淺談箱形拱橋的常見(jiàn)病害及加固技術(shù)

賈利勛

(甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司,甘肅蘭州 730030)

淺談箱形拱橋的常見(jiàn)病害及加固技術(shù)

賈利勛

(甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司,甘肅蘭州 730030)

文章通過(guò)對(duì)箱形拱橋的常見(jiàn)病害及成因分析,根據(jù)拱橋加固的基本原理,提出了幾種常用的箱形拱橋的加固工藝。

箱形拱橋 病害 加固

1 橋型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

箱形拱橋是由幾個(gè)箱式組成拱圈截面，其外型相似于板拱，但是截面挖空率大，挖空率可達(dá)全截面的50%～70%，與板拱相比可節(jié)省大量圬工體積，減輕重量，適合于大跨徑拱橋。箱形截面的中性軸大致居中，對(duì)于抵抗正負(fù)彎矩具有幾乎相等的能力，能較好地適應(yīng)主拱圈各截面正負(fù)彎矩變化的需要，箱形拱是閉合空心截面，抗彎和抗扭剛度大，拱圈的整體性好，應(yīng)力分布較均勻；單條箱肋剛度較大，穩(wěn)定性較好，能單箱肋成拱，便于無(wú)支架吊裝。危及箱形拱橋安全的重要病害

2 危及箱形拱橋安全的常見(jiàn)病害及成因

2.1 主拱圈

(1)常見(jiàn)病害。主拱圈是箱形拱最重要的受力結(jié)構(gòu)，在橋梁運(yùn)行時(shí)拱圈是受壓結(jié)構(gòu)，在受到超載荷壓力和拱圈自身變形的影響下，壓力線(xiàn)和形心線(xiàn)會(huì)發(fā)生偏移，造成偏心受壓，嚴(yán)重的會(huì)造成跨中、拱腳等重要設(shè)計(jì)受力控制截面發(fā)生徑向裂縫，使受力體系發(fā)生改變，所以在檢查橋梁時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)監(jiān)測(cè)以下內(nèi)容：檢測(cè)主拱圈是否變形，如拱腳錯(cuò)臺(tái)、拱頂變形等；另外要檢查拱頂下緣及側(cè)面是否發(fā)生裂縫，主拱圈部位的縱向、橫向裂縫；查看主拱圈混凝土是否存在剝落、露筋銹蝕的現(xiàn)象；最后要注意主拱圈是否有位移現(xiàn)象和滲水。(2)病害的成因及表現(xiàn)形式。當(dāng)主拱圈的抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度不夠時(shí)，都會(huì)引起拱圈開(kāi)裂，當(dāng)抗彎強(qiáng)度不足時(shí)，裂縫主要發(fā)生在拱頂區(qū)段的拱圈下緣與側(cè)面、拱腳處的拱圈和側(cè)面；當(dāng)抗剪強(qiáng)度不足時(shí)，裂縫發(fā)生在拱腳、空腹孔的立柱底梁截面處。當(dāng)主拱圈組成材料抗壓強(qiáng)度不夠時(shí)，會(huì)引起劈裂或壓碎。兩拱腳墩臺(tái)不均勻沉降時(shí)也會(huì)引起拱圈開(kāi)裂，一般出現(xiàn)在拱頂區(qū)段，橫橋向貫穿全拱圈，可觀(guān)測(cè)到裂縫的寬度上下變化不大，而且兩側(cè)有錯(cuò)動(dòng)；當(dāng)墩臺(tái)基礎(chǔ)上、下游不均勻沉降會(huì)引起拱圈及墩臺(tái)出現(xiàn)順著橋向的裂縫。

2.2 拱上建筑

(1)常見(jiàn)病害。拱上混凝土立柱、蓋梁和板跨裂縫，拱上混凝土出現(xiàn)破損啃邊、剝落、露筋、銹蝕、裂縫滲水病害；混凝土表面風(fēng)化露石、麻面及少量空洞等缺陷；橫墻、側(cè)墻砌石中等風(fēng)化，砌體灰縫脫落、局部外鼓等；腹拱圈拱腳、拱頂發(fā)生裂縫；橋面鋪裝層開(kāi)裂，側(cè)墻發(fā)生開(kāi)裂、傾斜、外移等。(2)病害的成因及表現(xiàn)形式。拱上立柱、蓋梁、底梁及拱形腹孔拱圈的強(qiáng)度和剛度不足，會(huì)導(dǎo)致裂縫和混凝土的破損；同時(shí)拱上填料積水，也會(huì)引起拱上側(cè)墻鼓脹或脫離開(kāi)裂，加之車(chē)輛作用下，因拱圈受力不均勻，引起拱圈的局部損壞。拱上填料不密實(shí)，路面砼材料性能差，受超載車(chē)輛反復(fù)碾壓會(huì)導(dǎo)致橋面鋪裝層開(kāi)裂，橋面鋪裝層出現(xiàn)縱橫裂縫、局部龜裂、坑槽現(xiàn)象；長(zhǎng)期行車(chē)振動(dòng)或人為因素會(huì)導(dǎo)致欄桿出現(xiàn)松動(dòng)、欄桿柱接頭露筋、混凝土剝落等病害。

3 加固工藝及技術(shù)

箱形拱橋的跨度較大，加固方案的實(shí)施易受地形條件、地質(zhì)條件及交通通行條件等因素的影響，所以首先應(yīng)了解拱橋載荷力的決定性因素，再根據(jù)病害的成因設(shè)計(jì)具體的加固方案。

3.1 拱橋加固基本原理

拱式橋梁在荷載(恒載和活載)作用下，除了承受荷載產(chǎn)生的軸向壓力外，還承受荷載對(duì)其產(chǎn)生的彎矩和剪力，由于剪力的影響相對(duì)較小，可表達(dá)拱式結(jié)構(gòu)是以壓彎構(gòu)件作為承重結(jié)構(gòu)。拱式橋梁主拱圈結(jié)構(gòu)受力狀況由三個(gè)要素決定，即荷載(恒載和活載)作用產(chǎn)生的內(nèi)力(軸力、彎矩)、主拱圈截面的面積，和彎矩慣性矩或幾何抗彎彈性模量，以及主拱圈材料的自身強(qiáng)度。

3.2 增大主拱圈截面

當(dāng)拱圈的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和抗裂性能不足時(shí)，通常采用增大構(gòu)件截面、增大配筋、提高配筋率的加固方法。這種方法是在拱圈的上部或下部植筋加大尺寸，增配主筋，提高拱圈的有效高度和抗彎剛度，從而提高橋梁的承載力。

3.3 粘貼碳纖維布加固法

碳纖維是一種新型建材，因其質(zhì)輕、耐腐蝕、片材薄、抗拉強(qiáng)度高而被廣泛應(yīng)用。碳纖維布(片)加固法被視為拱橋加固補(bǔ)強(qiáng)、提高承載能力，尤其是當(dāng)高度受限制時(shí)的首選加固方法，具有施工工藝易于掌握的特點(diǎn)。

3.4 粘貼鋼板加固法

采用環(huán)氧樹(shù)脂系列粘貼劑，將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的受拉區(qū)域或薄弱部位，使之與結(jié)構(gòu)物形成整體，用以代替需增設(shè)的補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，通過(guò)鋼板與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的共同作用，提高其剛度，限制裂縫開(kāi)展，改善鋼筋及混凝土的應(yīng)力狀態(tài)，提高梁的承載力，以達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)效果。

4 工程實(shí)例

4.1 工程概況

某大橋全長(zhǎng)322m，上部結(jié)構(gòu)為1跨20m的鋼筋混凝土雙曲拱+3跨80m的鋼筋混凝土箱形拱+1跨30m鋼筋混凝土雙曲拱，下部結(jié)構(gòu)采用重力式墩臺(tái)，基礎(chǔ)為明挖基礎(chǔ)，橋面寬度為9m+2×0．75m，設(shè)計(jì)載荷為汽車(chē)—15級(jí)，掛車(chē)—80。

4.2 主要病害現(xiàn)象及原因分析

在長(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，由于受車(chē)輛的不斷沖擊作用和超重車(chē)的影響，橋梁的拱上建筑部分和橋面系損壞嚴(yán)重。病害現(xiàn)象如下：(1)多數(shù)拱上帽梁和挑梁懸臂根部出現(xiàn)豎向裂縫，裂縫自梁頂向下延伸，裂縫多發(fā)生在負(fù)彎矩最大的位置，為受力裂縫。產(chǎn)生裂縫的原因是懸臂端根部的負(fù)彎矩過(guò)大，構(gòu)件承載能力低所造成。(2)由于橋面系破損造成滲水，導(dǎo)致主拱圈、拱上結(jié)構(gòu)、墩上結(jié)構(gòu)表面混凝土剝落，形成多個(gè)凹面。(3)橋臺(tái)側(cè)墻出現(xiàn)裂縫，且裂縫寬度較大，單條豎向開(kāi)裂，分布在上、下游橋臺(tái)側(cè)墻，主要為基礎(chǔ)的不均勻沉降引起。(4)由于超重車(chē)輛的行車(chē)載荷，行車(chē)道板承載力不足，底部出現(xiàn)橫向裂縫，最大縫寬為0．20mm，多數(shù)縫寬在0．04～0．12mm之間。

4.3 加固措施

(1)針對(duì)挑梁裂縫產(chǎn)生的原因，應(yīng)鑿除挑梁加固部位表面的混凝土，鑿深以露出箍筋直徑的一般為宜，再植入新舊混凝土體連接鋼筋，安放外包鋼筋網(wǎng)，連接部位與植入鋼筋焊接，以此來(lái)提高構(gòu)件的抗彎承載能力，立模后現(xiàn)澆混凝土。(2)主拱圈、拱上結(jié)構(gòu)混凝土的剝落，為防止病害進(jìn)一步加大，應(yīng)該采用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)。首先鑿除已經(jīng)松動(dòng)、剝落的混凝土部分，對(duì)修補(bǔ)部分進(jìn)行鑿毛，保證混凝土表面干凈、干燥，露筋部位混凝土要全部鑿除，對(duì)于已經(jīng)銹蝕的鋼筋要除銹處理，鋼筋橫截面損失超過(guò)20%的，要補(bǔ)焊鋼筋；最后均勻的涂上環(huán)氧砂漿。(3)對(duì)于橋臺(tái)不均勻沉降產(chǎn)生的裂縫，采用環(huán)氧樹(shù)脂灌漿法進(jìn)行維修。首先鉆眼埋嘴，沿裂縫走向均勻的刷一層環(huán)氧漿液，寬度為7～8cm，然后在上面緊貼一層玻璃布，寬度為5～7cm。最后進(jìn)行試氣密封檢查。(4)行車(chē)道板的裂縫采用粘貼碳纖維加固。首先充分打磨混凝土面層，配制找平材料并涂刮找平乳膠，粘貼樹(shù)脂，粘貼碳纖維，最后用尼龍輪滾壓碳纖維面層，在板底處刷一層厚度為0．5cm的環(huán)氧砂漿。

5 結(jié)語(yǔ)

箱形拱橋的加固改造是公路舊拱橋危橋改造的一個(gè)重要內(nèi)容，也是公路管理部門(mén)面臨的一項(xiàng)重要課題。然而，在實(shí)際加固工程中，由于所考慮的因素較多，在選擇加固技術(shù)方案時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況，對(duì)加固技術(shù)的可行性、經(jīng)濟(jì)性及使用性能進(jìn)行分析，采用多種技術(shù)綜合處治，以獲得良好的加固效果。

[1]曹文婷,曹少輝.混凝土箱形拱橋的荷載試驗(yàn)研究[J].科技致富向?qū)?2011年11期.

[2]張麒蟄.鋼筋混凝土箱形拱橋病害分析與加固技術(shù)探討[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2009年03期.