施工工期較長，對(duì)盡早恢復(fù)交通不利，通過綜合比選推薦板拱加固改造方案。

2.3 板拱加固要點(diǎn)處理

考慮雙曲拱橋受力特點(diǎn)，將大干大橋分為第3#跨，第1#、5#跨，第2#、4#跨三部分施工，每部分各跨可同時(shí)對(duì)稱施工。為了確保新舊構(gòu)件共同承受外力，要做好三個(gè)方面要點(diǎn)處理：（1）施工時(shí)保證新舊混凝土的完好結(jié)合：先對(duì)需要處治的構(gòu)件用鋼刷清洗舊混凝土表面上的泥土、粉塵、油污及碎渣；接著對(duì)拱腔、拱背、腹拱等新舊混凝土接合面進(jìn)行間距不大于5cm，深度不小于6mm的鑿毛，用清水沖洗鑿毛部；在舊混凝土表面刷一層厚度為1～2mm的水泥凈漿，以增強(qiáng)新老砼之間的粘結(jié)力。（2）錨筋（栓）加固構(gòu)件：在拱腔等構(gòu)件錨筋（栓）加固時(shí)采用化學(xué)植筋，植筋鉆孔施工時(shí)應(yīng)按橋跨對(duì)稱施工，以5個(gè)孔為一組，每組鉆孔完成后即進(jìn)行鋼筋種植。橋梁植筋時(shí)應(yīng)放樣準(zhǔn)確，鉆孔深度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，灌膠前孔道可用空壓機(jī)吹出浮塵，并用毛刷進(jìn)行搗刷后再進(jìn)行吹塵清理；清孔完成后方可注A級(jí)錨固植筋膠，孔內(nèi)注完膠后應(yīng)立即植筋，植筋采取機(jī)械切斷端面的HRB400級(jí)帶肋鋼筋；為了確保結(jié)構(gòu)膠固化正常，在植筋結(jié)束后一天內(nèi)不得有任何擾動(dòng)，等植筋膠固化完全后，開始非破損性拉拔試驗(yàn)，測力計(jì)施加的力要小于鋼筋的屈服強(qiáng)度，大于植筋設(shè)計(jì)錨固力值。（3）混凝土澆筑質(zhì)量：鑒于原主拱圈混凝土的收縮與徐變都已經(jīng)結(jié)束，要保證新舊構(gòu)件協(xié)同工作，在新增的混凝土中摻入一定量的微膨脹劑、4.75mm～20mm的粗集料（石子），使新構(gòu)件產(chǎn)生一定的自應(yīng)力以補(bǔ)償混凝土的收縮；同時(shí)，采用摻入水泥質(zhì)量5%粉煤灰的C30自密實(shí)混凝土，以提高拱腔澆筑混凝土流動(dòng)性的要求；在澆筑時(shí)要使混凝土振動(dòng)密實(shí)，用小型振動(dòng)軸插入混凝土振搗，并用手提式振動(dòng)泵在模板的下部充分振搗。拱腔加固的同時(shí)對(duì)新增橫隔板進(jìn)行澆筑。改造后板拱橋型布置如圖4所示。

圖4 改造后板拱橋型布置圖（單位:cm）

3 結(jié)束語

根據(jù)板拱加固設(shè)計(jì)圖紙?zhí)幹螌?shí)施交工時(shí)，建設(shè)單位委托有橋梁檢測資質(zhì)單位做靜載試驗(yàn)，對(duì)大橋的加固效果和受力性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，在靜載各試驗(yàn)工況下，所測得的各控制截面主要測點(diǎn)的應(yīng)變最大校驗(yàn)系數(shù)（0.79）和撓度最大校驗(yàn)系數(shù)（0.87）均小于規(guī)范規(guī)定的限值1.00，說明加固后的橋梁結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度、剛度滿足設(shè)計(jì)要求。且全部卸載后結(jié)構(gòu)的最大相對(duì)殘余變位和應(yīng)變（18.18%）小于規(guī)范規(guī)定的20%，說明該結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作狀態(tài)。因此，用板拱加固雙曲拱橋方法能滿足公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)要求，且橋梁的承載能力有明顯提高，表明加固效果顯著，可作為同類橋梁加固借鑒參考。

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[3]吳尚華.雙曲拱改部分實(shí)心板拱后橋梁的受力分析[J].低碳世界，2017（19）.

[4]JTG/T H21-2011,公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn).