某雙曲拱橋病害處治及加固方案設(shè)計(jì)

劉 鵬

(陜西省交通建設(shè)集團(tuán)公司)

1 工程概況

該橋建于1974年，橋梁全長(zhǎng)209.9 m，橋面為凈7.0+2×1.0 m人行道。橋梁上部結(jié)構(gòu)為6孔空腹式雙曲拱橋(6肋5波)，每跨設(shè)12道橫系梁和兩道橫隔板，每隔4道橫系梁設(shè)一道橫隔板，主拱矢跨比為1/6;下部結(jié)構(gòu)采用重力式橋墩和U形橋臺(tái)。基礎(chǔ)為擴(kuò)大基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)荷載為汽-15級(jí)，掛車-80。由于該橋服役時(shí)間較長(zhǎng)，隨著所在線路交通量劇增及超載情況嚴(yán)重，目前橋梁結(jié)構(gòu)狀況較差。

2 橋梁現(xiàn)狀

2.1 結(jié)構(gòu)一般檢測(cè)結(jié)果

2.1.1 橋面系

(1)全橋橋面鋪裝層均有不同程度破損，橋面坑凹不平，積水嚴(yán)重。

(2)欄桿開裂嚴(yán)重，大部分嚴(yán)重破損，多處欄桿缺失，混凝土剝落。鋼筋外露，銹蝕，端柱混凝土剝落。

(3)人行道緣石有歪扭現(xiàn)象，道板混凝土破損嚴(yán)重。

2.1.2 主拱圈

(1)拱肋混凝土強(qiáng)度測(cè)試值平均為37.9 MPa左右，比原設(shè)計(jì)強(qiáng)度高，原設(shè)計(jì)混凝土標(biāo)號(hào)為C25。

(2)部分拱肋存在鋼筋裸露嚴(yán)重銹蝕、混凝土崩落、開裂現(xiàn)象。

(3)主拱圈多處滲水，尤以實(shí)腹段與空腹段連接部分更嚴(yán)重;拱頂填料范圍內(nèi)拱波上面沒(méi)有拱板，部分拱波出現(xiàn)縱向通縫，個(gè)別拱波裂縫寬度約達(dá)0.3mm;個(gè)別拱肋出現(xiàn)縱橋向裂縫，拱頂部位有多條豎向裂縫。

(4)部分橫梁損壞，功能降低。

(5)墩臺(tái)頂腹拱圈底面有橫橋向貫通裂縫，破損嚴(yán)重部分呈碎片狀，立墻砌縫脫落滲水。

2.1.3 墩臺(tái)

(1)兩岸橋臺(tái)及其拱座基本完好，部分錐坡砌體破損。(2)橋墩有少量砌縫脫落，個(gè)別基礎(chǔ)有沖刷現(xiàn)象。

2.2 靜動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 靜載試驗(yàn)結(jié)果

該橋在相當(dāng)于汽-15級(jí)，掛車-80荷載作用下，中載時(shí)邊跨跨中截面撓度校驗(yàn)系數(shù)最大值為124%，最小值為57%，平均為91%;偏載時(shí)跨中截面撓度校驗(yàn)系數(shù)最大值為118%，最小值為54%，平均為89%。結(jié)果表明主拱圈整體性較差，豎向剛度較弱，各拱肋受活載作用效應(yīng)不均勻。

在中載作用下，邊跨跨中截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)，最大值為94%，最小值為64%，平均為82%，在偏載作用下，邊跨跨中截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)，最大值為97%，最小值為50%，平均為71%;在中載作用下，邊跨拱腳截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)，最大值為116%，最小值為80%，平均為90%;在偏載作用下，邊跨拱腳截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)，最大值為90%，最小值為74%，平均為79%;在中載作用下，邊跨拱腳截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)，最大值為156%，最小值為35%，平均為84%。結(jié)果表明，各拱肋受活載作用效應(yīng)極不均勻，主拱圈整體工作性能較差。

結(jié)果表明，主拱圈有一定的彈性工作性能，但安全儲(chǔ)備不足，主拱圈荷載橫向分布不均勻，整體工作性能較差。

2.2.2 動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)構(gòu)前二階頻率實(shí)測(cè)值與計(jì)算值較為接近。實(shí)測(cè)最大沖擊系數(shù)1+μ=1.163 6，較計(jì)算值1.091 7大。

結(jié)果表明，橋梁動(dòng)力性能較好，但橋面平整性較差。

3 加固方案設(shè)計(jì)

3.1 加固設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)本橋結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀和靜動(dòng)載試驗(yàn)評(píng)估結(jié)論，并結(jié)合原橋竣工資料驗(yàn)算成果，加固目標(biāo)為:將原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)汽車-15級(jí)、掛車-80提高為公路-Ⅱ級(jí)，利用原拱6肋5波拱圈結(jié)構(gòu)，拆除全部人行道，改為防撞墻;拆除原橋面鋪裝及拱上填料約25 cm，現(xiàn)澆20 cm C40混凝土和5 cm瀝青混凝土橋面鋪裝，橋面寬度組成為凈8.3 m+2×0.4 m(防撞墻)。

3.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.2.1 增大截面法加固主拱肋

(1)采用外包混凝土加大拱肋的方法加固主拱肋，并在所加固拱肋的起拱線處增設(shè)牛腿構(gòu)造。

(2)每孔主拱圈增設(shè)3道現(xiàn)澆橫系梁。

(3)拱肋增大后仍為等截面形式，外包混凝土在原拱腹線以下為20 cm厚，兩側(cè)各15 cm寬。

3.2.2 拱波裂縫及破損修補(bǔ)

拱波裂縫首先采用環(huán)氧砂漿封閉裂縫，后高壓注入水泥漿;拱波破損范圍較大時(shí)采用現(xiàn)澆混凝土填充修補(bǔ)。

3.2.3 欄桿拆除新建防撞墻

拆除原橋面欄桿和人行道板，新建防撞護(hù)墻。為提高防撞墻的抗沖擊作用，防撞墻鋼筋應(yīng)與橋面鋪裝鋼筋焊接形成一體。

3.2.4 橋面鋪裝

拆除原橋面鋪裝層及拱上填料共計(jì)約25 cm，用其余填料調(diào)整橫坡并密實(shí)原填料層后，現(xiàn)澆20 cm厚的C40鋼筋混凝土鋪裝層，增設(shè)一層防水層，再攤鋪一層5 cm厚AC-16瀝青混凝土層。

3.2.5 拱上建筑

對(duì)已破損的腹拱圈構(gòu)件增設(shè)新板拱;對(duì)外脹的側(cè)墻砌體拆除重修。

3.2.6 下部結(jié)構(gòu)

在墩(臺(tái))頂拱座處增加鋼筋混凝土牛腿構(gòu)造。對(duì)于個(gè)別沖刷嚴(yán)重的墩臺(tái)，采用片石混凝土填充;對(duì)松動(dòng)墩、臺(tái)身砌體注水泥漿補(bǔ)強(qiáng)。

4 施工主要事項(xiàng)

4.1 施工工序

施工時(shí)應(yīng)遵循先卸載后加固，再加二期恒載的原則，即按照拆除原橋面鋪裝層、人行道、欄桿及部分拱上填料→植筋、布置鋼筋、澆筑混凝土加固主拱圈牛腿→澆注橫系梁→對(duì)拱波裂縫進(jìn)行注水泥漿封閉處理→現(xiàn)澆C40混凝土鋪裝層，加設(shè)防水層→澆注防撞墻混凝土→攤鋪瀝青混凝土面層的施工順序進(jìn)行。

4.2 主要施工工藝及要點(diǎn)

4.2.1 主要施工工藝

(1)拱肋加固施工

①拱肋加固可采用支架或吊架的方法。用支架法時(shí)，支架必須穩(wěn)固;用吊架法時(shí)，吊架的吊點(diǎn)應(yīng)作用于主拱肋上。②所有新舊混凝土接合面均作鑿毛處理，清除破損嚴(yán)重的混凝土部位，并沖洗干凈。③拱肋外包混凝土施工順序?yàn)榛炷翝仓墓澳_向拱頂，兩側(cè)同步對(duì)稱施工。在拱頂橫系梁一側(cè)1 m外留50 cm作為封拱現(xiàn)澆段，待其余拱肋外包混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再在低溫時(shí)段用微膨脹混凝土澆筑該封拱現(xiàn)澆段。④外包混凝土施工前，必須對(duì)加固拱肋的幾何尺寸進(jìn)行詳細(xì)量測(cè)，并以此作為放樣的依據(jù)。⑤保證加固后的拱肋腹線曲線順滑。⑥在原拱肋上植筋鉆孔時(shí)，盡可能減少對(duì)原拱肋混凝土的損害，如遇原拱肋鋼筋，孔位可適當(dāng)調(diào)整。清除鉆孔塵渣后再注膠植筋。

(2)拱波裂縫封閉及破損修補(bǔ)

沿拱波裂縫表面，用環(huán)氧砂漿封閉裂縫，留有進(jìn)出漿嘴，高壓注入水泥漿封閉。破損較大處采用現(xiàn)澆混凝土填充。

(3)橋面鋪裝拆除與更換

拆除原鋪裝層及原拱頂填料共25 cm厚，利用原余填料調(diào)整橫坡并壓實(shí)填料后施工橋面混凝土鋪裝層。新鋪瀝青橋面鋪裝應(yīng)按相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，施工時(shí)應(yīng)注意橋面標(biāo)高與兩端引線在25 m范圍內(nèi)的銜接。

4.2.2 施工要點(diǎn)

(1)拆除舊的橋面系及拱頂填料后，再進(jìn)行主拱圈加固。(2)環(huán)氧砂漿的配合比要準(zhǔn)確，其攪拌必須充分。(3)植筋鉆孔前，必須探明鋼筋位置，嚴(yán)禁盲目鉆孔植筋，施工前應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，檢驗(yàn)植筋工藝。(4)在進(jìn)行錨固安裝鋼筋前，必須確保孔內(nèi)清潔無(wú)灰塵，且必須保持干燥。(5)植筋孔注膠時(shí)，必須使鋼筋插入后孔內(nèi)膠液飽滿，注膠應(yīng)在氣溫較高時(shí)進(jìn)行。(6)植筋孔注膠24 h后方可對(duì)被加固構(gòu)件進(jìn)行下道工序。(7)對(duì)整體化鋪裝層混凝土表面進(jìn)行拉毛處理并噴涂防水層，以便瀝青混凝土與鋪裝混凝土緊密結(jié)合。(8)防水層要嚴(yán)格按施工規(guī)程施工，不允許橋面滲漏水。

［1］ 中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司(JTG/T J23-2008)［S］.公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范.北京:人民交通出版社，2008.

［2］ 安璐璐.某30 m雙曲拱橋的病害分析及維修加固方案簡(jiǎn)介［J］.北方交通，2013，36(4):100-102.