下承式拱橋結(jié)構(gòu)破損裂縫研究及維護(hù)策略分析

【摘要】受車輛荷載和雨水侵蝕，長(zhǎng)期服役的下承式案例拱橋出現(xiàn)不同程度的結(jié)構(gòu)破損和裂縫，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。文中以某下承式拱橋?yàn)槔?，?duì)橋面、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的破損、裂縫和銹脹等病害進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，總結(jié)病害成因，評(píng)估病害危害。依據(jù)經(jīng)濟(jì)、安全、高效的原則對(duì)下承式拱橋制定針對(duì)性的維護(hù)策略，包括主拱拱肋加固、裂縫處理及水中橋墩樁基礎(chǔ)包固維修等方面，以確保橋梁的健康和穩(wěn)定，并為下承式橋梁的可持續(xù)保護(hù)提供設(shè)計(jì)參考。

【關(guān)鍵詞】下承式拱橋；橋面裂縫；破損；橋梁維護(hù)

【中圖分類號(hào)】TU99 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）08-0162-04

0 引言

橋梁作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工程，是公路和鐵路網(wǎng)的重要組成部分[1]。由于施工方法、防護(hù)技術(shù)的落后以及后期養(yǎng)護(hù)不重視等原因，在長(zhǎng)期服役的過程中，受車輛荷載和自然環(huán)境的影響，結(jié)構(gòu)逐漸老化，橋面鋪裝破損，各部位出現(xiàn)裂縫，橋梁易出現(xiàn)不同程度的結(jié)構(gòu)破損和裂縫，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[2-3]。為確保過往車輛的通行舒適性以及安全性[4]，在役破損橋梁的維護(hù)迫在眉睫。

1 工程概況

案例拱橋地處廣東省化州市，橋體上部結(jié)構(gòu)引橋采用鋼筋混凝土T梁，主橋采用鋼筋混凝土拱肋+預(yù)應(yīng)力混凝土工字梁；下部結(jié)構(gòu)為U型橋臺(tái)，采用薄壁式橋墩和樁柱式橋墩。橋梁全長(zhǎng)為264 m，橋面總寬31.65 m。案例拱橋于1995年建成通車，投入使用近30年，現(xiàn)已出現(xiàn)橋面橫向裂縫、伸縮縫破損、拱肋破損、T梁橫隔板破損露筋等多種病害，如圖1所示。嚴(yán)重影響橋梁運(yùn)行安全和使用壽命。

病害統(tǒng)計(jì)見表1，在案例橋面系中左幅橋面鋪裝存在橫向裂縫；右幅橋面鋪裝存在橫向裂縫、局部破損和橋臺(tái)搭板存在跳車。左幅伸縮縫存在伸縮縫止水帶破損和混凝土破損；右幅伸縮縫存在伸縮縫止水帶破損和混凝土破損。左幅人行道存在混凝土銹脹露筋、人行道鋪裝橫向裂縫和破損；右幅人行道存在鋪裝橫向裂縫和破損。左幅欄桿、護(hù)欄存在銹脹露筋；右幅欄桿、護(hù)欄存在破損和銹脹露筋。右幅排水系統(tǒng)存在堵塞3處。上部結(jié)構(gòu)中左幅拱肋破損、銹脹露筋，加固鋼板銹蝕；右幅拱肋破損、銹脹露筋。左幅主拱橫向聯(lián)結(jié)系破損、銹脹露筋，吊桿破損露筋；右幅主拱吊桿銹脹露筋、開裂，涂層脫落。左幅主橋橋面板銹脹露筋；右幅主橋橋面板破損、銹脹露筋。左幅T梁及橫隔板破損、銹脹露筋；右幅T梁及橫隔板裂縫，破損、銹脹露筋。左幅T梁腹板共有819條豎向裂縫；右幅T梁支座脫空1處。下部結(jié)構(gòu)主要病害為橋墩蓋梁、橋墩立柱及立柱間橫系梁銹脹露筋，橋臺(tái)側(cè)墻開裂等養(yǎng)護(hù)性病害。水下橋墩基礎(chǔ)共有31根樁基礎(chǔ)存在鋼筋外露銹蝕，其中4根樁基存在縮徑，4根樁基存在鋼筋銹斷等病害。

2 破損裂縫原因分析及危害

橋梁受溫度變化、長(zhǎng)期車輛荷載和雨水侵蝕等影響，會(huì)出現(xiàn)裂縫、剝離、剝落、蜂窩、漏水、鋼筋外露、鋼筋銹蝕、承載力不足等常見病害[5]。在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)后，案例拱橋出現(xiàn)了各種各樣的破損裂縫，原因及危害如表2所示。

3 維護(hù)方案及施工工藝

3.1 總體維護(hù)方案

本文秉持合理、適用、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)先進(jìn)、美觀和可持續(xù)發(fā)展等原則[6]，以確保橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，保證橋梁的安全運(yùn)營(yíng)為目的，針對(duì)性地制定了總體維護(hù)方案。①橋面鋪裝橫向裂縫采用灌注熱瀝青進(jìn)行封閉，橋面鋪裝混凝土破損和橋臺(tái)搭板跳車采用填瀝青混合料填平修補(bǔ)；②伸縮縫止水帶破損采用更換伸縮縫止水帶，伸縮縫混凝土破損采用填瀝青混合料進(jìn)行修復(fù)；③人行道鋪裝裂縫橫向裂縫采用灌注熱瀝青進(jìn)行封閉，縱向裂縫采用2 cm厚M10水泥砂漿進(jìn)行修補(bǔ)；④欄桿、護(hù)欄破損、鋼筋混凝土銹脹露筋采用鑿除破損、松動(dòng)混凝土，鋼筋除銹防銹處理，采用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)；⑤主拱拱肋、橫向連接系、吊桿銹脹露筋采用鑿除破損、松動(dòng)混凝土，鋼筋除銹防銹處理，采用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)。加固鋼板銹蝕采用噴砂除銹處理后，對(duì)鋼板進(jìn)行防腐涂裝；⑥引橋T梁主梁、橫隔板破損、銹脹露筋采用鑿除破損、松動(dòng)混凝土，鋼筋除銹防銹處理，采用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)，對(duì)第1跨受剮蹭破損的最外側(cè)T梁在用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)后對(duì)其進(jìn)行粘貼包邊鋼板進(jìn)行保護(hù)，第1跨上跨東堤北路橋下增設(shè)限高架，限高4.5 m；第8跨橋下兩側(cè)增設(shè)限高標(biāo)志牌。T梁腹板豎向裂縫，對(duì)于裂縫寬度D＜0.15 mm時(shí)，采用環(huán)氧樹脂封閉膠進(jìn)行涂刷封閉處理；裂縫寬度D≥0.15 mm時(shí)，采用裂縫灌注膠或?qū)Ｓ铆h(huán)氧樹脂漿液進(jìn)行灌注封閉處理。對(duì)腹板裂縫寬度D≥0.15 mm進(jìn)行粘貼碳纖維布，增加耐久性；⑦支座脫空采用墊鋼板進(jìn)行處理；⑧橋墩蓋梁、橋墩立柱及立柱間橫系梁銹脹露筋采用鑿除破損、松動(dòng)混凝土，鋼筋除銹防銹處理，采用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)；⑨橋臺(tái)側(cè)墻開裂，由于橋臺(tái)為漿砌片石橋臺(tái)，對(duì)于橋臺(tái)側(cè)墻裂縫采用M10水泥砂漿進(jìn)行封閉處理。全橋橋墩水中樁基礎(chǔ)采用玻纖維套筒進(jìn)行包固防護(hù)。

3.2 病害處治方案

對(duì)于主拱拱肋鋼板油漆脫落、銹蝕，先對(duì)鋼板表面進(jìn)行噴砂除銹，然后對(duì)鋼板進(jìn)行防腐涂裝。對(duì)于橋面系、上、下部結(jié)構(gòu)中人行道、欄桿、護(hù)欄、拱肋、主拱橫向聯(lián)結(jié)系、主拱吊桿、橋面板、引橋T梁及橫隔板、橋墩蓋梁、墩柱及橫梁混凝土缺損、銹脹露筋等問題，處治方案為鑿除松動(dòng)混凝土及松散骨料，直至露出堅(jiān)實(shí)的混凝土表面，對(duì)存在外露鋼筋的應(yīng)進(jìn)行除銹、防銹處理后，采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)恢復(fù)保護(hù)層厚度。修補(bǔ)形狀采用長(zhǎng)方形，按病害邊緣向外5 cm確定范圍。對(duì)橋面鋪裝、人行道鋪裝橫向裂縫采用灌注熱瀝青進(jìn)行封閉，人行道縱向構(gòu)造裂縫采用M10水泥砂漿修補(bǔ)。引橋T梁腹板裂縫寬度δ＜0.15 mm時(shí)，采用環(huán)氧樹脂封閉膠進(jìn)行涂刷封閉處理。裂縫寬度δ≥0.15 mm時(shí)，采用裂縫灌注膠或?qū)Ｓ铆h(huán)氧樹脂漿液進(jìn)行灌注封閉處理。橋臺(tái)側(cè)墻裂縫采用水泥砂漿進(jìn)行封閉處理?？紤]基礎(chǔ)沖刷和漂浮物對(duì)橋墩樁基礎(chǔ)的損傷，為避免水中漂浮物對(duì)橋墩樁基的直接撞擊造成嚴(yán)重?fù)p傷和改善基礎(chǔ)沖刷，采用玻纖維套筒對(duì)水中橋墩樁基進(jìn)行包固維修，如圖2所示。

3.3 施工工藝

每個(gè)部位不同的破損和裂縫病害有不同的處治方案，為保證維護(hù)后橋梁安全性和穩(wěn)定性，施工工藝具有嚴(yán)格分類和流程要求，如圖3所示。

①進(jìn)行混凝土破損修補(bǔ)時(shí)，首先對(duì)橋梁上下部結(jié)構(gòu)破損的地方檢查記錄以確定維修方法，隨后清理混凝土破碎基面，鑿除松散的混凝土，對(duì)外露鋼筋用除銹劑進(jìn)行除銹，根據(jù)修補(bǔ)面積、深度不同采用不同的材料處理，下部結(jié)構(gòu)表面缺陷面積小且不露筋時(shí)，保持原混凝土表面濕潤(rùn)，用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)混凝土修補(bǔ)。②在粘貼鋼板時(shí)，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量定位對(duì)混凝土基面進(jìn)行處理，在需要粘貼包邊鋼板區(qū)表面放出鋼板位置大樣，打磨混凝土表面除去表面浮漿層，找平?jīng)_洗烘干。隨后進(jìn)行鋼筋超聲波檢測(cè)，探明混凝土內(nèi)部鋼筋位置，避免直埋螺栓時(shí)鉆孔與鋼筋位置沖突。③根據(jù)鋼板銹蝕情況，對(duì)鋼板黏合面進(jìn)行處理，如鋼板未生銹或輕微銹蝕，采用噴砂、紗布或平砂輪打磨，直至出現(xiàn)金屬光澤。如鋼板銹蝕嚴(yán)重，先用適度鹽酸浸泡20分鐘，使銹層脫落，再用石灰水沖洗，中和酸離子，最后用平砂輪打磨出紋道，再用丙酮擦拭干凈。配制結(jié)構(gòu)膠后，將注入嘴黏結(jié)在預(yù)留的注入孔上，在鋼板邊緣插入排氣管，然后用鋼板封邊膠封閉鋼板邊緣完成封邊。用泵將黏鋼灌注膠從注入嘴灌注到鋼板和混凝土的空隙中，灌注工作持續(xù)到所有排氣管均有膠液流出。待達(dá)到強(qiáng)度后，采用涂刷防銹底漆、中間漆、面漆的方式進(jìn)行鋼板表面防腐處理。④進(jìn)行裂縫處理時(shí)，根據(jù)GB/T 50367—2006《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》及JTG/T J22—2008《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，對(duì)混凝土裂縫封閉采用裂縫修補(bǔ)膠或聚合物注漿料。將寬度＜0.15 m的裂縫采用封縫膠進(jìn)行表面封閉以達(dá)到恢復(fù)并提高結(jié)構(gòu)耐久性和抗?jié)B性的目的。⑤對(duì)寬度＞0.15 mm的腹板裂縫粘貼碳纖維布。⑥對(duì)橋墩樁基包固玻纖套筒時(shí)，首先對(duì)維修包固的樁基尺寸進(jìn)行測(cè)量，工廠定做玻纖套筒。包固前應(yīng)先清理樁身表面水生物，鑿除松散、破損的混凝土表面，然后對(duì)表面混凝土鑿毛，除去鋼筋表面銹跡，再用高壓水槍沖洗。包固時(shí)先在套筒的鎖扣槽內(nèi)注入可水下固化的封邊膠，然后撐開玻纖套筒、包裹樁基，精確定位后用緊固帶臨時(shí)固定好玻纖套筒，再用不銹鋼自攻螺釘每隔15 cm對(duì)套筒鎖扣處進(jìn)行緊固。在底部40 mm處安裝可壓縮密封條。采用重力灌注灌漿法進(jìn)行灌注，灌漿完成后采用水下封口膠在玻纖套筒頂部與樁身間做一個(gè)斜坡，待固化后，取下臨時(shí)緊固帶，玻纖套筒系統(tǒng)安裝完畢。

4 結(jié)語(yǔ)

受環(huán)境、氣候、人為等因素影響，長(zhǎng)期在役的下承式拱橋會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破損裂縫病害，影響橋梁安全和穩(wěn)定性。在實(shí)際工程中，需要先確定病害類型及其產(chǎn)生原因再采取有效措施。本文通過深入研究案例拱橋現(xiàn)狀，統(tǒng)計(jì)分析病害情況，針對(duì)性地制定維護(hù)方案，總結(jié)維護(hù)過程的施工工藝要點(diǎn)，可為該類橋梁未來(lái)的可持續(xù)保護(hù)提供維護(hù)參考。

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[作者簡(jiǎn)介]洪朋輝（1987—），男，廣東梅州人，本科，工程師，研究方向：市政工程。