208國道司莊二號大橋病害分析及加固措施

胡芳

（山西長治公路勘察設計院，山西長治 046000）

208國道司莊二號大橋病害分析及加固措施

胡芳

（山西長治公路勘察設計院，山西長治 046000）

在分析208國道司莊二號大橋病害情況的基礎上，列舉了病害產生原因，通過驗算分析提出了橋梁維修加固措施，并根據加固設計進行了加固效果驗算，結果表明：加固后提高了新增兩鉸拱的抗彎承載能力，滿足了規范要求。

橋梁，三鉸腹拱，病害，加固措施

1 原橋概況

司莊二號大橋位于208國道祁縣與武鄉交界處武鄉境內的昌源河上，大橋中心樁號為K880+527，1996年建成通車。原橋設計標準為汽車—20級，掛車—100，橋面全寬9.5 m，凈寬8.5 m，全橋長188.39 m。橋梁上部結構主跨為80 m空腹式石拱橋，拱圈采用懸鏈線拱，矢跨比1/6，主拱圈全寬9 m。拱上建筑采用空腹式腹拱結構，跨徑為5 m的石砌板拱，空腹墩采用立墻圬工砌體，厚度為1 m。引橋采用3.8 m和5 m兩種跨徑石板拱，橋墩采用石砌實體立墻，厚度分別為1 m和1.5 m兩種。長治方向邊跨由于上跨東長線，采用了1-13.2 m簡支空心板，橋臺為U形橋臺，基礎采用整體式擴大基礎。

2007年年底大橋出現病害，經技術鑒定為危橋，并于2008年進行維修加固，主要加固內容簡述如下:

1）對于存在病害的U形側墻進行局部拆除，重新砌筑。2）將南側三鉸拱及相鄰腹拱進行拆除，改建為厚度50 cm的鋼筋混凝土拱圈。3）在引橋石板拱及其余腹拱拱板上澆筑15 cm厚C40鋼筋混凝土腹拱。4）對北側短拱柱采用外包混凝土增大截面進行加固，并對2號拱墩在掏空區域采用內襯加固。5）更換引橋1-13 m空心板，并增設板式橡膠支座。6）回填拱上填料，并重新澆筑橋面鋪裝、防撞護欄及立墻。

2 病害情況

2008年年底加固改造完成投入運營后，2010年年底發現南側三鉸腹拱（2008年改為50 cm鋼筋混凝土三鉸拱）拱頂變形縫出現明顯的沉降，兩個半拱間錯臺達2 cm～3 cm，左側鑲嵌的拱頭石最大沉降達10 cm左右，冬季氣溫較低時還能聽見變形縫中夾著的木板發出“吱吱”的聲音，該腹拱上面的橋面有橫向裂縫，車輛通過時，該三鉸腹拱上方橋面顫動較重，在橋面上能聽到明顯的跳車聲音。

北側三鉸腹拱（石拱，2008年在其上方增加15 cm厚鋼筋混凝土腹拱）也發現勾縫脫落，個別石塊下沉的現象，其上方橋面變形縫處有跳車現象。

3 病害原因分析

3.1 原結構復算

原結構復算按照原設計采用的荷載等級和JTJ 023-85公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范（以下簡稱規范）要求進行。

計算采用橋梁博士有限元建模軟件建立全橋平面模型進行計算分析。計算模型見圖1。全橋共分137個單元，205個節點。

計算荷載:

1）結構重力:混凝土容重按25 kN/m3計，程序自動計入。

2）二期恒載:包括橋面鋪裝、防撞護欄及拱上填料按117.325 kN/m計。

3）活載:單向雙車道（汽車—20）。

4）其他:溫度效應:整體升降溫按±20℃計算。收縮徐變:考慮1 000 d。

5）主要材料指標見表1，表2。

圖1 計算模型結構離散圖

表1 混凝土指標

表2 普通鋼筋指標

6）荷載組合:當結構重力產生的效應與汽車荷載產生的效應同號時:荷載組合Ⅰ:1.2恒載+1.4汽車—20;荷載組合Ⅱ:1.1恒載+1.3汽車—20+1.3溫度效應+1.3收縮徐變+1.3制動力;荷載組合Ⅲ:1.2恒載+1.1掛車—100。

軸力使單元受壓為正，受拉為負;剪力由單元底緣向頂緣方向為正，反之為負;彎矩使單元底緣受拉為正，上緣受拉為負。

承載力極限狀態驗算:

驗算截面位置如圖2所示。

根據驗算結果，荷載組合Ⅱ為最不利荷載組合進行承載力極限狀態驗算，見表3。

表3 承載力極限狀態強度驗算（組合Ⅱ）

根據計算，在正常使用極限狀態下均小于拱計算跨徑的1/800=6.25 mm，滿足《公路橋涵設計規范》（合訂本）（1989）規范要求。

小結:通過驗算，在汽—20級荷載作用下，主橋兩側兩個三鉸拱拱頂截面強度滿足承載力極限狀態及正常使用極限狀態設計要求。

圖2 驗算截面位置

3.2 病害原因分析

根據原結構驗算結果可知，該橋病害主要為主拱兩邊三鉸拱出現問題，尤其是南側（計算模型中的5—5截面）三鉸拱拱頂下撓變形較大。根據計算可知，南側（5—5截面）三鉸拱原設計荷載汽—20荷載產生最大豎向撓度滿足設計規范的要求，但是該橋在2008年改造完畢后，交通量劇增，由原來的3 000輛車次增加為8 000輛左右，且大部分為重型車輛（50 t～60 t）。活載的增加，勢必使腹拱拱頂豎向位移量增加。且該橋所處地區2010年冬季氣溫較往年較低，且低溫時間較長，溫差較大。根據原結構模型按照結構整體降溫20℃考慮，降溫時三鉸拱2—2截面豎向位移為－19.6 mm，5—5截面豎向位移為－22 mm，溫度效應對其腹拱拱頂位移影響較大，也是該處拱頂產生較大豎向位移的主要原因。

4 維修加固措施

4.1 原橋三鉸拱腹拱圈

主橋兩側兩三鉸拱腹拱由于破損較嚴重，本次加固采用將該腹拱上的防撞護欄、橋面鋪裝及腹拱圈拆除，重新預制新腹拱圈，新腹拱采用兩鉸拱結構形式，在兩側拱座預留弧形槽，新做腹拱圈厚度由原來的50 cm增高至60 cm，并在腹拱拱腳處一側設四氟板、一側設油毛氈與拱座弧形槽連接。恢復橋面鋪裝及拱上填料，將更換的腹拱處兩側用瀝青麻絮填死。在兩鉸拱拱腳處分別設兩道U形鋅鐵皮伸縮縫。待新做腹拱圈及橋面鋪裝澆筑完成后，重新澆筑防撞護欄。

新建兩鉸拱增設肋板，肋板距離腹拱邊緣50 cm，間距2 m一道，一孔腹拱共設置5道肋板，新增肋板能有效提高兩鉸拱拱頂抗彎承載力。

4.2 原橋腹拱墩

對新設置兩鉸拱靠近拱腳一側腹拱墩采用增大截面加固，通過植筋架設鋼筋網，在一側增大截面100 cm，使腹拱墩寬由1.5m變為2.5 m，增加腹拱墩的剛度。

4.3 拱上側墻及拱上填料

拆除三鉸拱處的拱上側墻及拱上填料。拱上側墻及拱上填料施工時應注意在伸縮縫處設置2 cm寬縫，內填瀝青麻絮，變形縫處用油毛氈隔開，并保證該處鋼筋保護層厚度。伸縮縫、變形縫橫橋向貫通。

4.4 橋面鋪裝及防撞護欄

恢復拆除的橋面鋪裝，內設雙層鋼筋網。恢復拆除的防撞護欄。

5 加固效果驗算

根據以上加固設計進行加固修復計算，計算采用JTJ 023-85原設計荷載等級和規范要求進行。取值參數同原結構計算。

5.1 承載能力極限狀態驗算

承載能力極限狀態強度驗算見表4。

5.2 正常使用極限狀態驗算

正常使用極限狀態撓度驗算見表5。

表4 承載能力極限狀態強度驗算（組合Ⅱ）

表5 正常使用極限狀態撓度驗算

根據計算，在正常使用極限狀態下均小于拱計算跨徑的1/800=6.25 mm，滿足《公路橋涵設計規范》（合訂本）（1989）規范要求。

6 結語

1）通過僅增加腹拱墩截面，原三鉸拱結構形式不改變的情況下，試算模型，拱頂在溫度作用下，豎向位移依然很大，不能從根本上解決本次出現的三鉸拱拱頂下撓的病害問題。

2）通過將原三鉸拱改變為兩鉸拱，試算模型，拱頂豎向位移受溫度影響，比原三鉸拱結構豎向位移減少1.2 cm，豎向位移減少

50 %，加固效果明顯。但拱頂彎矩較大，結構為偏心受壓構件，經驗算，抗彎承載能力安全儲備較低，已經達到臨界值，在超載重車的影響下，會導致其拱頂開裂。

3）通過將原三鉸拱改為兩鉸拱的結構形式，可以有效減少結構受溫度作用產生較大的豎向位移，并且通過在腹拱圈設置肋板，可以有效提高新增兩鉸拱的抗彎承載能力，保證結構在正常使用過程中的安全、穩定。

4）根據加固效果計算可以得出，原結構三鉸拱受溫度尤其是降溫影響產生很大的豎向位移，通過對原三鉸拱邊立柱增大截面處理，并將其更換為兩鉸拱，增設拱肋后可以發現，拱頂位移受溫度影響減小，降溫20℃2—2截面豎向位移為－3.9 mm，5—5截面豎向位移為－4 mm。但內力值對于兩鉸拱拱頂處不利，但通過增設拱肋，并對兩鉸拱截面增大，且下緣鋼筋增強，其承載能力滿足規范要求。

5）根據加固前后腹拱拱腳水平位移的對比可知，腹拱墩截面的加強，有效提高腹拱墩截面剛度，使腹拱在活載及溫度影響下，拱腳水平位移減小，保證兩鉸拱的結構安全。

6）通過加固前后南側五跨腹拱靠近板處的腹拱拱腳位移量可知，在活載及溫度影響下，位移量較小，不足5 mm，可考慮不增設伸縮縫。

［1］張元澤，劉浩吾，蔣智勇.成樂高速公路橋梁病害成因分析及對策［J］.山西建筑，2010，36（5）：301-302.

Diseases analysis and reinforcement measures Sizhuang No.2 big bridge of 208 national highway

HU Fang

（Shanxi Changzhi Highway Survey and Design Institute，Changzhi046000，China）

On the basis of analysing on diseases situations of Sizhuang No.2 big bridge of 208 national highway，this paper listed the diseases causes，through the checking analysis proposed bridge repair and reinforcementmeasures，and according to the reinforcement design made reinforcement checking calculation，the results showed that after reinforcement increased the bending bearing capacity of additional two hinged arch，met the requirements of specification.

bridge，three hinged arch，disease，reinforcementmeasure

U445.71

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2012.19.032

1009-6825（2012）19-0202-03

2012-03-29

胡芳（1967-），女，工程師