混凝土空腹拱橋病害原因分析及維修加固設計

楊廣庭

【摘要】本文通過對混凝土空腹拱橋的病害調查及原因分析，針對橋梁的病害形成原因，對橋梁進行維修加固研究。

【關鍵詞】空腹拱；裂縫；維修加固

【Abstract】Fasting for disease investigation concrete arch bridge and analysis of the causes of the causes for the disease bridges， bridge maintenance and reinforcement of research conducted by this paper.

【Key words】Fasting arch；Crack；Repair and reinforcement

1. 橋梁概況

K187+190中橋位于河北某高速公路K187+190處，該橋行車方向與水流方向交角90°，上部結構為鋼筋混凝土無鉸拱，下部結構為漿砌塊石空腹橋臺，擴大基礎。大同方向橋面鋪裝結構為4cm粗骨料纖維瀝青混凝土+6cm粗粒式瀝青混凝土+25cm30號防水混凝土；宣化方向橋面鋪裝結構為4cm粗骨料纖維瀝青混凝土+5cm粗粒式瀝青混凝土+26cm30號防水混凝土。最大跨徑30m，橋長46.635m。設計荷載汽車-超20，掛-120。主拱圈為等截面懸鏈線無鉸拱 ，矢跨比為1/5，拱軸系數m=3.142，腹拱拱圈為圓弧拱，矢跨比1/4。橋梁位于R=10779.7m的凸曲線和R=2150m的平曲線上，縱坡（指豎交點與豎交點連線坡度）4.4%橋面右超高2%，主拱及腹拱均采用正拱斜置的做法，即以跨徑中心為原點順時針旋轉2°17′26″，縱坡主要在拱腳調整，兩拱腳連線縱坡4%。腹拱圈、腹拱墩在橋外側兩米采用現澆混凝土預制。原設計拱圈合攏溫度為5～15℃，橋梁竣工時間為1999年10月。

2. 橋梁病害

2011年定期檢查中該橋已被評定為三類橋。2012年春融后，特別是進入4月下旬，此橋病害發展迅速，其中表現最為嚴重的是宣化方向8號腹拱，該腹拱跨徑2.198m，拱圈厚為30cm，腹拱頂出現1條橫橋向貫通裂縫并伴有滲水堿蝕現象，縫旁混凝土脫落，縫寬約2mm，腹拱拱圈出現5條縱向貫通裂縫并伴有滲水堿蝕現象。同位置橋面病害表現明顯，行車道下沉2cm并伴有多條裂縫，面積約4×2.2m。車輛過橋時病害處有明顯錯動，并伴有異響。

3. 病害原因分析

根據現場檢測，發現該橋主要病害表現為：各腹拱拱圈均存在多條縱橫裂縫，大部分橫縫超限且伴有滲水；宣化方向8#腹拱上方橋面沉陷。經初步分析腹拱開裂的原因可能有以下幾點：

（1）溫度應力的影響。原設計在運營階段所考慮的溫度變化范圍為±25℃。而當地的室外最高氣溫可達37℃左右，最低氣溫可達-32℃左右，年相對溫差可達80℃左右，再考慮到橋梁處于深切的山丘間的沖溝處，會使溫差進一步加大。顯然設計所取得溫度范圍較小，從而影響到結構截面尺寸，板厚等參數的選取，造成實際的溫度應力與理論計算結果存在較大的偏差。

（2）重車的影響。重型超載車是對該橋產生影響的另一個主要因素。比較輕重兩半幅腹拱的裂縫情況，明顯可以看出重型超載車的影響。

（3）坡橋的影響。由于該橋處于坡道上，在橋面上會產生一定的斜向力（沿橋面方向），另外在坡道上一般重車會減速或勻速行駛，即使是保持勻速行駛也會沿橋面產生一定的慣性力，由于重車噸位較大就使得重車沿橋面方向產生較大推力，使該橋腹拱出現裂縫等破壞的特征。

（4）凍融影響。裂縫位置存在滲水現象，裂縫中的水在冬季凝結成冰對裂縫起到一定的擴張作用，同時凍融作用侵蝕了裂縫界面的混凝土導致裂縫進一步擴大。

（5）腹拱拱腳損壞的影響。經檢測發現該橋宣化方向8#腹拱拱腳存在一定程度的損壞，拱腳的損壞加劇了腹拱拱頂裂縫的擴張。

4. 維修加固措施

根據橋梁的檢測評定結果及原因的初步分析，制定以下維修加固措施：

（1）處理腹拱裂縫：對縫寬小于0.3mm的裂縫采用環氧樹脂膠封閉；縫寬大于0.3mm的采用低壓壓力灌漿修補。

（2）對其它部位的裂縫用灌縫膠進行封縫處理，對混凝土脫落的部位用聚合物砂漿進行修補。

（3）對宣化方向橋面沉陷部位進行局部挖補處理。

（4）對兩鉸腹拱進行套拱加固（3#、8#腹拱），在立墻上植筋錨固兩個牛腿，在牛腿上墊設橡膠板，在腹拱下布置鋼筋架立模版，通過橋面鉆孔（每個腹拱拱頂斷面均勻布置4個，共16個）澆筑灌漿料。

（5）將原橋TST伸縮縫及干砌式變形縫改為BJ200高彈式橋梁無縫伸縮縫。

5. 施工要點

5.1施工程序。

（1）封閉裂縫：對縫寬小于0.3mm的裂縫采用環氧樹脂膠封閉；對縫寬大于0.3mm的裂縫采用低壓灌漿修補。

（2）聚合物砂漿修補：混凝土脫落部位用聚合物砂漿修補。

（3）腹拱加固：對腹拱采用增設套拱的方式加固。

（4）橋面局部挖補：挖除橋面沉陷部位瀝青層，并用熱拌瀝青混合料修補。

5.2腹拱加固。

施工順序：橋面鉆孔→構建表面處理→鉆孔植筋→澆筑牛腿→澆筑套拱

（1）表面處理：混凝土表面要清除破碎部分，并鑿平鑿毛，使骨料露出，再用鋼絲刷或壓縮空氣清除浮塵。

（2）鉆孔植筋：具體施工工藝及注意詳見第四項，植入混凝土的錨栓鋼筋與牛腿橫向鋼筋焊接。

（3）澆筑牛腿：在腹拱兩側立墻上鉆孔植筋后澆筑牛腿。

（4）設置橡膠墊：澆筑套拱前，在牛腿與套拱的接觸面滿鋪1cm厚橡膠墊。

（5）澆筑套拱：在原腹拱拱圈上鉆孔植筋后布設鋼筋網，澆筑15cm厚混凝土套拱，套拱內鋼筋與植筋焊接。架立底模后（模版應預留通氣孔）通過橋面鉆孔灌注灌漿料。endprint

5.3BJ200高彈式橋梁無縫伸縮縫。

（1）用切割機在伸縮縫位置進行切割，切割深度控制在12～17cm，寬度為30cm。用風鎬清除舊料，注意不要損壞橋基面。

（2）用刷子對伸縮縫槽底及兩側進行清理并進行表面打磨，并清理和烘干。用快凝水泥將槽底修復平整并控制槽深為10cm。

（3）用耐高溫泡沫墊襯條填實橋縫，不留空隙。

（4）將BJ200接縫料加熱到170℃～190℃后覆蓋槽底，用刮板刮平，在槽的兩側也涂刷一層。注意要將整個槽底完全密封。

（5）在槽底鋪設1×0.1×0.08m的鋼板并用釘子固定，固定間距0.3m。固定好鋼板后，再鋪一層BJ200接縫料并用刮板刮平。

（6）將強度及壓碎值指標符合規范要求的單粒徑碎石加入攪拌機，用熱噴槍對準旋轉著的敞口攪拌機的口，將石料加熱到最少150℃，但石料的溫度不得高于190℃。用手持紅外線溫度計監測溫度。

（7）將加熱的石料均勻攤鋪在伸縮縫槽內，用耙子將石料刮成不低于20mm不高于40mm的厚度。用刮板將加熱的BJ200密封膠均勻的覆蓋在石料上，要使每個石頭間沒有空隙，石頭不外露。等上幾分種， BJ200會將石料間氣泡排出.然后按一層石料一層BJ200的步驟層層鋪蓋。直 到傾倒的接縫料離路面只剩下20到30mm，進行下一步驟。

（8）將石料和加熱的BJ200密封膠加入到旋轉著的攪拌機里混合攪拌，密封膠和石料的比例約1：5。快速將混合料傾倒于伸縮縫槽內，用刮板刮平，混合料鋪筑高度比相鄰的路面高出約 10mm。

（9）在離切割線4到5cm的路面上覆蓋兩條膠帶，用于表面防水、防污染物，保證接縫處與路面接合均勻。用V形桶裝規定溫度的BJ200密封膠通過刮板盒傾倒于槽面及兩邊膠帶上，不要太 多，只要填充石料間的空隙就可以。用刮板刮平，確保路面平滑沒有凹坑。

（10）為充分發揮密封膠的粘接性能，所有的操作都要具有連貫性。接縫料要實行分段施工，每段長度為3～3.5m，進行下一段的施工時應把兩段的連接處加熱至BJ200熔化，否則兩段間會出 現連續性不好的情況，可能會導致裂痕的出現。

（11）BJ200混合料壓實后，待混合料冷卻后即可開放交通。

6. 結語

橋梁病害的維修加固設計應先對病害的形成原因進行細致、全面的分析，結合病害成因，因地制宜的制定維修加固方案。本文混凝土空腹拱橋的腹拱病害的維修設計進行了闡述，僅供同行交流參考。

參考文獻

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[文章編號]1619-2737（2014）04-15-590endprint