韓家渡大橋結(jié)構(gòu)病害及其加固施工要點(diǎn)分析

彭武、苗守舉、夏萃

（1.江西省公路科研設(shè)計(jì)院有限公司，江西 南昌 330000；2.江西省交通投資集團(tuán)有限責(zé)任公司項(xiàng)目建設(shè)管理公司，江西 南昌 330000）

1 工程概況

韓家渡大橋老橋?yàn)橐蛔? 孔凈跨42m 等截面懸鏈線無鉸空腹式雙曲拱橋，矢跨比F0/L0=1/4,下部橋墩采用實(shí)體式片石混凝土板墩，橋梁全長為436.36m，橋?qū)挒?.9m，其中包括0.95m(人行道+欄桿)+7m(車行道)+0.95m(人行道+欄桿)。該橋于1973 年建成通車，截至2020 年投入運(yùn)營已47 年。根據(jù)《韓家渡大橋技術(shù)狀況評定檢測報(bào)告》記錄，大橋存在一定影響結(jié)構(gòu)受力、使用安全的病害，經(jīng)檢測評定該橋目前技術(shù)狀況等級為四類橋梁，已無法滿足二級公路的公路-I級設(shè)計(jì)荷載要求，逐漸成為制約S411 及沿線城鎮(zhèn)發(fā)展的交通運(yùn)輸瓶頸。

因此，為加快推進(jìn)區(qū)域內(nèi)國省道路網(wǎng)布局優(yōu)化、完善綜合交通運(yùn)輸體系、提高省道的通行能力、促進(jìn)城鄉(xiāng)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展，韓家渡大橋的維修加固已迫在眉睫。

2 老橋病害及其成因分析

2.1 橋面系

2.1.1 病害

（1）橋面鋪裝存在多處脫皮、坑洞、露骨、露筋、局部破損。各跨局部均出現(xiàn)多條橫向裂縫，墩頂出現(xiàn)破碎板，且上層槽口堵塞、卡死，伸縮縫失效。

（2）部分人行道出現(xiàn)少量剝落，鋼筋混凝土欄桿的個(gè)別構(gòu)件出現(xiàn)剝落、露筋。

（3）局部排水不暢，出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，橋面水直接排入樂安河。橋上無照明、標(biāo)志。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，該項(xiàng)目的橋面系綜合評分為65.75 分，技術(shù)狀況等級為三類。

2.1.2 成因

第一，橋面鋪裝橫向裂縫及墩頂處橋面連續(xù)部位薄弱，主要是由于長期重車碾壓以及高溫作用導(dǎo)致。第二，橋面鋪裝出現(xiàn)坑洞、混凝土剝落、露筋以及破碎板，主要是由于施工質(zhì)量不佳及長期車輛超載磨耗所致。第三，橋面鋪裝出現(xiàn)磨光、脫皮、露骨，主要是由于施工時(shí)混凝土養(yǎng)護(hù)不規(guī)范，致使鋪裝表面出現(xiàn)干縮裂紋，在車輛沖擊力作用下，導(dǎo)致表層脫皮、露骨。第四，伸縮縫老化破損，主要是由于日常養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，散落橋面的碎石及雜物等填塞造成破損；超載超重車輛通行，使其產(chǎn)生疲勞破損。第五，排水不暢，是由于原設(shè)計(jì)未作要求，未設(shè)計(jì)集中排水，導(dǎo)致橋面水直接排入樂安河。

2.2 橋跨結(jié)構(gòu)

2.2.1 病害

（1）主拱圈：橫系梁縱向裂縫；多處拱肋、拱波出現(xiàn)縱、橫、豎向裂縫；多處拱肋、拱波混凝土剝落、露筋。

（2）拱上結(jié)構(gòu)：多處腹拱拱頂出現(xiàn)橫、豎、斜向裂縫；腹拱圈、立柱、立墻、橫系梁出現(xiàn)混凝土剝落、掉角、露筋；部分立柱出現(xiàn)環(huán)向開裂；第一跨1#腹拱拱頂出現(xiàn)橫向貫穿裂縫，拱腳出現(xiàn)位移。

橋跨結(jié)構(gòu)綜合評分為66.04 分；技術(shù)狀況等級為三類。

2.2.2 成因

（1）主拱圈病害因素：雙曲拱橫向聯(lián)系剛度較弱，活載橫向分布較差，受力不均勻。

（2）拱肋病害因素：拱肋的承載能力和抗彎能力強(qiáng)度不足，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫。

（3）腹拱拱頂豎向裂縫因素：腹拱的承載能力和抗彎能力強(qiáng)度不足，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫。

2.3 下部結(jié)構(gòu)

2.3.1 病害

（1）0#臺左右側(cè)翼墻均有明顯前傾，但仍可起到擋土作用；9#左側(cè)翼墻局部混凝土出現(xiàn)剝落、開裂。

（2）橋墩均有磨損、粗骨料顯露現(xiàn)象。

（3）0#臺臺身右側(cè)上方局部混凝土剝落；9#臺臺身左右兩側(cè)上方局部混凝土剝落。

下部結(jié)構(gòu)綜合評分為83.27 分；技術(shù)狀況等級為二類。大橋全橋結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評分Dr=72.87，評定為四類橋梁。

2.3.2 成因

（1）墩身磨損、粗集料顯露主要原因：江水沖刷沖蝕，致使細(xì)集料被帶走，粗骨料外露；墩身因船舶撞擊導(dǎo)致破損。

（2）橋臺翼墻前傾、臺身下沉主要原因：橋臺處受過大動(dòng)荷載作用，也可能是后臺填土壓力增加引起。

3 橋梁維修加固施工方案

3.1 橋面系

老橋橋面系全部拆除重建，重建后橋面鋪裝采用瀝青鋪裝層，橋面拓寬至10m，設(shè)置SB 級防撞護(hù)欄，橋面排水收集后集中排入沉淀池。

3.2 橋跨結(jié)構(gòu)

第一，對老橋主拱圈拱肋、拱波處裂縫進(jìn)行修復(fù)處理。對于寬度不小于0.15mm 的裂縫采用壓力灌注法進(jìn)行修補(bǔ)、封閉；對于寬度小于0.15mm 的裂縫采用表面封閉法進(jìn)行修補(bǔ)。第二，對2010 年加固的碳纖維布進(jìn)行拆除處理。對拱腳至第一個(gè)腹孔范圍內(nèi)的拱背上后澆的一層10cm 混凝土，予以鑿除處理。第三，對老橋主拱圈進(jìn)行外包混凝土處理，改雙曲拱截面為箱形截面。對拱肋處新老混凝土采用錨固鋼筋進(jìn)行連接，1 跨箱型拱設(shè)置10 道橫系梁。第四，拆除全部拱上結(jié)構(gòu)，新建拱上橫墻、橋面板。老橋拱上結(jié)構(gòu)為排架式腹拱墩，其自身剛度相對較弱，故改排架式腹拱墩為墻式墩。

3.3 下部結(jié)構(gòu)

第一，橋墩植入錨筋，采用外包混凝土的方式增大拱座、墩身截面。第二，橋墩基礎(chǔ)采用外包混凝土的方式加大基礎(chǔ)尺寸，防沖刷。第三，橋臺拆除重建。

4 橋梁加固施工要點(diǎn)

4.1 注意事項(xiàng)

第一，由于該項(xiàng)目維修加固具有工程量大、涉及諸多隱蔽工程、施工難度較大、施工工藝復(fù)雜且特殊等特點(diǎn)，施工企業(yè)需要嚴(yán)格依據(jù)項(xiàng)目建設(shè)的基本規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，合理分配施工項(xiàng)目的人力、設(shè)備等資源，并且根據(jù)工序步驟提前制訂詳細(xì)的施工組織設(shè)計(jì)方案，之后再將方案報(bào)由監(jiān)理部門審批，批準(zhǔn)后方可投入使用，確保橋梁施工符合施工規(guī)范[1]。第二，根據(jù)拱橋的受力特點(diǎn)，在組織拱上結(jié)構(gòu)拆除及重建時(shí)一定要遵循對稱施工的原則，并隨時(shí)觀測施工跨及相鄰跨四分跨、拱頂?shù)膿隙?、橫向位移及構(gòu)件裂縫，以免主拱圈受力狀態(tài)發(fā)生不利變化而造成垮塌性事故。

4.2 下部結(jié)構(gòu)施工要點(diǎn)

4.2.1 墩臺、基礎(chǔ)施工

第一，韓家渡大橋老橋橋墩為實(shí)體式片石混凝土板墩，墩身圬工量較大，基礎(chǔ)為擴(kuò)大基礎(chǔ)，局部沖刷較為嚴(yán)重。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)地考察，2#～7#墩采用拉森鋼板樁圍堰施工，1#、8#墩采用竹籠圍堰施工。第二，對構(gòu)件表面進(jìn)行鑿毛處理，鑿除面積大于原構(gòu)件的80%，鑿除深度大于碳化深度，并鑿成麻坑或溝槽狀。對原構(gòu)件混凝土存在缺陷的，鑿除至密實(shí)部位。第三，鋼筋的植筋、預(yù)埋、錨固等需滿足規(guī)范要求。鋼筋接頭位置應(yīng)相互錯(cuò)開，在一個(gè)平面內(nèi)的鋼筋接頭數(shù)量不得超過鋼筋總量的50%。第四，0#、9#臺拱圈底座加固施工時(shí)，基礎(chǔ)開挖必須采取適當(dāng)配重和打抗滑鋼板樁等抗推措施，防止拱圈底座發(fā)生后移。第五，墩身暴露在外，對橋梁的美觀有重要影響，為保證墩身混凝土表面光潔平整，墩身混凝土采用塑料薄膜覆蓋進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4.2.2 鋼筋植筋

（1）植筋工藝流程（見圖1）

圖1 植筋工藝流程

（2）植筋注意事項(xiàng)

首先，施工人員要借助相關(guān)措施清理混凝土鉆孔孔洞內(nèi)的污漬、雜物，并對鋼筋進(jìn)行除銹清理，確保工作面干凈整潔；為保證施工質(zhì)量，需要采用A 級膠作為植筋的膠黏劑。其次，在灌注環(huán)氧水泥漿施工中，技術(shù)人員需要使用專門的灌注器，在灌注時(shí)要確保孔道中空氣能夠及時(shí)排出；對于灌注量，通常以植入鋼筋后能夠溢出少量的漿液為準(zhǔn)。再次，當(dāng)環(huán)氧水泥漿注漿完畢后，需要對插入的鋼筋進(jìn)行單向旋轉(zhuǎn)操作，目的是讓鋼筋達(dá)到設(shè)計(jì)要求的插入深度；同時(shí)，要求孔洞中的泥漿均勻分布，并保持靜止，不得觸動(dòng)鋼筋，確保其完全凝固。最后，待錨固孔內(nèi)環(huán)氧水泥漿的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，再將鋼筋網(wǎng)固定在錨固筋上，以免澆筑混凝土?xí)r鋼筋的位置發(fā)生移動(dòng)[2]。

4.2.3 注漿工藝及注意事項(xiàng)

（1）注漿施工工藝流程

整個(gè)注漿施工工藝流程為：開孔—高壓洗孔—埋設(shè)井口套管—鉆孔—安裝水泥漿攪拌機(jī)—布置注漿管—壓清水—壓漿—固結(jié)。

（2）注漿施工注意事項(xiàng)

首先，為確保水泥漿液在松散的地質(zhì)內(nèi)能夠得到充分填充、密實(shí)，那么注漿時(shí)就需對注漿壓力和注漿方式加以控制，通常可對松散體治理采用“小口徑鉆孔、孔口封閉、自下而上、重復(fù)注漿”的注漿方法。其次，注漿孔深度以鉆至松散體底為終孔深度，注漿壓力以孔內(nèi)壓力達(dá)到2MPa 為停注數(shù)值，注漿順序要求隔孔灌注。最后，施工時(shí)應(yīng)先澆筑外包混凝土，再鉆孔注漿；地基注漿應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況動(dòng)態(tài)調(diào)整。

4.3 主拱圈施工要點(diǎn)

4.3.1 總體施工要點(diǎn)

第一，主拱圈外包混凝土澆筑前，應(yīng)對原雙曲拱主拱圈（尤其是拱肋）裂縫、破損部分進(jìn)行修復(fù)處理。第二，主拱圈應(yīng)分層施工，先施工底板，底板澆筑可利用拱上結(jié)構(gòu)采用懸吊模板施工，待底板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再施工主拱圈的頂板及側(cè)向腹板。第三，主拱圈底板澆筑前，應(yīng)當(dāng)先搭設(shè)好保通便橋，中斷橋面交通。第四，同一跨主拱圈拱肋鉆孔與植筋應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。鉆孔一段后，應(yīng)立即植入鋼筋對主拱圈進(jìn)行修復(fù)，不應(yīng)在全部鉆孔完后再植筋，避免過度削弱老拱圈強(qiáng)度。第五，主拱圈現(xiàn)澆外包混凝土?xí)r，按照“清理表面—清洗—植筋—布置鋼筋網(wǎng)或鋼筋骨架—澆筑混凝土”的施工順序。第六，底板澆筑時(shí)，底板鋼筋骨架應(yīng)全部焊接完成后，再分段澆筑底板混凝土。第七，底板澆筑時(shí)應(yīng)徹底中斷交通。底板澆筑完成后，待混凝土強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到85%，且混凝土齡期不小于7d 后，拆除底模、橋面系以及拱上結(jié)構(gòu)。

4.3.2 底板澆筑施工工藝及其要點(diǎn)

全橋拱肋底緣采取分段施工的方式，并注意以下要點(diǎn)。第一，對拱肋表面進(jìn)行鑿毛處理并清洗，以保證新舊混凝土良好的結(jié)合；在錨固筋處鉆孔、清孔、植筋。第二，植筋施工，為保證新澆筑的混凝土與舊混凝土的黏結(jié)，應(yīng)合理應(yīng)用植筋技術(shù)進(jìn)行施工。第三，在植筋施工過程中，需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求對各批次的鋼筋進(jìn)行清孔、鉆孔深度、植筋深度以及膠飽滿度檢查，確保各方面都滿足要求，并進(jìn)行詳細(xì)記錄。第四，在鉆孔、清孔、植筋等施工環(huán)節(jié)中，為保障施工質(zhì)量，需要按照要求采用流水作業(yè)模式，做到邊鉆、邊清、邊植，同時(shí)在主拱圈上不得同時(shí)鉆孔過多，以避免對主拱圈的強(qiáng)度造成影響。第五，底板混凝土澆筑施工需要沿拱跨方向采用分段對稱澆筑的方式，通常以混凝土受力對稱、均勻、變形小為原則進(jìn)行分段施工，且宜設(shè)置在L/4、3L/4 部位，合龍段宜設(shè)置在拱頂部位，各段接縫面應(yīng)與拱軸線垂直。分段長度為4～10m。澆筑順序應(yīng)由拱腳至拱頂對稱、均衡進(jìn)行。第六，各分段點(diǎn)應(yīng)預(yù)留間隔縫，其寬度宜為0.5～1m，間隔縫內(nèi)同一斷面接頭鋼筋面積不超過50%，鋼筋連接采用焊接方式。第七，應(yīng)首先布設(shè)縱向受力主筋，并與錨固筋焊接和定位。然后，逐段布設(shè)橫向鋼筋和底板的頂?shù)啄?，使用附著式振?dòng)器配合插入式振動(dòng)棒振搗混凝土。建議施工天窗大小為60cm×60cm。第八，混凝土結(jié)構(gòu)施工需嚴(yán)格按照施工技術(shù)規(guī)范進(jìn)行，進(jìn)場材料必須符合規(guī)范要求，并按規(guī)定抽檢頻率進(jìn)行檢驗(yàn)。

4.4 拱上結(jié)構(gòu)施工要點(diǎn)

4.4.1 拱上橫墻施工要點(diǎn)

第一，拱上結(jié)構(gòu)的拆除及新建應(yīng)遵循對稱施工的原則。在橋梁單跨內(nèi)的拱上橫墻施工時(shí)，需要應(yīng)從拱腳向拱頂兩側(cè)同時(shí)對稱進(jìn)行，以免主拱圈受力不均衡而造成垮塌性事故。第二，橫墻模板應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸制作，采用對撐及多道斜撐加固模板，確保結(jié)構(gòu)外觀幾何尺寸符合設(shè)計(jì)要求，保證橫墻施工期間模型的穩(wěn)定性和垂直度。

4.4.2 橋面板施工要點(diǎn)

第一，橋面板采用滿堂支架施工，橋面板施工應(yīng)待橫墻混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%后方可進(jìn)行。第二，單跨內(nèi)，橋面板施工應(yīng)從拱腳向拱頂兩側(cè)同時(shí)對稱進(jìn)行。第三，橋面板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%后方可拆除模板。橋面板施工時(shí)注意預(yù)埋橋面系附屬設(shè)施的鋼筋。

4.5 橋面系及附屬設(shè)施施工要點(diǎn)

第一，安裝橋面伸縮裝置時(shí)，需要嚴(yán)格按照廠家的安裝指導(dǎo)及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行安裝，并控制其標(biāo)高及平整度,以保障后續(xù)施工正常進(jìn)行。第二，在橋面鋪裝施工中，需要借助工具將橋面板表面進(jìn)行鑿毛處理，并清理干凈，同時(shí)嚴(yán)格根據(jù)試驗(yàn)配比要求進(jìn)行瀝青混凝土材料選配。第三，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求控制支座墊石的標(biāo)高，同時(shí)確保支座頂面的潔凈度及平整度符合要求，橋面攤鋪瀝青混凝土之前需要噴涂防水層。

5 結(jié)語

由于橋梁運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，在行車荷載、氣候環(huán)境等因素影響下，容易出現(xiàn)各種病害接影響道路橋梁的正常運(yùn)行。本文結(jié)合橋梁工程實(shí)例，從橋面系、橋跨結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)等方面闡述橋梁病害的成因，同時(shí)對橋梁維修加固施工要點(diǎn)進(jìn)行分析，對此，要求相關(guān)企業(yè)必須準(zhǔn)確認(rèn)識橋梁維護(hù)和結(jié)構(gòu)加固的重要性，嚴(yán)格控制橋梁結(jié)構(gòu)病害，提高橋梁運(yùn)行質(zhì)量，以期營造良好安全的交通環(huán)境。