順昌縣大干雙曲拱橋加固方案分析

■陳新玉

（南平通輝工程咨詢設計有限公司，南平 353000）

1 引言

雙曲拱橋于上世紀60年代起被廣泛應用在公路中，其具有造型美觀、用料省、造價低、施工方便、建造速度快等優點。但是由于當時技術水平的局限，以及橋梁設計荷載等級偏低、構件預制工藝標準低、鋼材用量少、橫向連結能力和結構整體性能差等先天不足，經過三四十年超限超載、大交通量的運營，相當部分雙曲拱橋都存在不同程度的結構性病害，或者已經被評定為危橋，根本無法滿足現在日益快速增長的交通量需求。為了發揮雙曲拱橋所特有的承載載潛力，通過檢測分析，揭示病害產生的原因，并有針對性地采取相應技術措施進行加固處理，能夠提高其通行能力和服務水平，讓其繼續安全運營，同時能為國家帶來巨大的社會和經濟效益。因此，本文以順昌縣大干雙曲拱橋加固方案進行分析。

2 工程案例

2.1 工程概況

順昌縣大干大橋位于縣道819線，是縣城通往大干鎮與建陽的交通要道，1972年建成通車。該橋上部結構為（5×35）m（凈跨徑）鋼筋混凝土雙曲拱橋，單跨主拱圈為6肋5波，主拱邊上各設3個腹拱。下部結構采用漿砌片石墩臺和擴大基礎。橋面寬度為6m（行車道）+2×0.58m（欄桿）。設計荷載等級為汽-15。由于往返于橋上的交通流量增加，車輛超載，且重型車輛偏載通行，該橋主要受力構件（拱肋）兩側產生多條豎向裂縫，并且貫通至拱肋底面，裂縫形態呈現為U字形；部分拱波出現縱向開裂滲水；同時還存在腹拱圈橫向開裂等病害。拱肋和拱波病害如圖1所示。經外觀檢查，根據《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21-2011）該橋評定為四類橋，若不加處理繼續運營，有可能導致安全事故的發生。因此為了確保安全，急需對該橋進行加固改造。

2.2 加固方案比選

按照雙曲拱橋病害發生部位的不同，常見的結構性病害主要有主拱圈病害、拱上建筑病害、橋墩橋臺病害等。傳統的雙曲拱橋加固方法很多，如加大拱肋截面尺寸法、拱肋粘帖鋼板碳纖維法、頂推法、改變腹孔結構形式等，但是這些方法僅僅是修復病害、恢復結構承載能力，不能起到橋梁提載作用。為了確保改造后的橋梁能滿足公路-Ⅱ荷載下正常使用要求，針對工程實例的典型病害，在傳統加固方法的基礎上提出兩種改變雙曲拱橋結構受力體系加固改造比選方案，以選擇最優方案加以實施，起到修復雙曲拱橋病害和提載作用。

（1）板拱加固改造雙曲拱方案

板拱加固改造雙曲拱的方法就是先對舊橋拱肋、拱波等構件出現不同縫寬的裂縫進行處理，當裂縫縫寬＜0.10mm時，采用表面涂抹3.5mm厚高強封閉裂縫膠處理；當裂縫縫寬≥0.10mm時，采用注膠封閉處理。然后充分利用現有橋梁基礎、橋墩和地基良好的特點，對雙曲拱橋每跨的第1#、3#、5#拱腔內澆筑新增鋼筋混凝土，由拱肋、拱波、加厚底板與新增的鋼筋混凝土構件形成實心整體，將雙曲拱橋的拱轉變為部分板拱受力結構，新舊構件連接可靠共同承擔恒載和活載，減少應力滯后程度，從而提高了雙曲拱橋的承載能力和增強了整體性。同時在每跨拱頂實腹段范圍內的第2#、4#拱腔、原橫隔梁之間加設厚30cm的鋼筋混凝土橫隔板以加強橋梁主拱圈的橫向整體受力性能。腹拱圈產生的病害采用在拱式腹拱圈的下緣新增內設一層鋼筋網與錨筋焊接的鋼筋混凝土套拱，增加了腹拱圈截面面積，提高了腹拱圈的剛度，新的套拱與原腹拱圈連接成整體，共同承擔上部荷載，且能減小原腹拱圈的變形，提高拱上建筑的剛度,如圖2所示。

圖2 板拱加固方案橫截面構造圖

（2）剛架拱加固改造雙曲拱方案

剛架拱加固改造雙曲拱橋的方法就是將舊橋采用對稱法從中間向兩側、分層法從上而下的原則拆除拱上建筑，先拆除橋面系結構，然后挖除拱上填料、實腹段、腹拱、拆除拱上立柱，保留主拱圈。對原主拱圈裂縫灌膠和鑿毛清理后，將雙曲拱橋拱圈雙緣自拱腳開始加厚，加厚層背部為斜直線，并將拱頂區段（實腹段）加厚至橋面，雙曲拱橋的弧形拱圈變成的剛架拱的拱圈，在拱腿區段為變截面，其上緣為直線下緣為曲線，拱頂區段在各拱肋間采用微彎板相連接以增強橋梁橫向剛度。在拱腳處增設一根次拱腿（斜撐），同時對主拱腿與弦桿、次拱腿與弦桿的接頭部位采用剛性連接處理，使之成為一個整體，形成拱和斜腿組合的剛構,如圖3所示。

圖3 剛架拱加固方案立面構造圖

（3）加固方案比選

上述2個加固方案都是以改變結構受力體系的方式進行處理，都能滿足公路-Ⅱ級荷載和橋梁安全性能要求。板拱加固方案最大程度保留原設計雙曲拱橋方案和保證了雙曲拱橋的風格，僅在拱腔新增鋼筋混凝土和增設橫隔板，該加固法經濟適用，工期較短，施工設備要求較低，結構簡單，受力明確；剛架拱加固方案完全卸載拱上建筑，僅保留拱圈。鑒于剛架拱加固方案對截面設計以及內力分析更為復雜，主次節點剛性處理效果對剛架拱受力起很大的影響，舊橋上部除拱圈外全部拆除，施工的工作量大，而且施工工期較長，對盡早恢復交通不利，通過綜合比選推薦板拱加固改造方案。

2.3 板拱加固要點處理

考慮雙曲拱橋受力特點，將大干大橋分為第3#跨，第1#、5#跨，第2#、4#跨三部分施工，每部分各跨可同時對稱施工。為了確保新舊構件共同承受外力，要做好三個方面要點處理：（1）施工時保證新舊混凝土的完好結合：先對需要處治的構件用鋼刷清洗舊混凝土表面上的泥土、粉塵、油污及碎渣；接著對拱腔、拱背、腹拱等新舊混凝土接合面進行間距不大于5cm，深度不小于6mm的鑿毛，用清水沖洗鑿毛部；在舊混凝土表面刷一層厚度為1～2mm的水泥凈漿，以增強新老砼之間的粘結力。（2）錨筋（栓）加固構件：在拱腔等構件錨筋（栓）加固時采用化學植筋，植筋鉆孔施工時應按橋跨對稱施工，以5個孔為一組，每組鉆孔完成后即進行鋼筋種植。橋梁植筋時應放樣準確，鉆孔深度應達到設計要求，灌膠前孔道可用空壓機吹出浮塵，并用毛刷進行搗刷后再進行吹塵清理；清孔完成后方可注A級錨固植筋膠，孔內注完膠后應立即植筋，植筋采取機械切斷端面的HRB400級帶肋鋼筋；為了確保結構膠固化正常，在植筋結束后一天內不得有任何擾動，等植筋膠固化完全后，開始非破損性拉拔試驗，測力計施加的力要小于鋼筋的屈服強度，大于植筋設計錨固力值。（3）混凝土澆筑質量：鑒于原主拱圈混凝土的收縮與徐變都已經結束，要保證新舊構件協同工作，在新增的混凝土中摻入一定量的微膨脹劑、4.75mm～20mm的粗集料（石子），使新構件產生一定的自應力以補償混凝土的收縮；同時，采用摻入水泥質量5%粉煤灰的C30自密實混凝土，以提高拱腔澆筑混凝土流動性的要求；在澆筑時要使混凝土振動密實，用小型振動軸插入混凝土振搗，并用手提式振動泵在模板的下部充分振搗。拱腔加固的同時對新增橫隔板進行澆筑。改造后板拱橋型布置如圖4所示。

圖4 改造后板拱橋型布置圖（單位:cm）

3 結束語

根據板拱加固設計圖紙處治實施交工時，建設單位委托有橋梁檢測資質單位做靜載試驗，對大橋的加固效果和受力性能進行評價，在靜載各試驗工況下，所測得的各控制截面主要測點的應變最大校驗系數（0.79）和撓度最大校驗系數（0.87）均小于規范規定的限值1.00，說明加固后的橋梁結構整體強度、剛度滿足設計要求。且全部卸載后結構的最大相對殘余變位和應變（18.18%）小于規范規定的20%，說明該結構基本處于彈性工作狀態。因此，用板拱加固雙曲拱橋方法能滿足公路-Ⅱ級荷載標準要求，且橋梁的承載能力有明顯提高，表明加固效果顯著，可作為同類橋梁加固借鑒參考。

[1]馬義春.雙曲拱橋的加固方法綜述[J].科技創業家，2011.

[2]雍寧.橋梁加固的方法與養護措施[J].黑龍江科技信息，2010.

[3]吳尚華.雙曲拱改部分實心板拱后橋梁的受力分析[J].低碳世界，2017（19）.

[4]JTG/T H21-2011,公路橋梁技術狀況評定標準.