人行拱橋病害分析及維修方案探討

吳永銀

本文以珠海為農橋維修工程設計為例，對人行拱橋病害成因及維修方案進行了深入的分析探討，主要從為農橋病害類型、檢測結論、成因分析、加固維修措施等幾個方面進行了分析，旨在為類似工程提供參考。

一、工程概況

為農橋位于廣東省珠海市翠華路上，連接梅華東路與沿河東路，建成于1986年，為三跨空腹式鋼筋混凝土板拱橋，主拱肋板厚0.6m，跨徑Lo=20m，矢高fo=3.33m，凈矢跨比fo/Lo=1/6，拱肋跨中底面和根部頂面配8@25x25cm網筋；腹拱圈厚0.3m，內拱軸線為半徑1m半圓，下部結構采用D100cm鉆孔灌注樁基礎。拱肋及腹拱圈為C30砼，下部承臺及樁基為C25砼，拱上立柱及橋臺臺身為漿砌片石。為農橋橋型布置如下圖所示：

為農橋橋型圖

二、為農橋病害及檢測結論

根據“為農橋常規定期檢測報告”（廣東省建設工程質量安全監督檢測總站，2012年7月）和“橋梁承載能力鑒定檢測報告”（廣東省建筑科學研究院，2013年10月14日），以及設計單位調查表明：為農橋目前的承載能力不滿足群荷載3.0kPa級的使用要求，橋面系、上部結構、下部結構均存在問題。

1. 橋面系

為農橋橋面系病害有：網狀裂縫、橫向裂縫、碎裂、磨損嚴重、縫內存在多處沉積物堵塞、橋面積水、欄桿基座混凝土局部缺損等。

2.上部結構

為農橋上部結構病害有：拱圈橫向貫通裂縫、腹板橫向貫通裂縫、混凝土剝離、腹拱縱向裂縫、滲水長苔、裂縫中生長植物、批擋脫落、腹拱與豎墻連接處開裂、腹拱與豎墻連接處開裂等。裂縫分布如下圖所示：

橋梁裂縫分布圖

3.下部結構

為農橋下部結構病害有：基礎局部存在輕微沖刷、翼墻局部被掏空等。

三、理論計算

采用Midas Civil 2013軟件按原圖紙建立全橋骨架梁單元模型，并復核各種荷載工況應力狀態。

為農橋Civil梁單元模型

邊跨拱頂底部應力分析表

從以上應力分析表可見，混凝土收縮徐變以及溫度變化荷載對拱圈應力影響最大。

四、病害總結及成因分析

1.病害現象歸結

（1）從以上為農橋主拱圈和腹拱圈的裂縫分布可知：主拱圈主要為邊跨拱頂及拱腳的橫向貫通裂縫和中跨拱底的縱向裂縫；腹拱圈主要分布為邊跨邊腹拱縱、橫向裂縫。且北側跨（靠梅華路）裂縫病相對比較嚴重。

（2）從現場踏勘裂縫情況可以看出，北側跨豎墻與腹拱之間有相對錯位，達20mm以上。

（3）從原設計圖可知，為農橋樁基進入強風化花崗巖3m以上，基礎發生沉降的可能性相對較小，但承臺以下10m深度范圍內為砂層，可能會導致橋臺水平剛度不足。

（4）根據省建科院檢測報告，靜載作用下，橋墩沉降值較小，水平位移也不大，但第一跨的墩臺水平位移相對較大。

2.病害成因分析

結合橋梁檢測結論、現場病害情況和理論模型計算分析可經驗性判斷：

（1）從裂縫外觀上說，橋臺發生了移位，可能還伴隨一定的扭轉，是導致主拱及腹拱縱橫向裂縫的主要原因。

（2）從理論模擬結果來看，混凝土收縮徐變以及溫度變化荷載也可能導至裂縫的產生。

（3）由于橋梁處于濱海環境，且運營時間較長（近30年），結構鋼筋已發生銹蝕膨脹，同時混凝土材料性能也有一定程度的退化。

五、維修處理方案及維修效果

1.主要維修方案

（1）對主拱圈裂縫進行封閉處理，并采用粘貼鋼板方案加固主要受力裂縫；

（2）為了減輕上部結構的自重，拆除拱上填料（側墻保留），使主拱和腹拱的拱背完全暴露，回填輕質混凝土；

（3）混凝土欄桿改為鋼結構輕型欄桿；

（4）對破損橋面系采用水泥色防滑路面（厚3.5mm）進行修復處理。

2.維修效果

為農橋維修前照片

為農橋維修后照片

經維修后的為農橋，安全上得到保障，景觀上得到提升，大大改善了周圍居民的出行條件。

六、結語

1.拱橋主要病害為主拱圈和腹拱圈的裂縫，橋臺位移，橋面系病害等，設計和施工時宜對這幾方面采取相應的措施（如加強拱圈配筋、提高混凝土等級、保證臺后回填壓實度等），以盡量避免此類病害的發生。

2.通過理論模型計算分析，混凝土收縮徐變以及溫度變化荷載對主拱圈應力影響最大，是影響拱圈裂縫的主要因素。

3.位于濱海區域的橋梁，環境較為惡劣，在設計過程中宜采取措施提高橋梁的耐久性，如提高鋼筋保護層厚度，采取防腐涂裝等。

4.對拱橋病害成因應進行深入分析，才能針對性地選取合理可行的加固維修方案。