淺談箱形拱橋的常見病害及加固技術

賈利勛

(甘肅省交通規劃勘察設計院有限責任公司,甘肅蘭州 730030)

淺談箱形拱橋的常見病害及加固技術

賈利勛

(甘肅省交通規劃勘察設計院有限責任公司,甘肅蘭州 730030)

文章通過對箱形拱橋的常見病害及成因分析,根據拱橋加固的基本原理,提出了幾種常用的箱形拱橋的加固工藝。

箱形拱橋 病害 加固

1 橋型結構特點

箱形拱橋是由幾個箱式組成拱圈截面，其外型相似于板拱，但是截面挖空率大，挖空率可達全截面的50%～70%，與板拱相比可節省大量圬工體積，減輕重量，適合于大跨徑拱橋。箱形截面的中性軸大致居中，對于抵抗正負彎矩具有幾乎相等的能力，能較好地適應主拱圈各截面正負彎矩變化的需要，箱形拱是閉合空心截面，抗彎和抗扭剛度大，拱圈的整體性好，應力分布較均勻；單條箱肋剛度較大，穩定性較好，能單箱肋成拱，便于無支架吊裝。危及箱形拱橋安全的重要病害

2 危及箱形拱橋安全的常見病害及成因

2.1 主拱圈

(1)常見病害。主拱圈是箱形拱最重要的受力結構，在橋梁運行時拱圈是受壓結構，在受到超載荷壓力和拱圈自身變形的影響下，壓力線和形心線會發生偏移，造成偏心受壓，嚴重的會造成跨中、拱腳等重要設計受力控制截面發生徑向裂縫，使受力體系發生改變，所以在檢查橋梁時，應該重點監測以下內容：檢測主拱圈是否變形，如拱腳錯臺、拱頂變形等；另外要檢查拱頂下緣及側面是否發生裂縫，主拱圈部位的縱向、橫向裂縫；查看主拱圈混凝土是否存在剝落、露筋銹蝕的現象；最后要注意主拱圈是否有位移現象和滲水。(2)病害的成因及表現形式。當主拱圈的抗彎強度和抗剪強度不夠時，都會引起拱圈開裂，當抗彎強度不足時，裂縫主要發生在拱頂區段的拱圈下緣與側面、拱腳處的拱圈和側面；當抗剪強度不足時，裂縫發生在拱腳、空腹孔的立柱底梁截面處。當主拱圈組成材料抗壓強度不夠時，會引起劈裂或壓碎。兩拱腳墩臺不均勻沉降時也會引起拱圈開裂，一般出現在拱頂區段，橫橋向貫穿全拱圈，可觀測到裂縫的寬度上下變化不大，而且兩側有錯動；當墩臺基礎上、下游不均勻沉降會引起拱圈及墩臺出現順著橋向的裂縫。

2.2 拱上建筑

(1)常見病害。拱上混凝土立柱、蓋梁和板跨裂縫，拱上混凝土出現破損啃邊、剝落、露筋、銹蝕、裂縫滲水病害；混凝土表面風化露石、麻面及少量空洞等缺陷；橫墻、側墻砌石中等風化，砌體灰縫脫落、局部外鼓等；腹拱圈拱腳、拱頂發生裂縫；橋面鋪裝層開裂，側墻發生開裂、傾斜、外移等。(2)病害的成因及表現形式。拱上立柱、蓋梁、底梁及拱形腹孔拱圈的強度和剛度不足，會導致裂縫和混凝土的破損；同時拱上填料積水，也會引起拱上側墻鼓脹或脫離開裂，加之車輛作用下，因拱圈受力不均勻，引起拱圈的局部損壞。拱上填料不密實，路面砼材料性能差，受超載車輛反復碾壓會導致橋面鋪裝層開裂，橋面鋪裝層出現縱橫裂縫、局部龜裂、坑槽現象；長期行車振動或人為因素會導致欄桿出現松動、欄桿柱接頭露筋、混凝土剝落等病害。

3 加固工藝及技術

箱形拱橋的跨度較大，加固方案的實施易受地形條件、地質條件及交通通行條件等因素的影響，所以首先應了解拱橋載荷力的決定性因素，再根據病害的成因設計具體的加固方案。

3.1 拱橋加固基本原理

拱式橋梁在荷載(恒載和活載)作用下，除了承受荷載產生的軸向壓力外，還承受荷載對其產生的彎矩和剪力，由于剪力的影響相對較小，可表達拱式結構是以壓彎構件作為承重結構。拱式橋梁主拱圈結構受力狀況由三個要素決定，即荷載(恒載和活載)作用產生的內力(軸力、彎矩)、主拱圈截面的面積，和彎矩慣性矩或幾何抗彎彈性模量，以及主拱圈材料的自身強度。

3.2 增大主拱圈截面

當拱圈的強度、剛度、穩定性和抗裂性能不足時，通常采用增大構件截面、增大配筋、提高配筋率的加固方法。這種方法是在拱圈的上部或下部植筋加大尺寸，增配主筋，提高拱圈的有效高度和抗彎剛度，從而提高橋梁的承載力。

3.3 粘貼碳纖維布加固法

碳纖維是一種新型建材，因其質輕、耐腐蝕、片材薄、抗拉強度高而被廣泛應用。碳纖維布(片)加固法被視為拱橋加固補強、提高承載能力，尤其是當高度受限制時的首選加固方法，具有施工工藝易于掌握的特點。

3.4 粘貼鋼板加固法

采用環氧樹脂系列粘貼劑，將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結構物的受拉區域或薄弱部位，使之與結構物形成整體，用以代替需增設的補強鋼筋，通過鋼板與補強結構的共同作用，提高其剛度，限制裂縫開展，改善鋼筋及混凝土的應力狀態，提高梁的承載力，以達到補強效果。

4 工程實例

4.1 工程概況

某大橋全長322m，上部結構為1跨20m的鋼筋混凝土雙曲拱+3跨80m的鋼筋混凝土箱形拱+1跨30m鋼筋混凝土雙曲拱，下部結構采用重力式墩臺，基礎為明挖基礎，橋面寬度為9m+2×0．75m，設計載荷為汽車—15級，掛車—80。

4.2 主要病害現象及原因分析

在長期的運營過程中，由于受車輛的不斷沖擊作用和超重車的影響，橋梁的拱上建筑部分和橋面系損壞嚴重。病害現象如下：(1)多數拱上帽梁和挑梁懸臂根部出現豎向裂縫，裂縫自梁頂向下延伸，裂縫多發生在負彎矩最大的位置，為受力裂縫。產生裂縫的原因是懸臂端根部的負彎矩過大，構件承載能力低所造成。(2)由于橋面系破損造成滲水，導致主拱圈、拱上結構、墩上結構表面混凝土剝落，形成多個凹面。(3)橋臺側墻出現裂縫，且裂縫寬度較大，單條豎向開裂，分布在上、下游橋臺側墻，主要為基礎的不均勻沉降引起。(4)由于超重車輛的行車載荷，行車道板承載力不足，底部出現橫向裂縫，最大縫寬為0．20mm，多數縫寬在0．04～0．12mm之間。

4.3 加固措施

(1)針對挑梁裂縫產生的原因，應鑿除挑梁加固部位表面的混凝土，鑿深以露出箍筋直徑的一般為宜，再植入新舊混凝土體連接鋼筋，安放外包鋼筋網，連接部位與植入鋼筋焊接，以此來提高構件的抗彎承載能力，立模后現澆混凝土。(2)主拱圈、拱上結構混凝土的剝落，為防止病害進一步加大，應該采用環氧砂漿修補。首先鑿除已經松動、剝落的混凝土部分，對修補部分進行鑿毛，保證混凝土表面干凈、干燥，露筋部位混凝土要全部鑿除，對于已經銹蝕的鋼筋要除銹處理，鋼筋橫截面損失超過20%的，要補焊鋼筋；最后均勻的涂上環氧砂漿。(3)對于橋臺不均勻沉降產生的裂縫，采用環氧樹脂灌漿法進行維修。首先鉆眼埋嘴，沿裂縫走向均勻的刷一層環氧漿液，寬度為7～8cm，然后在上面緊貼一層玻璃布，寬度為5～7cm。最后進行試氣密封檢查。(4)行車道板的裂縫采用粘貼碳纖維加固。首先充分打磨混凝土面層，配制找平材料并涂刮找平乳膠，粘貼樹脂，粘貼碳纖維，最后用尼龍輪滾壓碳纖維面層，在板底處刷一層厚度為0．5cm的環氧砂漿。

5 結語

箱形拱橋的加固改造是公路舊拱橋危橋改造的一個重要內容，也是公路管理部門面臨的一項重要課題。然而，在實際加固工程中，由于所考慮的因素較多，在選擇加固技術方案時，應結合工程實際情況，對加固技術的可行性、經濟性及使用性能進行分析，采用多種技術綜合處治，以獲得良好的加固效果。

[1]曹文婷,曹少輝.混凝土箱形拱橋的荷載試驗研究[J].科技致富向導,2011年11期.

[2]張麒蟄.鋼筋混凝土箱形拱橋病害分析與加固技術探討[J].水利與建筑工程學報,2009年03期.