錨噴混凝土在雙曲拱橋維修加固中的應(yīng)用

淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李愛軍

中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院 袁廣林

錨噴混凝土在雙曲拱橋維修加固中的應(yīng)用

淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李愛軍

中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院 袁廣林

雙曲拱橋是我國首創(chuàng)的一種新型拱橋，其主拱圈在縱向（順橋方向）和橫向（順?biāo)鞣较颍┚是€形，故稱雙曲拱橋。其最大優(yōu)點(diǎn)是施工安裝時(shí)化整為零，而承受荷載時(shí)則又集零為整。正是由于雙曲拱橋?qū)⒐叭麨榱?，難免會帶來承重上拱圈整體性差、容易開裂的缺點(diǎn)，特別是隨著年限增長和超載，多有拱圈開裂、變形現(xiàn)象，需加固。錨噴混凝土加固法所形成的組合結(jié)構(gòu)，既根治了原結(jié)構(gòu)由于裂縫等原因造成的局部應(yīng)力集中病害，又恢復(fù)了原結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性，使其能夠承受更大的外荷載。

一、雙曲拱橋的常見病害

1. 拱肋強(qiáng)度不足而引起承載力降低。拱肋與拱圈共同承受全部恒載和活載，是主要受力構(gòu)件。因此，當(dāng)其抗彎強(qiáng)度和剛度不足時(shí)，往往使承載能力降低，同時(shí)也會引起其他構(gòu)件的損壞。

2. 橫向聯(lián)系不足而引起失穩(wěn)。當(dāng)橫向聯(lián)系布置不夠或強(qiáng)度不足而產(chǎn)生損壞時(shí)，將會使拱橋橫向穩(wěn)定性減低，拱波頂出現(xiàn)縱向裂縫。

3. 拱上填料排水不暢等原因引起的側(cè)墻鼓肚破壞。雙曲拱橋側(cè)墻發(fā)生鼓肚，一般是由于排水不良，填土內(nèi)聚積大量水分從而造成膨脹，也可能是砌筑質(zhì)量不佳引起的。

4. 墩臺位移而引起破壞。雙曲拱橋由于自重大，其相應(yīng)的水平推力也較大，當(dāng)設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)時(shí)，往往容易引起墩臺較大位移和沉降。由于沉降和位移較大，必將出現(xiàn)拱圈下沉、開裂，拱肋與拱波分離，側(cè)墻與拱肋分離，空腹小拱開裂或立柱嚴(yán)重裂縫等損壞現(xiàn)象。

二、錨噴混凝土加固原理與加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 錨噴混凝土加固原理。錨噴混凝土加固法實(shí)際上由兩部分組成，首先是將錨桿錨入擬補(bǔ)強(qiáng)部位結(jié)構(gòu)內(nèi)，掛設(shè)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋網(wǎng)，然后再借助高速噴射機(jī)械，將新混凝土混合料連續(xù)地噴射到已錨固好的鋼筋網(wǎng)受噴面上，凝結(jié)硬化而形成鋼筋混凝土。其中增設(shè)的補(bǔ)強(qiáng)鋼筋主要是幫助原結(jié)構(gòu)承受拉應(yīng)力，同時(shí)成為新增混凝土部分的骨架；錨噴混凝土的作用則是將補(bǔ)強(qiáng)鋼筋與原結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)組成整體受力結(jié)構(gòu)，并與錨桿一同在結(jié)合面上傳遞拉應(yīng)力和剪應(yīng)力。

2. 加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)。根據(jù)加固原理，錨噴混凝土加固法實(shí)際上仍是加大構(gòu)件截面加固法，所以加固設(shè)計(jì)仍按加大構(gòu)件截面的方法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。其設(shè)計(jì)原則為：恒載內(nèi)力（包括新錨噴的混凝土）按原構(gòu)件的截面模量進(jìn)行計(jì)算，即新噴上的混凝土恒載仍作用于原構(gòu)件上；活載內(nèi)力用加大后的組合截面模量計(jì)算內(nèi)力，即新舊混凝土作為一個(gè)整體計(jì)算，對不同的混凝土強(qiáng)度等級和新增的補(bǔ)強(qiáng)鋼筋按其彈性模量進(jìn)行截面換算；仍按彈性理論進(jìn)行計(jì)算；強(qiáng)度驗(yàn)算按照錨噴截面占原截面的比率，考慮是否按組合截面進(jìn)行有關(guān)驗(yàn)算；進(jìn)行加固設(shè)計(jì)前，應(yīng)弄清舊橋的原始情況以及病害原因，對舊橋的基本承載力作出評價(jià)；采用的噴射混凝土與鋼筋的強(qiáng)度等級，不應(yīng)低于原結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度等級。

三、加固實(shí)例分析

1. 橋梁概況。某座鋼筋混凝土雙曲拱橋，建成于20世紀(jì)70年代，全長為55m，橋面寬為：凈7.00m（行車道）+2×0.30m（欄桿基座）。上部結(jié)構(gòu)為1×45m鋼筋混凝土雙曲拱（實(shí)測凈矢高7.3m，凈跨徑44.95m），主拱圈為五肋四波及兩側(cè)各一個(gè)懸半波；下部結(jié)構(gòu)為重力式橋臺。橋尾岸第一腹拱拱圈和橫墻曾經(jīng)加固過，原設(shè)計(jì)荷載為汽車-13、拖車-60。

2. 大橋拱圈病害狀況。加固前對大橋拱圈病害調(diào)查，其狀況如下。

（1）主拱圈裂縫。主拱圈中波縱向裂縫大橋橫向中心線正處于第三拱波波頂處，檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)中波波頂存在縱向裂縫，自拱頂開始至L/4附近為止，裂縫寬度最大約0.5mm。在拱波與拱肋連接處，大部分都有裂縫，有的較細(xì)，有的十分明顯，且有不少水泥砂漿脫落現(xiàn)象，也有不少發(fā)生滲水現(xiàn)象。拱肋有橫向裂縫，有不少是U形裂縫，這些裂縫多發(fā)生在拱頂前后10m左右范圍內(nèi)。橫系梁裂縫為數(shù)較少。拱腳部位拱肋下邊緣存在混凝土剝落、露筋。

（2）主拱圈軸線下沉。主拱軸線普遍下沉，拱頂下沉10～15cm，L/4點(diǎn)下沉0.7cm，而且上下游下沉量也不一致。

3. 拱圈加固設(shè)計(jì)。根據(jù)大橋?qū)嶋H，由于橋臺及基礎(chǔ)良好，應(yīng)業(yè)主要求，加固設(shè)計(jì)要求充分利用原結(jié)構(gòu)承載潛力的可能性，不僅整治裂縫病害，而且提高橋梁荷載等級至汽一超20、掛-120。據(jù)此，確定設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下。

（1）由于主拱圈受力大、裂縫多，在主拱圈及拱波下緣外包鋼筋網(wǎng)錨噴6cm厚C25混凝土板，增強(qiáng)主拱圈整體性，以提高整體剛度和承載力，錨固鋼筋插入深度必須大于8cm，焊接長大于12cm，噴射混凝土按先兩拱腳后拱頂順序進(jìn)行，其竣工后的外露面的凸凹差值不大于1.5cm。施工中應(yīng)邊進(jìn)行噴射作業(yè)邊對已噴射混凝土用噴射養(yǎng)護(hù)液養(yǎng)生；較大裂縫扒釘卡緊，然后將縫鑿成V形，再填塞M 10號砂漿。在拱腳至第二拱圈頂處，現(xiàn)澆C30鋼筋混凝土，厚10cm，增大拱圈截面。

（2）在腹拱圈下緣現(xiàn)澆20cm厚、30cm寬、間距1.15m的C30鋼筋混凝土，增大、增高腹拱圈截面，提高腹拱圈承載能力。

（3）拆除原橋面鋪裝，重新鋪橋面，更換欄桿，排除安全隱患，加設(shè)伸縮縫。

4. 錨噴混凝土加固施工。

（1）材料選用。水泥；粗、細(xì)骨料；水。

（2）噴射混凝土配合比設(shè)計(jì)。噴射混凝土的標(biāo)號，應(yīng)盡量與原結(jié)構(gòu)混凝土標(biāo)號相接近。由于摻用速凝劑后噴射混凝土的后期強(qiáng)度會降低，因此，設(shè)計(jì)混凝土標(biāo)號時(shí)應(yīng)考慮其影響。本橋需要標(biāo)號為C25，考慮速凝劑的影響后設(shè)計(jì)標(biāo)號為C30。噴射混凝土的配合比，可采用澆筑混凝土配合比設(shè)計(jì)方法確定。

（3）橋梁加固施工工藝。

5. 加固后承載力鑒定。加固后進(jìn)行靜載試驗(yàn)，對全橋承載力作了鑒定。在以汽一超20為主要組合荷載、掛-120附加組合荷載作用下，各測點(diǎn)應(yīng)力、變形和裂縫寬度均滿足規(guī)范規(guī)定的容許限值，因此加固后本橋能承受汽一超20、掛-120荷載要求。本橋采用噴錨混凝土加大拱肋及拱波截面提高舊橋承載能力，達(dá)到了預(yù)期效果。