剛架拱橋的加固施工分析

馬 威

(1.甘肅省交通科學研究院集團有限公司，甘肅 蘭州 730000;2.甘肅新翔橋隧加固維護工程有限公司，甘肅 蘭州 730000)

1 加固原理

由于橋梁結構的特殊性，在加固前在橋梁結構構件或者部件不能卸除自身重力，必須在承受一期恒載的基礎上進行加固，待加固補強材料與原橋結構構件或部件粘結成為整體且達到受力強度后承受一期恒載、二期恒載以及活載。因此一期恒載以及一些無法在加固前拆除的二期恒載由原結構承擔，活載及后加二期恒載由加固補強后的組合材料截面承擔，所以結構受力分析時應考慮材料分階段受力的特點。

假設一梁橋原結構中的受拉主筋在一期恒載以及一些無法在加固前拆除的二期恒載作用下已經產生了60%鋼筋抗拉強度設計值的初始拉應力，待加固后組合材料截面形成強度可以承受外荷載時，此時后加固材料的初始應力為0，它與已經產生了60%鋼筋抗拉強度設計值的初始拉應力的原結構材料開始共同承受加固后橋梁的二期荷載以及活載，所以在相同的應力增量下，原結構材料應力往往率先達到材料的極限強度，而后加固補強材料才能發揮出其應有的作用，這種材料受力起點不同而導致的應力遲滯現象類似剪力滯現象，降低了原結構材料的強度儲備，它將對結構破壞狀態和承載力產生影響，通過分析不難發現其影響程度與原結構應力占所能承受的總應力的百分比直接相關，所占比例越大，新舊材料的應力遲滯現象越明顯，對結構破壞狀態和承載力產生影響亦越大，因此分階段進行受力分析對結構破壞狀態和承載力的影響是不可忽略的，舊橋加固設計必須嚴格分階段考慮結構受力狀況。這一點在《公路橋梁加固設計規范》中就有如下規定：增大截面加固橋梁構件的作用(或荷載)效應，按下列兩個階段進行計算。

第一階段：新澆混凝土層達到強度標準值之前，結構構件按原結構截面計算，荷載應考慮加固時包括原構件自重在內的恒載、現澆混凝土層自重及施工荷載。

第二階段：新澆混凝土層達到強度標準值后，按構件加固后整體截面計算，作用(或荷載)應包括加固后構件自重在內的恒載、二期作用的恒載及使用階段的可變作用。

2 案例分析

2.1 橋梁現狀

某國道上的一座35 m的剛架拱橋，橋面寬度8.5 m，矢跨比1/8，由3片拱肋組成。該橋修建于1995年，至今已服役十幾年，通行重載掛車及拉砂雙橋車較多，車流量大。調查發現該橋3片拱肋1/4L～3/4L范圍肋底均存在存在不同程度的U 型裂縫(間距20 cm，延伸至拱肋1/3高，最大寬度0.3 mm)；且外側兩邊拱肋大節點存在U 型裂縫(部分延伸至微彎板底)；極個別橫系梁根部環向裂縫、拱肋交界處豎向裂縫；橋面鋪裝存在裂縫、坑槽；微彎板破損、開裂；泄水管銹蝕嚴重等病害。當汽車過橋時拱背處有明顯的振感，橋梁總體技術狀況評定等級均為4類。

2.2 加固對策

鑒于上述原理及橋梁現有病害，為了充分發揮加固補強材料的采取如下加固對策。

(1)首先封閉交通，拆除原橋面瀝青鋪裝。

(2)然后對剛架拱實腹段(主梁段)等主要承重構件外包鋼筋混凝土加固。為了保證混凝土澆筑質量及提高施工便利性，改進傳統增大截面的方法，采用外包U型鋼板，澆筑自密實混凝土的方法。

(3)最后養護至外包混凝土達到設計強度90%后，重新澆筑橋面整體化層混凝土，施工橋面瀝青鋪裝，開放交通。

這樣不僅有助于減輕舊橋原有結構自重，降低原有結構的承受的初始內力，使其應力和應變處在一個較低的水平，減少加固后新結構和舊橋原有結構承受外荷載產生的所分擔的應力差值，從而使原有結構材料的強度過度消耗，又能充分發揮加固層的材料強度。

而且對傳統的增大截面構造進行了改進，以外包U型鋼板作為澆筑增大截面混凝土的模板，不僅能保證混凝土澆筑質量提高施工便利性，也提高了結構耐久性。

2.2 施工措施

(1)首先拆除橋面鋪裝層，減少橋梁恒載，降低原有結構初始內力；

(2)搭設落地施工支架，拱肋新增外包混凝土過程中采用支架支撐，避免了在新增混凝土受力前給原結構增加初始內力；

(3)對原結構混凝土表面進行鑿毛，對拱肋種植鋼筋，保證了為使新舊混凝土良好結合，能夠協同受力；

(4)鉆孔前應先對原結構內部鋼筋和鋼束進行探測定位，在必要時對孔道坐標位置進行適當調整，以避開原結構鋼筋位置。避免在種植錨固螺栓、鋼筋的過程中對原結構鋼筋造成破壞。

(5)在主拱肋加固施工完畢后，進行橋面整體化層混凝土澆筑及鋪裝層施工。

3 總 結

(1)剛架拱橋的加固屬帶載加固，在加固設計結構計算時需考慮結構的分階段受力特點。

(2)在制定剛架拱橋的加固對策時應采用不傷害或者少傷害原有結構方案，在此基礎上，盡可能降低原有結構的承受的初始內力，使初始應力和應變處在較低的水平，減少原有結構材料的強度過度消耗，充分發揮加固層的材料強度。

(3)施工中應嚴格按照設計施工順序進行。

(4)制定加固對策及施工措施都應按照結構分階段受力的特點進行考慮，確保在能發揮新結構材料強度的同時，原結構材料強度有一定強度儲備，不至于使被加固結構從加固前的不利狀態轉換為加固后的不利狀態，從而降低了預期的加固效果，使被加固后橋梁的使用安全性也得不到充分保障。