西江大橋病害原因分析和維修加固方案設計

李遠濤

(廣西壯族自治區公路管理局，廣西 南寧 530028)

0 引言

橋梁是陸地交通的重要組成部分，往往修建于咽喉要道，其運行狀況可決定整條交通線的運輸量，其重要性不言而喻。但橋梁具有施工難度大、技術要求高、投資成本大等突出特點，因此為節約建設資金，同時提高橋梁運行狀況及使用壽命，對病害橋梁進行維修加固成為一種常用的既經濟又實用的辦法。

1 工程概況

西江大橋位于廣西藤縣境內G321線白沙渡口下游附近。該橋梁建成于2003年，全長1 517.03 m，上構組成為13×16 m(簡支梁)+11×90 m(雙肋箱拱)+15×16 m(簡支梁)。主跨為11孔等跨連拱橋，凈跨徑90 m；下構橋臺類型有U型重力式橋臺、組合式橋臺兩種形式。主跨橋墩均為重力式墩，全橋共設有1 792個橡膠支座。橋面采用水泥混凝土鋪裝層，總寬度為25.5 m。采用橡膠伸縮縫，共設16道，均采用單縫式伸縮縫。西江大橋主要技術標準見表1。

表1 西江大橋主要技術標準表

2 橋梁病害現狀

2013年4月，相關部門在對西江大橋進行定期檢測時發現了橋梁各部位均存在病害，具體如下：

2.1 裂縫病害

西江大橋裂縫病害存在的部位包括主橋拱肋、立柱、蓋梁、道板、橋面等，幾乎涵蓋了所有結構。裂縫方向有橫向、縱向、豎向等，裂縫范圍在0.05～2 mm，且大多都已泛堿。

2.2 混凝土露筋、腐蝕剝落

混凝土剝落也是西江大橋主要病害之一，拱肋、立柱、蓋梁、道板、橋面等均存在，裂縫病害往往伴有混凝土剝落、露筋且銹蝕、蜂窩麻面、露粗集料等。其中主橋蓋梁最為嚴重，經檢測共發現175處剝落，其中26處剝落露筋，面積合計17.66 m2。

根據檢測結果，技術人員對西江大橋主橋總體技術狀況評分為53.89分，技術狀況等級評定為4類。大橋主要構件均有較大缺損，嚴重影響橋梁使用功能和承載能力，必須進行維修加固。

3 橋梁各重要部位病害原因及維修加固方案分析

3.1 拱肋病害成因及維修加固方案

3.1.1 病害成因分析

西江大橋拱肋部位存在眾多裂縫，經專家分析得出：由于該大橋為多次超靜定結構，構件間內力分布相關性較大[1]，行車道板簡易支座失效導致結構內力改變，進而損傷到拱肋導致大量裂縫產生。

3.1.2 拱肋加固方案設計

為降低拱肋所受到的汽車沖擊力，設計在行車道板下設置橡膠支座[2]，可改善拱肋的受力狀態。經計算：拱肋除了存在大量裂縫和破損露筋外，其承載能力富余量較小，因此設計分別采用“增大截面法”和“粘貼鋼板法”來加固拱腳區段和拱肋中間區段拱腹，具體措施如下：

(1)在全跨拱背加固高度為30～50 cm的箱型混凝土，先在拱背上現澆高15～35 cm、寬20 cm的三道肋，再安裝15 cm厚的預制頂板。在拱腳到2#(或13#)拱上立柱區段拱腹位置澆筑厚70～20 cm的C40混凝土。該措施增大了截面高度，能有效提高截面面積和抗彎慣性矩。

(2)在2#立柱到13#立柱間的中間區段拱腹位置粘貼4道寬40 cm、厚10 mm的Q235鋼板，該措施可有效提高截面抗彎承載能力。

3.2 橋面和行車道板病害成因及維修加固方案

3.2.1 病害成因分析

西江大橋橋面鋪裝過薄(約8 cm)，配筋少，板厚偏小(約33 cm)，經測定其抗彎承載力不足。而且經過多年使用，橋梁行車道板鉸縫開裂或脫落嚴重，導致某一單板受力嚴重。鉸縫較窄較淺，縫內未設有鋼筋，造成橫向聯系較弱。

3.2.2 橋面和行車道板加固方案設計

由于原主橋行車道板厚度偏小，橋面鋪裝偏薄，其承載能力已不滿足設計載荷要求，需全部拆除重新鋪裝并增設支座，具體加固方案設計如下：

(1)為增強行車道板橫向聯系和橋面鋪裝耐久性，設計在行車道橋面加鋪裝10 cm鋼筋混凝土，鋼筋標準為φ16 mm，橫縱向間距均為100 mm；人行道橋面加鋪2 cm厚10#砂漿；在立柱頂位置增設加強鋼筋。

(2)鋪裝完成后在行車道和人行道上再鋪設橋面π板，標準均為0.45 m，其中人行道橋面π板斷面見圖1。為增強橋面板整體性，對每聯內縱向相鄰兩板通過設連續結構體系使其成為整體；橫向通過濕接縫連接成整體[3]。

圖1 人行道橋面π板斷面(單位：cm)

3.3 蓋梁病害成因及維修加固方案

3.3.1 病害成因分析

經檢測西江大橋蓋梁有少量裂縫、混凝土咬邊剝落等病害。隨著使用時間增長，行車道板產生裂縫滲水問題，造成板下油毛氈腐蝕、擠出破壞，進而導致行車道板與蓋梁之間直接接觸，在溫度力、汽車制動力作用下發生咬邊。隨著油毛氈簡易支座老化失效，蓋梁損傷越來越嚴重。

3.3.2 蓋梁加固方案設計

經驗算，主橋橋面系改造后蓋梁能滿足設計規范要求，但咬邊剝落削弱了蓋梁截面，裂縫降低了蓋梁耐久性，所以需對蓋梁進行混凝土剝落修補和裂縫封閉處理，具體加固方案如下：(1)將混凝土松動、剝落區域保護層全部鑿除，并將露筋徹底除銹；(2)采用同規格鋼筋或鋼板在其上焊接加強，然后在其上涂鋼筋阻銹劑(技術指標見表2)[4]；(3)用摻有鋼筋阻銹劑的環氧砂漿施工封填抹平。

表2 噴涂型阻銹劑技術指標表

3.4 支座病害成因及維修加固方案

3.4.1 病害成因分析

西江大橋部分橡膠支座存在偏位變形較大、裂縫發育等病害，分析原因主要有支座本身存在質量問題，極限抗壓強度不夠，且最初安裝質量不過關，對支座的周期保養工作不到位。

3.4.2 支座加固方案設計

拱橋是由多個構件組成的超靜定體系，結構復雜，各構件變形關聯性強。在支座選型時既要考慮溫度引起的行車道板縱向伸縮，又要考慮到溫度、活載等因素導致的拱肋變形[5]。

由于每拱跨跨中區段4根蓋梁范圍內由溫度引起的行車道板與蓋梁的相對縱向位移較小，普通橡膠支座可滿足要求；而由于立柱較高，拱肋變形引起行車道板與蓋梁的相對位移較大，設置四氟滑板橡膠支座可適應較大位移。

支座厚度越大越易適應縱向剪切位移和轉角位移，其支座-立柱組合剛度差別越小，水平力分配越均勻。據此本工程選用42 mm的普通橡膠支座和44 mm的四氟滑板橡膠支座。每跨的5#～10#立柱蓋梁頂設置普通橡膠支座，其余蓋梁頂設置四氟滑板橡膠支座。

4 結語

針對西江大橋拱肋、橋面、蓋梁和支座等重點部位的病害原因分析，制訂了相應的維修加固方案。在滿足標準強度要求的前提下節約了加固成本。西江大橋經加固后，其承載力得到顯著提高。橋梁加固設計需充分結合工程實際情況，兼顧經濟性和實用性。橋梁的病害很大一部分是由于日常管理和保養工作缺乏導致，因此建立一支專業性強、技術水平高的管理隊伍也是勢在必行。