三跨連續雙曲拱橋病害原因分析及加固措施

劉超

摘 要 鋼筋混凝土雙曲拱橋是上世紀60～70年代建設最多的一種拱橋型式，對我國的交通事業做出了巨大貢獻，然而至今此類橋型病害較多，對交通安全構成威脅。本文以某雙曲拱橋維修加固案例為工程背景，提出了有效的加固方法，并對該橋加固前后結果做荷載試驗對比驗證。

關鍵詞 雙曲拱橋 病害分析 荷載試驗 維修加固

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A

雙曲拱橋最早出現于20世紀60年代初期，由于它造型美、造價低、施工快、材料省等優點，當時在全國范圍內得到大量推廣使用，由于雙曲拱存在先天不足，特別是在大交通量、長期重荷載作用下，大部分雙曲拱橋出現不同程度的病害。對比拆除重建，維修加固更具有顯著的經濟效益和社會效益，本文以某雙曲拱橋維修加固案例為工程背景，并對該橋加固前后結果做荷載試驗對比。

1加固橋梁概況

該橋為三跨連續鋼筋混凝土雙曲拱橋，跨徑組合為3？3m，矢跨比1/6，橫向4肋3波，主拱肋及拱上建筑為鋼筋混凝土結構，拱墻為磚石料砌體結構，該橋全長46m，其中兩端各有3.5m實腹段，橋面總寬8.0m，橋面布置為0.25m（防護欄）+7.5m（車行道）+0.25m（防護欄）。下部結構為重力式實體橋墩和加后座的U形橋臺。設計荷載等級為汽車-10級，驗算荷載為履帶-50。

2病害狀況及其荷載試驗

2.1橋梁病害狀況

2.1.1主拱圈病害

主拱圈拱頂普遍下撓，下降1～2cm，而且上、下游下降值很不一致。拱波波腹頂部出現局部縱向裂縫；拱波與拱肋連接處多處開裂。邊拱肋出現長約50cm的環向裂縫。

2.1.2腹拱、橫墻病害

腹拱跨中多處出現橫向裂縫，腹拱拱波連接處多處縱向開裂。拱波波腹頂部出現局部縱向裂縫；拱波與拱肋連接處多處開裂。

2.1.3橋面系病害

橋面破損現象比較嚴重，分散裂縫較多，伸縮縫處裂縫尤其發達，橋梁兩端橋面破碎特別嚴重。個別路緣石移位，欄桿損壞嚴重。

2.2橋梁荷載試驗鑒定

在設計荷載“汽車-10級”車道荷載（無人群荷載）作用下，應用動態規劃加載法計算出各片拱肋在設計荷載作用下的內力效應，求得1#拱肋（邊拱肋）拱腳最大軸壓力和負彎矩力分別為-9.20E+04N和-1.38E+04N.m，1#拱肋拱頂受正彎矩最大為1.12E+04 N.m。本次試驗采用沙包加載，共需要460個沙包（單包重50？kg；總重約23t），試驗步驟分為3級加載和1級卸載共4個工況，鑒于結構狀態較差病害較多，試驗荷載加載效率取0.95。

在使檢測跨拱頂最大正彎矩、拱腳最大軸壓力和最大負彎矩達到加載效率工況下，拱頂位置的測點的最大彈性撓度實測值為0.78mm，而對應的理論計算撓度為0.72mm，兩者的比值為1.09，測試結果總體比較離散，撓度測試指標均不能滿足《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》和校驗系數的要求。

殘余變形的測試結果及實測應變與荷載效率關系的實測結果表明，該橋結構彈性工作性能明顯退化；

動載試驗測試拱跨各測點的地脈動實測加速度時程曲線及頻譜，動測數據分析表明：測試跨（3#～4#拱跨）的一階自振頻率值為5.402，而對應的理論計算一階頻率為6.766Hz，實測值小于理論計算值，表明該橋實際剛度較小，工作性能較差，振動響應微弱，主頻峰值不明顯。

從變形實測結果來看，由于該橋橋齡較老，裂縫較寬，使得實測結果與理論計算值間的偏差增大并出現較大的離散性。總體說來該石拱橋主要承重結構的整體性能較差，結構材料性能退化非常嚴重。應變及裂縫實測結果表明，該橋主要承重結構的拱圈性能嚴重受損。

3維修加固措施

3.1主拱圈維修加固

拱肋加固采用粘結鋼板法，將鋼板粘結在原結構受拉側，采用環氧樹脂作為粘結劑，鋼板和混凝土之間采用加壓膨脹螺栓緊固。拱波裂縫寬度普遍大于0.15mm，先采用注膠法對裂縫修補，再粘貼碳纖維布補強。拱肋和腹拱維修加固見圖2，拱波維修加固見圖3。

3.2拱上建筑維修加固

腹拱采用錨噴混凝土法加固，首先鑿除原腹拱混凝土保護層，直至露出主筋，然后種植錨固筋，焊接鋼筋網，清除界面殘渣，最后一次噴射完成混凝土保護層，確保新舊混凝土形成整體。腹拱維修加固見圖2。

3.3橫系梁維修加固

通過荷載試驗，發現該橋橫向聯系較弱，不拆除原有的橫向聯系梁，而是用噴錨技術施工每跨增加兩道預應力混凝土橫系梁，提高橋跨的整體受力性能，拱波的縱向開裂也得到有效控制。

3.4橋面系整治

將原橋的橋面鋪裝鑿除，拆除原有欄桿、路緣石，安裝預制的欄桿、燈柱、路緣石、熱融式無縫伸縮裝置。分左右兩幅依次澆筑成型新的防水性能良好的鋼筋混凝土路面。

4維修加固效果

整治加固后的大橋重新進行靜、動荷載試驗，試驗方法、加載量級均不變。靜載試驗的主要檢測數據見表1（撓度值向下為正，單位為mm）。

表1：加固前后試驗荷載工況下各測點撓度的實測值和計算值比較（mm）

從表1可以看出，加固后實測撓度值比加固前要小，而且還小于理論計算值。通過動載試驗測得加固后的一階自振頻率為7.12Hz，加固后自振頻率有所提高。

通過加固前后荷載試驗結果表明，結構剛度和整體性得到較大提高，橋梁的實際承載力能滿足設計荷載等級要求，維修加固效果良好。

參考文獻

[1] 鐵組YC4-4/1978科研專題，大跨徑混凝土橋梁的試驗方法[S].

[2] 交通部.公路舊橋承載能力鑒定方法（試行）[M].人民交通出版社，1989.