鋼筋混凝土鋼架拱舊橋加固設計
——以廣東省農村公路危橋改造建設總承包項目江口舊橋加固為例

邱明亮

廣東省交通規劃設計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510507

1 工程概述

廣東省農村公路危橋改造建設總承包項目是2019年廣東省“十件民生實事”工程之一，是省政府督辦的重點項目。該項目包含湛江、茂名、陽江、云浮、肇慶、清遠、惠州7市，該片區共計175座危橋，含大橋10座，中橋46座，小橋119座。此次加固橋梁位于高要區南岸鎮東面，是原省道S272線上的一座大橋，建于1989年，目前該橋已經限載通行。橋梁全長284.91m，橋面全寬15.7m，橋寬組合為（4×3.3）m行車道+（2×1.25）m人行道，橋面兩側設混凝土護欄，雙向橫坡為1.5%。

橋梁上部結構采用（4×60）m鋼筋混凝土剛架拱，矢高比為1∶8，主拱有5片拱肋，每片主拱肋兩側各有1個次拱腿。拱肋之間由橫系梁連接，全橋共有320個橫系梁。下部構造及基礎：南岸臺和金渡臺均設前臺及后臺，前臺均為混凝土實體臺，后臺分別為漿砌片石U型臺及輕型橋臺，南岸臺基礎為鉆孔灌注群樁基礎，金渡臺為擴大基礎。設計洪水頻率為1/100，航道標準為Ⅵ級。汽車設計荷載為汽-20、掛-100。

2 橋梁的主要病害

2017年11月22日江口舊橋檢測報告的結論：江口大橋技術狀況評定為4類，橋梁處于不合格狀態，應進行中修或大修工程，主要病害如下。

（1）橋面鋪裝整體磨耗嚴重，橋頭搭板多處橫向、縱向開裂。

（2）大部分拱肋有豎向和斜向裂縫，個別裂縫寬度達到0.25mm，個別拱肋局部存在麻面露筋、蜂窩露筋。

（3）大部分橫系梁兩側存在豎向和斜向裂縫，底部有橫向裂縫。

（4）橋面板大部分微彎板存在多處裂縫，個別微彎板局部泛白，露筋銹蝕，鹽析結晶；大部分拱肋在5#橫系梁與15#橫系梁間有多處豎向和斜向裂縫，個別裂縫寬度達到0.25mm；個別拱肋局部存在麻面露筋、蜂窩露筋。動靜載試驗表明結構強度及剛度不滿足汽-20級荷載等級使用要求。

（5）個別橋墩有水侵蝕，墩底有沖刷現象。

3 加固方案擬定

橋梁加固應結合舊橋工程地質水文等建設條件，充分分析舊橋下部及基礎、上部結構技術狀況，盡量利用現有條件。加固方案應遵循因地制宜、方便施工、經濟適用的原則。由于該橋主要部件拱肋、橋面板、橫系梁均存在較多受力裂縫，根據病害分析和設計檢算結果采取相應的加固措施。該橋剛構拱拱片及橫系梁采用外包鋼筋混凝土增加截面加固。此方法不但能提高構件的承載力，而且植筋施工方便，鋼筋防腐能滿足要求。

加固原則：活載由原設計汽-20，調整為現行規范的公路-Ⅱ級；其他設計標準和規范維持舊橋舊標準。

舊橋主要維修加固措施如下：拱片外包鋼筋混凝土增大截面加固；拱肋間橫系梁外包鋼筋混凝土增大截面加固；橋面鋪裝鑿除重鋪；橋頭搭板重做；橋梁結構表面混凝土破損修復；橋梁結構裂縫處理，對寬度小于0.1mm的裂縫進行封閉處理，對寬度不小于0.1mm的裂縫進行灌縫處理。

此次加固設計采用的標準基本得當，技術方案基本可行。針對舊橋的具體病害和病因分析，結合相關計算分析，文章提出的加固方案合理，具有針對性。

4 鋼架拱加固設計

4.1 加固方案具體內容

根據擬定的加固方案，具體內容如下。

（1）采用增大截面法加固拱肋，拱肋腹板寬增大至12.5cm，同時底緣截面寬增大至15cm，拱腳處上緣截面寬增大至10cm。

（2）重新澆筑20cm厚的橋面板和10cm厚的混凝土橋面鋪裝。

（3）考慮橋面板與整體化層參與拱肋聯合受力，整體化層在弦桿支點上緣配置12根直徑為25mm的鋼筋。

4.2 有限元模型建立

采用空間桿系有限元軟件Midas Civil對舊橋進行計算，結合施工方案及構造特征，考慮連拱效應，建立單片拱有限元模型，主拱橫向分布系數為0.684。

4.3 極限狀態驗算

（1）承載能力極限狀態驗算。按照相關規范進行主拱承載能力極限狀態內力組合。考慮普通鋼筋的作用，得到結構內力及抗彎承載力。控制截面壓彎、純彎構件驗算表分別如表1、表2所示。

表1 控制截面壓彎構件驗算表

表2 控制截面純彎構件驗算表

（2）正常使用極限狀態驗算。①使用階段裂縫驗算。按照相關規范進行正常使用極限狀態驗算，鋼筋混凝土構件應考慮長期效應的影響驗算裂縫寬度。根據舊橋所在地理位置，該橋所處環境類別為Ⅰ類，其最大裂縫寬度均需滿足Wcr≤0.2mm。按照相關規范進行主拱正常使用極限狀態內力組合，加固后剛架拱橋的裂縫驗算滿足規范要求，驗算結果如表3所示。②變形驗算。拱橋活載作用下的最大豎向撓度（正負撓度絕對值之和）不應大于L/800，L為計算跨徑，經驗算拱肋剛度滿足相關規范要求。

表3 加固后剛架拱橋的裂縫驗算表

5 結論

（1）將汽車荷載提高至公路-Ⅱ級后，經各種驗算可知，構件滿足相關規范要求，承載能力控制部位、裂縫控制部位及剛度也滿足相關規范要求。

（2）承載能力的驗算中，考慮舊橋的承載能力折減（折減系數取0.95）后，承載能力能滿足相關規范要求。拱腿上緣截面增大，拱腿的承載能力滿足相關規范要求。拱肋兩側加厚，同時底緣截面增大，拱肋的承載能力和限制裂縫寬度滿足相關規范要求。

（3）裂縫驗算中，拱腳和頂部、邊弦桿跨中和支點裂縫的裂縫寬度滿足相關規范要求。

（4）剛度驗算中，加固后整體剛度滿足相關規范要求。

文章對舊橋拱肋、橋面板進行加固和重建方案設計，通過有限元分析軟件對舊橋進行加固方案的驗算，驗算結果表明，對于一般的剛架拱橋，對拱片及橫系梁采用外包鋼筋混凝土增加截面加固可使橋梁滿足承載力的要求。該剛架拱橋的加固方案對類似舊橋加固方案的制訂具有一定的借鑒意義。