淺談剛架拱橋的病害分析與加固設計

陳 灝

(黑龍江省收費公路管理局)

1 前言

剛架拱橋是在雙曲拱橋、肋拱橋和斜腿剛構橋的基礎上，結合我國拱橋特點及無支架施工經驗而發展起來的一種橋型，以其具有造型美觀、結構輕巧、適用性強、造價低廉、施工方便等優點，20世紀70～80年代在我國得到了較大的推廣應用。經過多年的使用實踐，剛架拱橋存在組合截面整體性差，橫向聯系薄弱，拱片中的實腹段、上弦桿、拱腿及橫系梁容易開裂，拱腿支座容易出現松動等缺點。隨著國民經濟的快速發展，交通量的迅猛增長，超重、超載車輛的不斷出現，許多剛架拱橋都出現了不同程度的病害，嚴重威脅著橋梁的安全使用。因此，如何合理評價這些舊橋的承載能力，并提出安全、經濟實用的加固設計方案，是當前道路改擴建、舊橋改造中的一個重要課題。

2 舊橋概況與病害分析

2.1 主要病害情況

(1)混凝土施工質量較差，混凝土表面不平整，蜂窩麻面較多，各部位混凝土的接頭質量較差，個別斜撐尺寸不足。

(2)由于受到超載車輛的沖擊，橋面產生了破壞，橋臺處橋面鋪裝及微彎板破損嚴重形成了面積約為1.0×1.5m2的空洞，由該空洞處可見，橋面鋪裝混凝土中的未設置鋼筋網;微彎板也存在大量縱向和橫向裂縫。

(3)剛架拱的實腹段、上弦桿裂縫較多，寬度0.1～0.35mm，其中約30% ～50%貫穿整個拱片，部分裂縫已經延伸至微彎板并在橫橋向全橋連通。

(4)全部橫系梁及微彎板加勁肋開裂，貫穿性裂縫寬

0.1 ～0.5mm。

2.3 病害分析

(1)通過計算可見，原設計剛架拱橋在計算時假定“拱腳支座部分在恒載時按鉸接計算，活載時按固結計算”與實際情況有出入：拱腿伸入拱座內的深度只有30cm，除了灌入高標號水泥砂漿外無其他措施，而活載在跨中產生的彎矩占全部彎矩的80%以上。因此剛架拱橋的拱片中的實腹段、上弦桿、拱腿斷面尺寸偏小，安全儲備不足，容易出現裂縫，在超重車輛的作用下，情況更為嚴重。

(2)在施工中取消了橋面鋼筋網，削弱了橋梁的橫向聯接，微彎板產生的過大的水平推力使橫系梁全部破壞。而過大的水平位移同時又加劇了微彎板的跨中的彎矩急劇加大，是微彎板出現縱向裂縫的主要原因。同時由于取消了橋面鋼筋網，在車輛荷載的反復作用下，微彎板與拱肋連接松動而出現橫向裂縫。橫向聯結破壞后的單肋受力使拱肋的破壞進一步加劇。

3 加固設計與施工要點

3.1 加固設計方案的確定

橋梁基礎穩定，加固橋梁上部結構，并對結構裂縫進行處理，來達到滿足安全行車，是一可行的加固方案。增大剛架拱的實腹段、上弦桿的受力截面和配筋，提高其安全儲備。在修復原橫系梁的基礎上適當增加部分橫系梁加強橋梁橫向聯接;對破壞的微彎板全部更換，增設橋面鋪裝鋼筋網及增加橋面縱橫向配筋等措施來改善橋面系結構以增加整橋結構剛度。

通過驗算比選，對主拱肋加固擬采用鋼板粘貼補強法，即用高強粘結劑將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結構物的受拉緣或薄弱部位，使之與結構物形成整體，用以代替增設的補強鋼筋，提高結構的承載能力。

3.2 加固設計要點

(1)主拱肋加固拆除舊橋面系后，在鋼架拱的實腹段、上弦桿上部鑿除部分混凝土，露出原來的鋼筋，并在上面焊接連接鋼筋，澆筑高標號的細骨料混凝土加大截面尺寸，用環氧樹脂或微膨脹水泥漿修復裂縫后，再用環氧結構膠系列粘帖鋼板，考慮鋼板與主肋共同受力。

(2)加強橫向聯系用環氧樹脂修復原橫系梁，在實腹段、上弦桿部分增加8道橫系梁，系梁與主肋固結。

(3)橋面加固更換損壞的微彎板，重新鋪筑橋面鋪裝，橋面鋪裝厚不小于15 cm，除配常規的構造鋼筋外，另加設受力鋼筋，縱橋向布置起抗拉作用，橫橋向布置以提高微彎板的承載力。施工應在拱肋、橫系梁加固結束后進行。橋面橫坡同原設計，縱坡在滿足橋面板厚的前提下適當調整兩側道路縱坡。設計考慮橋面板與微彎板及主肋形成組合截面共同受力，新澆橋面為40#防水混凝土。

3.3 施工要點

(1)拆除舊橋的橋面混凝土及微彎板的時候，應采用小型施工機具，注意施工時應從拱頂向兩側對稱拆除，不宜震動過大，保證拱肋結構的安全。

(2)主肋鑿除混凝土時應人工進行，確保不損傷主肋和其他構件，焊接鋼筋及加高混凝土施工時施工時應保證拱肋結構的安全。

(3)裂縫修補應在加高拱肋的混凝土強度達到設計強度的80%以上時進行;裂縫封閉采用壁可法，對與小于0.1mm的裂縫，用環氧樹脂液灌注，大于0.1mm的裂縫可用微膨脹水泥漿修補。

(4)在裂縫修補后再粘貼主拱肋鋼板，粘貼鋼板采用JGN建筑結構膠，有關粘貼鋼板工藝等應試驗后確定。

(5)主拱肋加固結束后方可進行橫系梁的加固和新增橫系梁的施工。

(6)待橫系梁混凝土強度達到設計強度的80%以上后，再進行微彎板的安裝及橋面系的施工，橋面鋪裝混凝土澆筑應在低溫下一次澆筑成型，澆筑順序應由拱腳向拱頂對稱進行，保證縱橫向均勻對稱加載。

［1］ 中交公路規劃設計院.公路圬工橋涵設計規范(JTG D61-2005)［M］.北京：人民交通出版社，2005.

［2］ 中交公路規劃設計院.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土涵設計規范(JTG D62-2004)［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］ 蒙之盧波.橋梁加固與改造［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［4］ 交通部公路規劃設計院.公路舊橋承載能力鑒定方法(試行)［M］.北京：人民交通出版社，1988.