剛構(gòu)拱橋加固技術(shù)要點

張振偉

（中交建冀交高速公路投資發(fā)展有限公司，河北石家莊 050011）

1 工程概況

某橋梁工程為剛構(gòu)拱橋，橋梁跨徑按照50m 設(shè)計，采用的荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽-20 級，地震烈度為7°。該橋的橋面寬度為16.5m，由快車道、慢車道、人行道以及分隔帶等部分組成。整座橋梁按照三幅橋布設(shè)，即上游幅橋、中游幅橋和下游幅橋，快車道橋在中間，慢車道和人行道兩側(cè)，上部結(jié)構(gòu)以現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)為主，翼板為預(yù)制構(gòu)件，拱頂?shù)念A(yù)拱度為L/800，支座采用平板式橡膠支座。該拱橋的病害檢測結(jié)果如下：上部結(jié)構(gòu)拱肋處存在裂縫，以豎向和網(wǎng)狀為主，寬度在0.1～0.15mm，有一條裂縫延伸至拱片處，該裂縫的寬度超過0.2mm；拱肋間聯(lián)接橫梁接縫處的情況比較差，有明顯的混凝土脫落跡象，鋼板受到腐蝕；橋面板局部混凝土破損較為嚴(yán)重，存在壓裂的現(xiàn)象；橋臺有多處裂縫。根據(jù)現(xiàn)有的病害，經(jīng)過研究后，決定采用綜合加固的方法進(jìn)行處治。

2 剛構(gòu)拱橋加固技術(shù)要點

2.1 加固前的病害檢測

為進(jìn)一步明確剛構(gòu)拱橋的病害現(xiàn)狀，給加固方案的制定提供參考依據(jù)，需要對橋梁全面檢測，具體方法如下。

2.1.1 外觀檢測

通過對剛構(gòu)拱橋的外觀全面檢測后得到如下結(jié)果：

（1）上部結(jié)構(gòu)。三幅橋的拱肋局部位置處存在程度不同的裂縫，以豎向和網(wǎng)狀裂縫為主，上游幅橋中一道裂縫延伸至拱片與微彎板結(jié)合面處，裂縫的高度超過截面高度的1/2，寬度為0.1～0.15m；中游幅橋拱肋跨中橫梁上出現(xiàn)豎向裂縫，寬度達(dá)到0.2mm以上，高度超過截面高度的1/2，屬于嚴(yán)重裂縫，個別裂縫達(dá)到截面全高；下游幅橋上的主裂縫高度超過截面高度的1/2，裂縫寬度為0.1mm，少部分裂縫達(dá)到截面全高。三幅橋拱肋間的聯(lián)結(jié)橫梁接縫位置處的連接狀況比較差，接縫部位存在明顯的混凝土脫落問題，并且橫梁與拱肋連接部位的鋼板腐蝕嚴(yán)重；三幅橋的橋面板均出現(xiàn)不同程度的壓裂及較為嚴(yán)重的破損現(xiàn)象，上部結(jié)構(gòu)多處混凝土剝落，鋼筋銹蝕。

（2）下部結(jié)構(gòu)。通過現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，三幅橋的橋臺混凝土外觀狀況均比較差，多處存在裂縫問題。其中上游幅橋3～4#拱肋間的橋臺上有斜向、通長裂縫；中游副橋4#拱片對應(yīng)的橋臺有豎向、通長裂縫。

（3）橋面系。對三幅橋現(xiàn)場勘查后發(fā)現(xiàn)，橋面鋪裝層存在坑洞，三幅橋相連接的部位混凝土板破損，且損壞程度較為嚴(yán)重，少部分泄水管周圍的混凝土出現(xiàn)剝落的現(xiàn)象并伴有鋼筋銹蝕。

2.1.2 動荷載試驗

在現(xiàn)場采用動荷載試驗的方法，對剛構(gòu)拱橋進(jìn)行檢測，通過分析所得的數(shù)據(jù)頻域后，得出如下結(jié)果：上游幅橋現(xiàn)場測得的基頻為2.6Hz，采用有限元分析軟件計算得到的基頻為2.76Hz，實測結(jié)果小于有限元計算結(jié)果；中游副橋現(xiàn)場測得的基頻為2.76Hz，有限元分析軟件計算所得的基頻為2.78Hz，實測結(jié)果小于有限元計算結(jié)果；下游幅橋現(xiàn)場測得的基頻為2.72Hz，有限元分析軟件計算所得的結(jié)果為2.76Hz，實測結(jié)果小于有限元計算結(jié)果。綜上，通過現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)與有限元計算數(shù)據(jù)比較后發(fā)現(xiàn)，實測頻率小于理論頻率，依據(jù)相關(guān)規(guī)程中給出的評定標(biāo)準(zhǔn)，該剛構(gòu)拱橋的動力性能較弱，整體剛度略顯不足，需要補(bǔ)強(qiáng)加固。

2.1.3 成因分析

（1）通過對現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，剛構(gòu)拱橋的外觀一般，存在大量的裂縫，以豎向裂縫為主，多出現(xiàn)在拱肋跨中附近。由此表明，該橋梁結(jié)構(gòu)在當(dāng)前的交通荷載狀況下，應(yīng)力值已經(jīng)達(dá)到或是超過設(shè)計允許值。由于拱橋的橫向聯(lián)系相對較弱，加之拱片共同承受外部荷載的性能比較差，導(dǎo)致主跨的跨中部位出現(xiàn)下沉的現(xiàn)象，整體線形的流暢性遭到破壞，造成拱橋整體性下降，相關(guān)試驗結(jié)果與現(xiàn)場外觀調(diào)查結(jié)果相符。

（2）由剛構(gòu)拱橋的設(shè)計理論可知，其是以橋梁空間內(nèi)力分配為基礎(chǔ)，借助理想分布的橫向系數(shù)作為平面模型，在不考慮結(jié)構(gòu)整體和動力作用的前提下，完成整個拱橋結(jié)構(gòu)的設(shè)計。這樣設(shè)計出來的剛構(gòu)拱橋會使受力存在偏差，因橫向聯(lián)系的減弱，使得拱片的實際受力超出理論值，進(jìn)而引起混凝土結(jié)構(gòu)開裂。

（3）經(jīng)現(xiàn)場檢測，結(jié)合該剛構(gòu)拱橋的技術(shù)狀態(tài)，對其等級作出如下評價：總體技術(shù)狀況等級為3類，屬于中等缺陷，經(jīng)過維修處理橋梁仍然可以恢復(fù)使用功能，所以要針對橋梁存在的主要病害問題，采取有效的維修技術(shù)加固橋梁結(jié)構(gòu)，以此來增強(qiáng)橋梁的整體剛度，改善混凝土結(jié)構(gòu)的性能。在對該剛構(gòu)拱橋加固施工前，要先對橋梁上通行的車輛限速和限載，設(shè)置相應(yīng)的警示標(biāo)示，行車速度控制在30km/h 以內(nèi)，單車的載重量不得超過30t。同時對拱肋與橫向裂縫做封閉和處理，增強(qiáng)單個拱片的承載能力，并對橫梁與拱肋之間的聯(lián)結(jié)予以加強(qiáng)，提升橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能。

2.2 橋梁加固技術(shù)

2.2.1 表面封閉

拱橋混凝土表面寬度在0.15mm 以下的裂縫，可以通過封閉的方法加以處理，具體的工藝流程與技術(shù)要點如下：

（1）檢查并標(biāo)注裂縫。以剛構(gòu)拱橋病害檢測報告作為參考依據(jù)，按照其中對裂縫分布情況的描述，在現(xiàn)場對裂縫的數(shù)量、長和寬加以核實，然后在相應(yīng)的位置處做好標(biāo)注，據(jù)此，計算出封閉膠的用量。

（2）表面處理。對裂縫涂抹封閉膠之前，要先對裂縫表面做相應(yīng)處理，以此來確保封閉膠能夠與混凝土面牢固黏結(jié)，從而達(dá)到預(yù)期中的封閉效果。具體的處理要點如下：沿裂縫的走向，用砂輪機(jī)對縫隙兩側(cè)3.0～5.0cm 范圍內(nèi)打磨，去除掉浮漿并擦拭干凈，確保無油污和灰塵等雜質(zhì)，以免影響封閉膠的封閉效果[1]。

（3）涂抹封閉膠。當(dāng)裂縫兩邊處理完畢后，將預(yù)先配制好的封閉膠，用工具涂抹到縫隙兩邊3.0～5.0cm范圍內(nèi)，要確保涂抹均勻，待封閉膠完全固化后，便可使裂縫封閉。

2.2.2 壓力灌漿

當(dāng)拱橋混凝土的裂縫寬度超過0.15mm 時，可以通過壓力灌漿的方法，對裂縫進(jìn)行封閉處理，即以一定的壓力，將膠液灌入裂縫內(nèi)部，從而達(dá)到填充裂縫的目的，這樣不但能夠使混凝結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度恢復(fù)如初，而且還能使結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性能和耐久性得到顯著提高，拱橋的使用壽命隨之延長[2]。壓力灌漿處理裂縫的工藝流程與技術(shù)要點如下：

（1）清理裂縫。檢查裂縫，看縫內(nèi)有無粉塵、泥土等雜物，如果有，則可使用專用的吸塵器將雜物全部吸出，確保裂縫內(nèi)部潔凈、干燥。隨后沿著裂縫兩側(cè)5.0cm 范圍，用濕布將混凝土表面的塵土擦拭干凈，擦拭的過程中，要防止?jié)癫贾械乃疂B入縫隙中。

（2）注漿嘴粘貼。選用的注漿嘴為TQ 型，該類型的注漿嘴可騎縫粘貼，依據(jù)裂縫的寬度對注漿嘴的間距合理確定，由于拱橋混凝土裂縫的數(shù)量相對較多，故此施工中可采取如下做法：用白色的膠布貼在需要粘貼注漿嘴的裂縫位置處，隨后使用窄毛刷對封縫用漿沿著裂縫表面反復(fù)涂刷，以此來達(dá)到封閉裂縫的目的。10min 后，將膠布揭掉并露出縫隙，把注漿嘴騎縫粘貼到縫隙上，通過粘嘴用漿，將注漿嘴的底座包裹嚴(yán)密，待漿液完全固化后，檢查周邊有無細(xì)小的裂口，若存在，則可使用封縫用漿修補(bǔ)，防止灌漿時出現(xiàn)滲漏的現(xiàn)象[3]。

（3）試漏。采用壓力灌漿的方法修補(bǔ)混凝土裂縫時，若裂縫的數(shù)量較多，則應(yīng)逐條試漏，具體做法如下：對于連通的裂縫，先用鉚釘堵住注漿嘴，僅留設(shè)一個注漿嘴，以補(bǔ)縫器壓氣，隨后在封閉好的裂縫表面，涂抹肥皂水，無氣泡產(chǎn)生為合格。

（4）灌漿。為確保壓力灌漿的效果，可在注漿嘴粘貼完畢24h后于晴朗的天氣灌漿。使用補(bǔ)縫器吸取漿液，然后插入注漿嘴，推動補(bǔ)縫器的活塞，將吸取的漿液經(jīng)注漿嘴灌注到裂縫內(nèi)部，相鄰注漿嘴中有水泥漿溢出時，便可停止灌注，用鉚釘將注漿嘴堵上，隨后將補(bǔ)縫器轉(zhuǎn)移至鄰近的注漿嘴上重復(fù)上述操作[4]。操作過程中，垂直的裂縫應(yīng)從下向上注漿，水平裂縫可從一端向另一端注漿。當(dāng)裂縫的寬度比較細(xì)小時，可直接通過補(bǔ)縫器上自帶的彈力裝置加壓。為確保水泥漿液充滿裂縫內(nèi)部，可在首次灌漿后30min 左右，對每個注漿嘴補(bǔ)漿。

（5）檢查。壓力灌漿的材料為水泥砂漿，環(huán)境溫度與其強(qiáng)度發(fā)展密切相關(guān)，氣溫高于20℃的環(huán)境中，24h 左右水泥砂漿便會固化，30d 能夠達(dá)到設(shè)計的強(qiáng)度要求。此時可采用鉆芯取樣的方法，對壓力灌漿的封縫質(zhì)量全面檢查[5]。

2.2.3 粘貼鋼板

依據(jù)剛構(gòu)拱橋的病害檢測結(jié)果，決定在主拱圈每片拱肋的底部，通過粘貼鋼板的方法對拱肋全面加固。具體的操作要點如下：

（1）粘貼鋼板前，使用角向砂輪對貼合面打磨，將其上的油污、灰塵等雜物去除干凈，隨后使用壓縮空氣吹掃一遍，將浮灰徹底清除干凈，并使貼合面的表面保持潔凈、干燥。檢查貼合面，看有無缺損的地方，如存在，可用快封膠修補(bǔ)，當(dāng)缺損比較嚴(yán)重時，可在粘貼鋼板前，向其中填充粒徑在10mm 以內(nèi)的碎石[6]。

（2）按照設(shè)計要求，在鋼板上鉆設(shè)螺栓孔及注膠孔，并在拱肋底部待粘貼鋼板的位置處，測放出懸掛鋼板用的螺栓鉆孔位置[7]。粘貼鋼板前，要先對鋼板的兩個面做噴砂處理，將表面的銹跡去除干凈，然后使用丙酮擦拭，去掉油污及灰塵。

（3）用快封膠在鋼板貼合面各個螺栓孔的周圍粘貼小螺母，以此來控制灌注膠的厚度，確保在螺栓緊固時，鋼板不會出現(xiàn)變形的情況。使用化學(xué)螺栓對鋼板牢靠固定，在鋼板的長邊上，每間隔50cm 左右，插入一根軟塑料管，其作用是排氣，插入板內(nèi)的長度約為10cm。同時，在鋼板的四個角上分別設(shè)置排氣管，確保內(nèi)部的空氣能夠順利排出[8]。

（4）用抹刀在以下間隙處抹入快封膠：注入座、鋼板邊、螺栓與鋼板間等，保證密封嚴(yán)密，避免出現(xiàn)砂眼、氣泡等質(zhì)量缺陷，密封后，要做氣密性檢查。待密封材料完全固化后，用注入工具，從低處向高處注入膠粘劑，并在注入的過程中，用橡皮錘敲擊鋼板，通過聲音判斷膠液是否注滿。需要注意的是，封堵最后一個排氣管時，必須維持注入壓力，以免形成空洞影響質(zhì)量[9]。

2.2.4 增設(shè)橫系梁

（1）對需要增設(shè)橫系梁的拱肋側(cè)面混凝土做鑿毛處理，并按照設(shè)計要求鉆孔植筋，同時綁扎箍筋，隨后在箍筋上焊接內(nèi)橫筋。焊接過程中，要確保焊縫的長度與現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求相符，保證焊縫飽滿，將附著的焊殼全部敲掉。需要注意的是，焊接操作時，要避免灼傷混凝土構(gòu)件表面，對于燒傷嚴(yán)重的混凝土要及時鑿除[10]。

（2）將橫橋向主筋布設(shè)在箍筋上的橫筋位置處，通過焊接的方式，增設(shè)與主筋方向垂直的橫筋，與主筋交接處，每間隔一定距離以電焊的方法形成鋼筋網(wǎng)格。

（3）現(xiàn)澆混凝土，使新混凝土形成與原梁下部邊緣齊平的箱底，為提升混凝土的強(qiáng)度，可在其中摻入粒徑在20mm 以內(nèi)的碎石?；炷翝仓戤吅螅龊灭B(yǎng)生，時間不少于7d。

3 結(jié)語

本工程依據(jù)剛構(gòu)拱橋的病害檢測結(jié)果，決定在主拱圈每片拱肋的底部，通過粘貼鋼板的方法對拱肋全面加固。對需要增設(shè)橫系梁的拱肋側(cè)面混凝土做鑿毛處理，并按照設(shè)計要求鉆孔植筋，同時綁扎箍筋，隨后在箍筋上焊接內(nèi)橫筋。為達(dá)到預(yù)期中的加固效果，要依據(jù)拱橋的病害情況，選取適宜的加固方法[15]。作業(yè)人員要掌握相關(guān)的技術(shù)要點，以此確保加固質(zhì)量達(dá)到預(yù)期中的效果。