混凝土拱橋的病害分析與加固方案選擇

摘要：文章對江油市團山大橋病害原因進行分析，建立有限元模型對原橋承載能力進行計算，采用不同的加固方法對該橋主拱圈進行加固，從加固前后橋梁結構承載能力提高方面對加固方法進行評價，以此說明拱橋加固需根據橋梁現狀選擇合適、可靠經濟的加固方案。文章提出的維修加固方法可為同類型橋梁的加固提供技術參考。

關鍵詞：主拱圈；有限元，加固；極限承載力

中圖分類號：U448 文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2014）21-0132-02

20世紀80年代，我國修建了許多鋼筋混凝土箱拱橋，尤其是西部地區，這些拱橋由于車輛超載嚴重，超負荷運行，養護未跟上及原橋施工和所用材料可能存在某些缺陷等諸多原因，大都出現或多或少的病害，存在安全隱患，已不能滿足現有交通要求。對于這些橋梁，全部拆除重建是不可取的，必須對橋梁出現的病害進行分析，采取可靠、經濟的加固方案對其加固補強，提高荷載等級。本文以團山大橋的加固實例，來說明鋼筋混凝土拱橋的病害分析及加固方案的選擇。

1工程概況

團山大橋位于江油市武都鎮。主橋為5×45 m鋼筋混凝土箱形拱橋，橋梁全長290 m。主橋矢跨比為1‥7，拱圈為C30混凝土，箱高1.1 m，拱圈為等截面懸鏈線。原橋設計荷載為：汽車荷載：汽-20，掛車-100；人群荷載：3.5 kN/m2。團山大橋如圖1所示。

該橋建于1986年，運營期間經歷了“5·12”特大地震及數次特大洪水，經檢測機構2013年檢測和評估評定為4類危橋，處于較差的狀態，后經某檢測單位于2014年2月荷載試驗，該橋不能滿足原設計荷載汽-20，掛車-100，要求必須進行維修加固，提高荷載等級。

該橋主要病害為：主拱圈底板較毛，拱圈砼蜂窩麻面、滲析且多處滲水；上、下游側腹板均有多條豎向裂縫；板間最大高差8 cm，拱上側墻豎向開裂。各跨腹拱均有腹拱拱頂開裂、滲水，接頭處勾縫脫落，拱上填料豎向開裂，橋面板破損嚴重，橋面排水設施功能下降，人行道板空洞、露筋，欄桿破損。

2病害分析

2.1裂縫分析

主拱圈裂縫產生的主要原因是施工時現澆混凝土與預制箱體結合不好，導致兩者不能共同受力，整體性較差。特別是運營之后，由于汽車荷截的反復作用，拱圈截面的整體性問題日漸突出，截面整體性差了，而荷載等級又不斷地增大，拱圈必然產生超過允許寬度的徑向裂縫。腹拱拱頂開裂的主要原因是施工時未按要求設置斷縫，近年來超載車輛日益增多，導致腹拱拱頂開裂。

2.2原橋有限元分析

為了分析團山大橋病害原因，本文利用有限元分析軟件MIDAS/Civil2010對原橋進行模擬，采用原設計驗算荷載對結構進行了驗算，驗算結果見表1，結構表明：主拱圈拱腳截面的承載能力不能滿足要求，L/4截面與拱頂截面的承載能力雖滿足要求，但是安全系數較低。

3加固設計方案

3.1主拱圈加固方案

根據原橋主拱圈病害分析以及橋梁荷載試驗結果，對團山大橋主拱圈的加固采用了以下兩種加固設計方案。

3.1.1主拱圈加固方案一

加固措施為：對主拱圈裂縫及破損進行修補，拱背用25 cm厚C40鋼筋砼增強層補強。拆除拱上填料，對腹拱圈裂縫及破損進行修補，重新修建拱上填料，并加固橫墻底座，如圖2所示。

為了保證加固質量，采用如下施工工藝：

①清除泥土，洗凈拱背。

②放樣。在鉆孔之前，現場施工技術人員先按圖放樣，標定鉆孔位置。

③用電錘或鑿巖機鉆孔，鉆頭直徑應在22 mm以上，注意按圖施工，鉆孔的位置和斜度都要準確。

④清孔。用水清洗孔眼，清除孔中的粉塵和碎渣。清孔后用植筋膠植筋。

⑤洗刷拱背。為使新老混凝土有較好的粘結，應用鋼刷將拱背混凝土表面刷洗干凈，并用水沖洗。對于光滑的混凝土表面（如腹拱墩的側面），還應進行人工鑿毛（鑿些小坑），小坑的間距為3 cm，深度5 mm。

⑥綁扎鋼筋。刷洗后，可綁扎分布鋼筋和主筋。鋼筋位置應正確并防止在澆筑混凝土時挪動。全部綁扎好之后可再沖洗一次拱背。

⑦用525普通硅酸鹽水泥配成的水泥漿刷在拱背上，然后再澆筑混凝土。注意混凝土的密實度和拱背的外形。

⑧混凝土的養護。澆完混凝土之后應注意灑水養生，務使混凝土表面經常處于濕潤狀態。灑水養護時間不得少于7 d。

3.1.2主拱圈加固方案二

加固措施為：對主拱圈裂縫及破損進行修補，拱圈底部用25 cm厚鋼筋砼增強層補強。拆除腹拱圈及拱上建筑，保留拱上橫墻并加固加高，并在橫墻上增設蓋梁，橋面采用預制安裝鋼筋砼簡支實心板，改拱式建筑為梁板式建筑，減輕上部自重。如圖3所示。

3.2加固注意事項

在施工過程中，始終要保持對稱、均衡施工。前一道工序沒有完成，不得進行下一道工序，新老混凝土的結合面一定要鑿毛，清洗干凈后才能澆注混凝土。拱圈加強層澆筑采用分段間隔澆筑，先下后上，左右對稱。

4加固后有限元分析

利用利用有限元分析軟件MIDAS/Civil2010建立計算模型，如圖4所示。分別選取主拱圈的拱腳、L/4截面以及拱頂截面進行驗算，通過MIDAS/Civil軟件的影響線加載，可得出在最不利荷載作用下的作用效應，見表2與表3。

通過表2、表3可得出，在最不利荷載作用下，方案一與方案二各驗算截面的承載力均較原橋的承載能力提高較大，方案一承載能力提高幅度比方案二大。

5方案比較

兩種加固方案中，方案二拱圈下部加固的方法，由于需要搭設滿堂支架，用錨噴混凝土加固又需要空壓機、噴射機等施工設備，增大了加固的費用；方案一拱圈上部（拱背）加固時，不需搭設支架，具有速度快、質量好、造價低的優點，且方案一比方案二提高原橋承載能力的幅度大，是較為優選的方案。所以最終選用方案一對主拱圈進行加固。

6結語

本文采用的方案一與方案二均能較大程度的提高原橋主拱圈的承載能力，兩中方案均可利用在橋梁加固中。方案一比方案二提高原橋承載能力的幅度大，是較為優選的方案。該方案不僅可利用原主拱圈作為支架，避免了搭設滿堂支架，工期較短且經濟效益較好，最終選用方案一對主拱圈進行加固。所以，舊橋加固應該在充分了解分析原橋狀況的基礎上，對橋梁結構采取適合、可靠、經濟的加固方案進行加固。

參考文獻：

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