韓家渡大橋結構病害及其加固施工要點分析

彭武、苗守舉、夏萃

（1.江西省公路科研設計院有限公司，江西 南昌 330000；2.江西省交通投資集團有限責任公司項目建設管理公司，江西 南昌 330000）

1 工程概況

韓家渡大橋老橋為一座9 孔凈跨42m 等截面懸鏈線無鉸空腹式雙曲拱橋，矢跨比F0/L0=1/4,下部橋墩采用實體式片石混凝土板墩，橋梁全長為436.36m，橋寬為8.9m，其中包括0.95m(人行道+欄桿)+7m(車行道)+0.95m(人行道+欄桿)。該橋于1973 年建成通車，截至2020 年投入運營已47 年。根據《韓家渡大橋技術狀況評定檢測報告》記錄，大橋存在一定影響結構受力、使用安全的病害，經檢測評定該橋目前技術狀況等級為四類橋梁，已無法滿足二級公路的公路-I級設計荷載要求，逐漸成為制約S411 及沿線城鎮發展的交通運輸瓶頸。

因此，為加快推進區域內國省道路網布局優化、完善綜合交通運輸體系、提高省道的通行能力、促進城鄉區域協調發展，韓家渡大橋的維修加固已迫在眉睫。

2 老橋病害及其成因分析

2.1 橋面系

2.1.1 病害

（1）橋面鋪裝存在多處脫皮、坑洞、露骨、露筋、局部破損。各跨局部均出現多條橫向裂縫，墩頂出現破碎板，且上層槽口堵塞、卡死，伸縮縫失效。

（2）部分人行道出現少量剝落，鋼筋混凝土欄桿的個別構件出現剝落、露筋。

（3）局部排水不暢，出現堵塞現象，橋面水直接排入樂安河。橋上無照明、標志。

根據相關規范，該項目的橋面系綜合評分為65.75 分，技術狀況等級為三類。

2.1.2 成因

第一，橋面鋪裝橫向裂縫及墩頂處橋面連續部位薄弱，主要是由于長期重車碾壓以及高溫作用導致。第二，橋面鋪裝出現坑洞、混凝土剝落、露筋以及破碎板，主要是由于施工質量不佳及長期車輛超載磨耗所致。第三，橋面鋪裝出現磨光、脫皮、露骨，主要是由于施工時混凝土養護不規范，致使鋪裝表面出現干縮裂紋，在車輛沖擊力作用下，導致表層脫皮、露骨。第四，伸縮縫老化破損，主要是由于日常養護不及時，散落橋面的碎石及雜物等填塞造成破損；超載超重車輛通行，使其產生疲勞破損。第五，排水不暢，是由于原設計未作要求，未設計集中排水，導致橋面水直接排入樂安河。

2.2 橋跨結構

2.2.1 病害

（1）主拱圈：橫系梁縱向裂縫；多處拱肋、拱波出現縱、橫、豎向裂縫；多處拱肋、拱波混凝土剝落、露筋。

（2）拱上結構：多處腹拱拱頂出現橫、豎、斜向裂縫；腹拱圈、立柱、立墻、橫系梁出現混凝土剝落、掉角、露筋；部分立柱出現環向開裂；第一跨1#腹拱拱頂出現橫向貫穿裂縫，拱腳出現位移。

橋跨結構綜合評分為66.04 分；技術狀況等級為三類。

2.2.2 成因

（1）主拱圈病害因素：雙曲拱橫向聯系剛度較弱，活載橫向分布較差，受力不均勻。

（2）拱肋病害因素：拱肋的承載能力和抗彎能力強度不足，出現結構裂縫。

（3）腹拱拱頂豎向裂縫因素：腹拱的承載能力和抗彎能力強度不足，出現結構裂縫。

2.3 下部結構

2.3.1 病害

（1）0#臺左右側翼墻均有明顯前傾，但仍可起到擋土作用；9#左側翼墻局部混凝土出現剝落、開裂。

（2）橋墩均有磨損、粗骨料顯露現象。

（3）0#臺臺身右側上方局部混凝土剝落；9#臺臺身左右兩側上方局部混凝土剝落。

下部結構綜合評分為83.27 分；技術狀況等級為二類。大橋全橋結構技術狀況評分Dr=72.87，評定為四類橋梁。

2.3.2 成因

（1）墩身磨損、粗集料顯露主要原因：江水沖刷沖蝕，致使細集料被帶走，粗骨料外露；墩身因船舶撞擊導致破損。

（2）橋臺翼墻前傾、臺身下沉主要原因：橋臺處受過大動荷載作用，也可能是后臺填土壓力增加引起。

3 橋梁維修加固施工方案

3.1 橋面系

老橋橋面系全部拆除重建，重建后橋面鋪裝采用瀝青鋪裝層，橋面拓寬至10m，設置SB 級防撞護欄，橋面排水收集后集中排入沉淀池。

3.2 橋跨結構

第一，對老橋主拱圈拱肋、拱波處裂縫進行修復處理。對于寬度不小于0.15mm 的裂縫采用壓力灌注法進行修補、封閉；對于寬度小于0.15mm 的裂縫采用表面封閉法進行修補。第二，對2010 年加固的碳纖維布進行拆除處理。對拱腳至第一個腹孔范圍內的拱背上后澆的一層10cm 混凝土，予以鑿除處理。第三，對老橋主拱圈進行外包混凝土處理，改雙曲拱截面為箱形截面。對拱肋處新老混凝土采用錨固鋼筋進行連接，1 跨箱型拱設置10 道橫系梁。第四，拆除全部拱上結構，新建拱上橫墻、橋面板。老橋拱上結構為排架式腹拱墩，其自身剛度相對較弱，故改排架式腹拱墩為墻式墩。

3.3 下部結構

第一，橋墩植入錨筋，采用外包混凝土的方式增大拱座、墩身截面。第二，橋墩基礎采用外包混凝土的方式加大基礎尺寸，防沖刷。第三，橋臺拆除重建。

4 橋梁加固施工要點

4.1 注意事項

第一，由于該項目維修加固具有工程量大、涉及諸多隱蔽工程、施工難度較大、施工工藝復雜且特殊等特點，施工企業需要嚴格依據項目建設的基本規范及設計要求，合理分配施工項目的人力、設備等資源，并且根據工序步驟提前制訂詳細的施工組織設計方案，之后再將方案報由監理部門審批，批準后方可投入使用，確保橋梁施工符合施工規范[1]。第二，根據拱橋的受力特點，在組織拱上結構拆除及重建時一定要遵循對稱施工的原則，并隨時觀測施工跨及相鄰跨四分跨、拱頂的撓度、橫向位移及構件裂縫，以免主拱圈受力狀態發生不利變化而造成垮塌性事故。

4.2 下部結構施工要點

4.2.1 墩臺、基礎施工

第一，韓家渡大橋老橋橋墩為實體式片石混凝土板墩，墩身圬工量較大，基礎為擴大基礎，局部沖刷較為嚴重。經現場實地考察，2#～7#墩采用拉森鋼板樁圍堰施工，1#、8#墩采用竹籠圍堰施工。第二，對構件表面進行鑿毛處理，鑿除面積大于原構件的80%，鑿除深度大于碳化深度，并鑿成麻坑或溝槽狀。對原構件混凝土存在缺陷的，鑿除至密實部位。第三，鋼筋的植筋、預埋、錨固等需滿足規范要求。鋼筋接頭位置應相互錯開，在一個平面內的鋼筋接頭數量不得超過鋼筋總量的50%。第四，0#、9#臺拱圈底座加固施工時，基礎開挖必須采取適當配重和打抗滑鋼板樁等抗推措施，防止拱圈底座發生后移。第五，墩身暴露在外，對橋梁的美觀有重要影響，為保證墩身混凝土表面光潔平整，墩身混凝土采用塑料薄膜覆蓋進行養護。

4.2.2 鋼筋植筋

（1）植筋工藝流程（見圖1）

圖1 植筋工藝流程

（2）植筋注意事項

首先，施工人員要借助相關措施清理混凝土鉆孔孔洞內的污漬、雜物，并對鋼筋進行除銹清理，確保工作面干凈整潔；為保證施工質量，需要采用A 級膠作為植筋的膠黏劑。其次，在灌注環氧水泥漿施工中，技術人員需要使用專門的灌注器，在灌注時要確保孔道中空氣能夠及時排出；對于灌注量，通常以植入鋼筋后能夠溢出少量的漿液為準。再次，當環氧水泥漿注漿完畢后，需要對插入的鋼筋進行單向旋轉操作，目的是讓鋼筋達到設計要求的插入深度；同時，要求孔洞中的泥漿均勻分布，并保持靜止，不得觸動鋼筋，確保其完全凝固。最后，待錨固孔內環氧水泥漿的強度達到設計強度的70%后，再將鋼筋網固定在錨固筋上，以免澆筑混凝土時鋼筋的位置發生移動[2]。

4.2.3 注漿工藝及注意事項

（1）注漿施工工藝流程

整個注漿施工工藝流程為：開孔—高壓洗孔—埋設井口套管—鉆孔—安裝水泥漿攪拌機—布置注漿管—壓清水—壓漿—固結。

（2）注漿施工注意事項

首先，為確保水泥漿液在松散的地質內能夠得到充分填充、密實，那么注漿時就需對注漿壓力和注漿方式加以控制，通常可對松散體治理采用“小口徑鉆孔、孔口封閉、自下而上、重復注漿”的注漿方法。其次，注漿孔深度以鉆至松散體底為終孔深度，注漿壓力以孔內壓力達到2MPa 為停注數值，注漿順序要求隔孔灌注。最后，施工時應先澆筑外包混凝土，再鉆孔注漿；地基注漿應根據現場實際情況動態調整。

4.3 主拱圈施工要點

4.3.1 總體施工要點

第一，主拱圈外包混凝土澆筑前，應對原雙曲拱主拱圈（尤其是拱肋）裂縫、破損部分進行修復處理。第二，主拱圈應分層施工，先施工底板，底板澆筑可利用拱上結構采用懸吊模板施工，待底板達到設計強度后，再施工主拱圈的頂板及側向腹板。第三，主拱圈底板澆筑前，應當先搭設好保通便橋，中斷橋面交通。第四，同一跨主拱圈拱肋鉆孔與植筋應同時進行。鉆孔一段后，應立即植入鋼筋對主拱圈進行修復，不應在全部鉆孔完后再植筋，避免過度削弱老拱圈強度。第五，主拱圈現澆外包混凝土時，按照“清理表面—清洗—植筋—布置鋼筋網或鋼筋骨架—澆筑混凝土”的施工順序。第六，底板澆筑時，底板鋼筋骨架應全部焊接完成后，再分段澆筑底板混凝土。第七，底板澆筑時應徹底中斷交通。底板澆筑完成后，待混凝土強度及彈性模量達到85%，且混凝土齡期不小于7d 后，拆除底模、橋面系以及拱上結構。

4.3.2 底板澆筑施工工藝及其要點

全橋拱肋底緣采取分段施工的方式，并注意以下要點。第一，對拱肋表面進行鑿毛處理并清洗，以保證新舊混凝土良好的結合；在錨固筋處鉆孔、清孔、植筋。第二，植筋施工，為保證新澆筑的混凝土與舊混凝土的黏結，應合理應用植筋技術進行施工。第三，在植筋施工過程中，需要嚴格按照設計要求對各批次的鋼筋進行清孔、鉆孔深度、植筋深度以及膠飽滿度檢查，確保各方面都滿足要求，并進行詳細記錄。第四，在鉆孔、清孔、植筋等施工環節中，為保障施工質量，需要按照要求采用流水作業模式，做到邊鉆、邊清、邊植，同時在主拱圈上不得同時鉆孔過多，以避免對主拱圈的強度造成影響。第五，底板混凝土澆筑施工需要沿拱跨方向采用分段對稱澆筑的方式，通常以混凝土受力對稱、均勻、變形小為原則進行分段施工，且宜設置在L/4、3L/4 部位，合龍段宜設置在拱頂部位，各段接縫面應與拱軸線垂直。分段長度為4～10m。澆筑順序應由拱腳至拱頂對稱、均衡進行。第六，各分段點應預留間隔縫，其寬度宜為0.5～1m，間隔縫內同一斷面接頭鋼筋面積不超過50%，鋼筋連接采用焊接方式。第七，應首先布設縱向受力主筋，并與錨固筋焊接和定位。然后，逐段布設橫向鋼筋和底板的頂底模，使用附著式振動器配合插入式振動棒振搗混凝土。建議施工天窗大小為60cm×60cm。第八，混凝土結構施工需嚴格按照施工技術規范進行，進場材料必須符合規范要求，并按規定抽檢頻率進行檢驗。

4.4 拱上結構施工要點

4.4.1 拱上橫墻施工要點

第一，拱上結構的拆除及新建應遵循對稱施工的原則。在橋梁單跨內的拱上橫墻施工時，需要應從拱腳向拱頂兩側同時對稱進行，以免主拱圈受力不均衡而造成垮塌性事故。第二，橫墻模板應嚴格按照設計尺寸制作，采用對撐及多道斜撐加固模板，確保結構外觀幾何尺寸符合設計要求，保證橫墻施工期間模型的穩定性和垂直度。

4.4.2 橋面板施工要點

第一，橋面板采用滿堂支架施工，橋面板施工應待橫墻混凝土強度達到設計強度的85%后方可進行。第二，單跨內，橋面板施工應從拱腳向拱頂兩側同時對稱進行。第三，橋面板混凝土強度達到設計強度的85%后方可拆除模板。橋面板施工時注意預埋橋面系附屬設施的鋼筋。

4.5 橋面系及附屬設施施工要點

第一，安裝橋面伸縮裝置時，需要嚴格按照廠家的安裝指導及設計要求進行安裝，并控制其標高及平整度,以保障后續施工正常進行。第二，在橋面鋪裝施工中，需要借助工具將橋面板表面進行鑿毛處理，并清理干凈，同時嚴格根據試驗配比要求進行瀝青混凝土材料選配。第三，嚴格按照設計要求控制支座墊石的標高，同時確保支座頂面的潔凈度及平整度符合要求，橋面攤鋪瀝青混凝土之前需要噴涂防水層。

5 結語

由于橋梁運行環境復雜，在行車荷載、氣候環境等因素影響下，容易出現各種病害接影響道路橋梁的正常運行。本文結合橋梁工程實例，從橋面系、橋跨結構、下部結構等方面闡述橋梁病害的成因，同時對橋梁維修加固施工要點進行分析，對此，要求相關企業必須準確認識橋梁維護和結構加固的重要性，嚴格控制橋梁結構病害，提高橋梁運行質量，以期營造良好安全的交通環境。