后姜溝公路橋病害分析及維修加固設(shè)計(jì)

邱華+張秀梅+衣海明

摘 要：結(jié)合檢測(cè)結(jié)論，對(duì)后姜溝公路橋出現(xiàn)的病害進(jìn)行原因分析；針對(duì)該橋存在的主要問題，通過維修加固使其達(dá)到公路-Ⅱ級(jí)荷載等級(jí)的使用標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：剛架拱橋；病害分析；行車安全；維修加固；裂縫；增大截面

中圖分類號(hào)：U448.14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2017）05-0065-02

1 工程概況

后姜溝公路橋位于南水北調(diào)東線一期工程?hào)|平湖～濟(jì)南段輸水工程河道上，為30m剛架拱橋，橋梁總長41m，其橫向布置為凈-7+2×0.5m，于2004年建成通車。設(shè)計(jì)參照1983年《鋼筋混凝土剛架拱橋定型設(shè)計(jì)圖》，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：汽-20，掛-100。

2016年7月，業(yè)主委托檢測(cè)單位對(duì)該橋進(jìn)行了安全檢測(cè)，存在主要問題如下：①拱腿、外弦桿存在超限裂縫；②微彎板出現(xiàn)多條縱向貫通裂縫，且出現(xiàn)大面積嚴(yán)重破損，甚至穿孔；③輔孔橋板多處出現(xiàn)橫向貫通裂縫，縫寬未超限；④既有伸縮縫已完全失效；⑤時(shí)隔兩個(gè)月再次查勘現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)橫系梁新增多條貫通裂縫，且多處出現(xiàn)破碎，說明橫系梁出現(xiàn)嚴(yán)重的功能性病害，發(fā)展迅猛，且有繼續(xù)擴(kuò)張現(xiàn)象。

2 橋梁病害原因分析

病害的產(chǎn)生原因是多方面的，交通量和超重車迅猛增加，定型設(shè)計(jì)圖本身的不足，日常養(yǎng)護(hù)不到位等都是產(chǎn)生病害的主要原因。

2.1 定型設(shè)計(jì)圖的不足

（1）后姜溝公路橋采用的剛架拱橋是我國自主創(chuàng)新的橋型，作為一種輕型的組合體系拱橋，拱上結(jié)構(gòu)與主拱結(jié)合成一個(gè)整體共同受力，與一般簡(jiǎn)單體系拱橋相比，拱上建筑聯(lián)合作用能減輕主拱受力的有利因素已被挖掘，承載潛力較小。

（2）橋面系和橫系梁截面尺寸偏小，配筋偏少，與拱片的連接不夠牢固，整體受力不足，重車作用下微彎板出現(xiàn)開裂、斷板、穿孔現(xiàn)象。橫系梁損壞后不利于荷載的橫向分布，加重橋梁病害。

（3）外弦桿和內(nèi)弦桿采用相同的尺寸，由于外弦桿是受彎構(gòu)件，內(nèi)弦桿是偏心受壓構(gòu)件，這使得在設(shè)計(jì)荷載作用下外弦桿正彎矩增大，出現(xiàn)微裂縫。這樣的弦桿承受超重車輛時(shí)，裂縫就會(huì)增多、增寬、增大、貫穿截面，從而出現(xiàn)病害，影響安全使用。

2.2 交通管控力度不夠

該橋由水利部門建設(shè)，因各種原因未能移交給當(dāng)?shù)亟煌ú块T，且水利部門無權(quán)對(duì)交通進(jìn)行管制，近幾年通過該橋百噸以上超重車流量激增。超載運(yùn)輸導(dǎo)致剛架拱橋結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀況超出設(shè)計(jì)理論值及規(guī)范規(guī)定允許值，不超載時(shí)，各構(gòu)件工作尚屬正常。一旦超載增多，對(duì)于剛架拱橋這種自身承載潛力較小的輕型結(jié)構(gòu)橋梁更容易產(chǎn)生較大變形，造成控制截面承載力不足，致使各構(gòu)件的薄弱面出現(xiàn)裂縫，對(duì)橋梁造成嚴(yán)重?fù)p害，行車安全存在較大隱患。

2.3 日常養(yǎng)護(hù)不到位，局部構(gòu)件維修不及時(shí)

一座橋梁竣工交付使用后將進(jìn)行兩方面的工作：其一是經(jīng)常性的養(yǎng)護(hù)維修；其二是針對(duì)橋梁實(shí)際存在的問題，進(jìn)行必要的技術(shù)改造，使其滿足新的使用要求。橋梁的維修養(yǎng)護(hù)，主要包括日常檢修和對(duì)危害橋梁正常運(yùn)營的部分進(jìn)行修繕工作。該橋由水利部門進(jìn)行管養(yǎng)，受條件限制，當(dāng)橋梁局部構(gòu)件出現(xiàn)問題時(shí)不能及時(shí)有效的進(jìn)行專業(yè)修復(fù)，長此以往，當(dāng)損害累計(jì)到一定程度時(shí)就會(huì)影響到全橋的安全。

3 維修加固設(shè)計(jì)

3.1 維修加固設(shè)計(jì)原則

（1）加固維修方案設(shè)計(jì)及實(shí)施盡量減少對(duì)原有結(jié)構(gòu)的損傷，并盡量充分利用原有構(gòu)件，保證原有結(jié)構(gòu)保留部分的安全性與耐久性。

（2）橋梁經(jīng)加固維修后，能恢復(fù)使用功能，增強(qiáng)安全性和耐久性。

3.2 維修加固設(shè)計(jì)目的

針對(duì)該橋存在的主要問題，通過維修加固使其達(dá)到公路-Ⅱ級(jí)荷載等級(jí)的使用要求。

3.3 維修加固設(shè)計(jì)

根據(jù)檢測(cè)的主要病害情況，結(jié)合荷載試驗(yàn)的結(jié)論，針對(duì)本橋?qū)嶋H情況，提出維修加固方案：拆除橋面鋪裝層及微彎板，改為現(xiàn)澆橋面板結(jié)構(gòu)，設(shè)置防撞護(hù)欄；并對(duì)弦桿、拱腿、橫系梁增大截面加固。維修加固后，橋面寬度為凈7+2×0.5m，橋面總寬為8.0m。

（1）弦桿、拱腿及橫系梁增大截面加固：對(duì)弦桿、拱腿及其橫系梁裂縫、混凝土剝落等病害進(jìn)行處理，并進(jìn)行鑿毛，然后植筋澆筑混凝土。

（2）裂縫處理：對(duì)構(gòu)件的裂縫進(jìn)行處理。

（3）更換輔孔橋板：將原橋輔孔橋板更換為現(xiàn)澆混凝土橋板，并將支座重新更換。

（4）更換橋面鋪裝：將原橋微彎板、填平層、橋面鋪裝更換為現(xiàn)澆橋面板。

（5）更換伸縮縫：更換主拱與臺(tái)帽處伸縮縫。

維修加固工序?yàn)椋翰鸪龢蛎驿佈b層及微彎板→裂縫處理→弦桿、拱腿及其橫系梁增大截面加固→更換輔孔橋板→現(xiàn)澆橋面板→澆筑護(hù)欄。

4 維修加固前后結(jié)構(gòu)復(fù)核

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2015），荷載等級(jí)采用公路-Ⅱ級(jí)，設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1。

計(jì)算模型分兩種形式，采用MIDAS CIVIL計(jì)算軟件對(duì)該橋進(jìn)行有限元分析。

模型1：假定原橋無結(jié)構(gòu)性病害，對(duì)原橋采用公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算；

計(jì)算結(jié)果如下：

經(jīng)過維修加固后，橋梁所有截面承載能力均滿足要求。

5 施工工藝及注意事項(xiàng)

5.1 裂縫處理

（1）對(duì)拱腿附近的網(wǎng)狀裂縫進(jìn)行封縫（表面封閉法）：裂縫寬在0.15mm以下，用修補(bǔ)膠沿裂縫走向從上至下均勻涂刷兩遍進(jìn)行封閉（寬度6～8cm），并在上面分段緊密貼上一層玻璃絲布（寬度5～7cm），形成封閉帶。工藝流程：擴(kuò)縫→清渣、吹風(fēng)→涂刷修補(bǔ)膠→封縫。

（2）對(duì)拱腿、外弦桿、橫系梁多條超限裂縫進(jìn)行灌縫（壓力灌注法）：裂縫寬均超過0.15mm，采用壓力灌注法進(jìn)行修補(bǔ)。工藝流程：鉆孔→清孔及表面處理→粘貼灌漿嘴→裂縫表面封閉→壓氣試驗(yàn)→灌膠→表面清理，最后對(duì)每一道裂縫表面再涂一層混凝土深層滲透型防水密封劑，確保封閉嚴(yán)實(shí)，使其顏色與原混凝土結(jié)構(gòu)表面盡量保持一致。

（3）對(duì)于蜂窩、麻面部位等一些淺表面的混凝土病害，先鑿除表面疏松腐蝕部分，然后用混凝土柔性修補(bǔ)劑修補(bǔ)。

5.2 增大截面加固

對(duì)弦桿、拱腿和拱腿間橫向連系梁采取增大截面加固。其工藝流程：表面處理→植筋掛網(wǎng)→立模澆筑混凝土→養(yǎng)護(hù)。工藝要點(diǎn)如下：

（1）表面處理。把構(gòu)件表面抹灰層鏟除，對(duì)混凝土表面存在的缺陷清理至密實(shí)部位，并將表面鑿毛成凹凸差不小于6mm的粗糙面。清除混凝土表面的浮塊、碎渣、粉末，用壓力水沖洗干凈。為了加強(qiáng)新、舊混凝土整體結(jié)合，在原混凝土表面涂刷混凝土界面劑等。

（2）植筋掛網(wǎng)。在原構(gòu)件表面按設(shè)計(jì)要求植入相應(yīng)鋼筋。在植筋完成后，應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求安裝鋼筋網(wǎng)，安裝過程中應(yīng)準(zhǔn)確定位，保證鋼筋平整順直，并嚴(yán)格控制保護(hù)層厚度。鉆孔前可用鋼筋探測(cè)儀探測(cè)橋梁構(gòu)件植筋部位鋼筋位置，或鑿去保護(hù)層暴露鋼筋，若植筋孔位處存在鋼筋，則適當(dāng)調(diào)整鉆孔位置。植筋鋼筋直徑12mm，植筋鉆孔直徑16mm，錨固深度150mm。植筋用膠黏劑采用專用灌注器或注射器進(jìn)行灌注，灌注量一般為孔深的2/3，并應(yīng)保證在植入鋼筋后有少許膠黏劑溢出。注入膠黏劑后應(yīng)立即單向旋轉(zhuǎn)插入鋼筋，直至達(dá)到設(shè)計(jì)的深度，并保證植入鋼筋與孔壁間的間隙基本均勻，校正鋼筋的位置和垂直度。

（3）立模澆筑混凝土。增大截面加固時(shí)混凝土厚度一般較小，因此需要較高的控制精度，在立模時(shí)需要平順，盡量減小模板與原構(gòu)件間的空隙。施工時(shí)，要求施工仔細(xì)、振搗密實(shí)。

（4）養(yǎng)護(hù)。由于原混凝土收縮已完成，后澆混凝土凝固收縮時(shí)易造成界面開裂或板面后澆層龜裂，因此，在澆筑新混凝土12小時(shí)內(nèi)就應(yīng)開始飽水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期為兩周。

6 結(jié)語

維修加固完成后，后姜溝公路橋能滿足現(xiàn)行荷載等級(jí)的使用要求，但為了確保橋梁的正常使用，建議管養(yǎng)部門做好與交通部門的工作對(duì)接，采取措施限制超重車輛的通行，并加強(qiáng)對(duì)下部結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)及日常維修養(yǎng)護(hù)工作，關(guān)鍵構(gòu)件要定期檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，以免局部構(gòu)件的損害影響到全橋的安全。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50367-2013）

[3] 史強(qiáng)，宋運(yùn)來.剛架拱橋病害分析及設(shè)計(jì)施工改進(jìn)措施[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版）. 2008年06期.