后姜溝公路橋病害分析及維修加固設(shè)計

邱華+張秀梅+衣海明

摘 要：結(jié)合檢測結(jié)論，對后姜溝公路橋出現(xiàn)的病害進行原因分析；針對該橋存在的主要問題，通過維修加固使其達到公路-Ⅱ級荷載等級的使用標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：剛架拱橋；病害分析；行車安全；維修加固；裂縫；增大截面

中圖分類號：U448.14 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）05-0065-02

1 工程概況

后姜溝公路橋位于南水北調(diào)東線一期工程東平湖～濟南段輸水工程河道上，為30m剛架拱橋，橋梁總長41m，其橫向布置為凈-7+2×0.5m，于2004年建成通車。設(shè)計參照1983年《鋼筋混凝土剛架拱橋定型設(shè)計圖》，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為：汽-20，掛-100。

2016年7月，業(yè)主委托檢測單位對該橋進行了安全檢測，存在主要問題如下：①拱腿、外弦桿存在超限裂縫；②微彎板出現(xiàn)多條縱向貫通裂縫，且出現(xiàn)大面積嚴(yán)重破損，甚至穿孔；③輔孔橋板多處出現(xiàn)橫向貫通裂縫，縫寬未超限；④既有伸縮縫已完全失效；⑤時隔兩個月再次查勘現(xiàn)場時，發(fā)現(xiàn)橫系梁新增多條貫通裂縫，且多處出現(xiàn)破碎，說明橫系梁出現(xiàn)嚴(yán)重的功能性病害，發(fā)展迅猛，且有繼續(xù)擴張現(xiàn)象。

2 橋梁病害原因分析

病害的產(chǎn)生原因是多方面的，交通量和超重車迅猛增加，定型設(shè)計圖本身的不足，日常養(yǎng)護不到位等都是產(chǎn)生病害的主要原因。

2.1 定型設(shè)計圖的不足

（1）后姜溝公路橋采用的剛架拱橋是我國自主創(chuàng)新的橋型，作為一種輕型的組合體系拱橋，拱上結(jié)構(gòu)與主拱結(jié)合成一個整體共同受力，與一般簡單體系拱橋相比，拱上建筑聯(lián)合作用能減輕主拱受力的有利因素已被挖掘，承載潛力較小。

（2）橋面系和橫系梁截面尺寸偏小，配筋偏少，與拱片的連接不夠牢固，整體受力不足，重車作用下微彎板出現(xiàn)開裂、斷板、穿孔現(xiàn)象。橫系梁損壞后不利于荷載的橫向分布，加重橋梁病害。

（3）外弦桿和內(nèi)弦桿采用相同的尺寸，由于外弦桿是受彎構(gòu)件，內(nèi)弦桿是偏心受壓構(gòu)件，這使得在設(shè)計荷載作用下外弦桿正彎矩增大，出現(xiàn)微裂縫。這樣的弦桿承受超重車輛時，裂縫就會增多、增寬、增大、貫穿截面，從而出現(xiàn)病害，影響安全使用。

2.2 交通管控力度不夠

該橋由水利部門建設(shè)，因各種原因未能移交給當(dāng)?shù)亟煌ú块T，且水利部門無權(quán)對交通進行管制，近幾年通過該橋百噸以上超重車流量激增。超載運輸導(dǎo)致剛架拱橋結(jié)構(gòu)實際受力狀況超出設(shè)計理論值及規(guī)范規(guī)定允許值，不超載時，各構(gòu)件工作尚屬正常。一旦超載增多，對于剛架拱橋這種自身承載潛力較小的輕型結(jié)構(gòu)橋梁更容易產(chǎn)生較大變形，造成控制截面承載力不足，致使各構(gòu)件的薄弱面出現(xiàn)裂縫，對橋梁造成嚴(yán)重?fù)p害，行車安全存在較大隱患。

2.3 日常養(yǎng)護不到位，局部構(gòu)件維修不及時

一座橋梁竣工交付使用后將進行兩方面的工作：其一是經(jīng)常性的養(yǎng)護維修；其二是針對橋梁實際存在的問題，進行必要的技術(shù)改造，使其滿足新的使用要求。橋梁的維修養(yǎng)護，主要包括日常檢修和對危害橋梁正常運營的部分進行修繕工作。該橋由水利部門進行管養(yǎng)，受條件限制，當(dāng)橋梁局部構(gòu)件出現(xiàn)問題時不能及時有效的進行專業(yè)修復(fù)，長此以往，當(dāng)損害累計到一定程度時就會影響到全橋的安全。

3 維修加固設(shè)計

3.1 維修加固設(shè)計原則

（1）加固維修方案設(shè)計及實施盡量減少對原有結(jié)構(gòu)的損傷，并盡量充分利用原有構(gòu)件，保證原有結(jié)構(gòu)保留部分的安全性與耐久性。

（2）橋梁經(jīng)加固維修后，能恢復(fù)使用功能，增強安全性和耐久性。

3.2 維修加固設(shè)計目的

針對該橋存在的主要問題，通過維修加固使其達到公路-Ⅱ級荷載等級的使用要求。

3.3 維修加固設(shè)計

根據(jù)檢測的主要病害情況，結(jié)合荷載試驗的結(jié)論，針對本橋?qū)嶋H情況，提出維修加固方案：拆除橋面鋪裝層及微彎板，改為現(xiàn)澆橋面板結(jié)構(gòu)，設(shè)置防撞護欄；并對弦桿、拱腿、橫系梁增大截面加固。維修加固后，橋面寬度為凈7+2×0.5m，橋面總寬為8.0m。

（1）弦桿、拱腿及橫系梁增大截面加固：對弦桿、拱腿及其橫系梁裂縫、混凝土剝落等病害進行處理，并進行鑿毛，然后植筋澆筑混凝土。

（2）裂縫處理：對構(gòu)件的裂縫進行處理。

（3）更換輔孔橋板：將原橋輔孔橋板更換為現(xiàn)澆混凝土橋板，并將支座重新更換。

（4）更換橋面鋪裝：將原橋微彎板、填平層、橋面鋪裝更換為現(xiàn)澆橋面板。

（5）更換伸縮縫：更換主拱與臺帽處伸縮縫。

維修加固工序為：拆除橋面鋪裝層及微彎板→裂縫處理→弦桿、拱腿及其橫系梁增大截面加固→更換輔孔橋板→現(xiàn)澆橋面板→澆筑護欄。

4 維修加固前后結(jié)構(gòu)復(fù)核

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2015），荷載等級采用公路-Ⅱ級，設(shè)計安全等級為一級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1。

計算模型分兩種形式，采用MIDAS CIVIL計算軟件對該橋進行有限元分析。

模型1：假定原橋無結(jié)構(gòu)性病害，對原橋采用公路-Ⅱ級荷載標(biāo)準(zhǔn)計算；

計算結(jié)果如下：

經(jīng)過維修加固后，橋梁所有截面承載能力均滿足要求。

5 施工工藝及注意事項

5.1 裂縫處理

（1）對拱腿附近的網(wǎng)狀裂縫進行封縫（表面封閉法）：裂縫寬在0.15mm以下，用修補膠沿裂縫走向從上至下均勻涂刷兩遍進行封閉（寬度6～8cm），并在上面分段緊密貼上一層玻璃絲布（寬度5～7cm），形成封閉帶。工藝流程：擴縫→清渣、吹風(fēng)→涂刷修補膠→封縫。

（2）對拱腿、外弦桿、橫系梁多條超限裂縫進行灌縫（壓力灌注法）：裂縫寬均超過0.15mm，采用壓力灌注法進行修補。工藝流程：鉆孔→清孔及表面處理→粘貼灌漿嘴→裂縫表面封閉→壓氣試驗→灌膠→表面清理，最后對每一道裂縫表面再涂一層混凝土深層滲透型防水密封劑，確保封閉嚴(yán)實，使其顏色與原混凝土結(jié)構(gòu)表面盡量保持一致。

（3）對于蜂窩、麻面部位等一些淺表面的混凝土病害，先鑿除表面疏松腐蝕部分，然后用混凝土柔性修補劑修補。

5.2 增大截面加固

對弦桿、拱腿和拱腿間橫向連系梁采取增大截面加固。其工藝流程：表面處理→植筋掛網(wǎng)→立模澆筑混凝土→養(yǎng)護。工藝要點如下：

（1）表面處理。把構(gòu)件表面抹灰層鏟除，對混凝土表面存在的缺陷清理至密實部位，并將表面鑿毛成凹凸差不小于6mm的粗糙面。清除混凝土表面的浮塊、碎渣、粉末，用壓力水沖洗干凈。為了加強新、舊混凝土整體結(jié)合，在原混凝土表面涂刷混凝土界面劑等。

（2）植筋掛網(wǎng)。在原構(gòu)件表面按設(shè)計要求植入相應(yīng)鋼筋。在植筋完成后，應(yīng)按照設(shè)計要求安裝鋼筋網(wǎng)，安裝過程中應(yīng)準(zhǔn)確定位，保證鋼筋平整順直，并嚴(yán)格控制保護層厚度。鉆孔前可用鋼筋探測儀探測橋梁構(gòu)件植筋部位鋼筋位置，或鑿去保護層暴露鋼筋，若植筋孔位處存在鋼筋，則適當(dāng)調(diào)整鉆孔位置。植筋鋼筋直徑12mm，植筋鉆孔直徑16mm，錨固深度150mm。植筋用膠黏劑采用專用灌注器或注射器進行灌注，灌注量一般為孔深的2/3，并應(yīng)保證在植入鋼筋后有少許膠黏劑溢出。注入膠黏劑后應(yīng)立即單向旋轉(zhuǎn)插入鋼筋，直至達到設(shè)計的深度，并保證植入鋼筋與孔壁間的間隙基本均勻，校正鋼筋的位置和垂直度。

（3）立模澆筑混凝土。增大截面加固時混凝土厚度一般較小，因此需要較高的控制精度，在立模時需要平順，盡量減小模板與原構(gòu)件間的空隙。施工時，要求施工仔細(xì)、振搗密實。

（4）養(yǎng)護。由于原混凝土收縮已完成，后澆混凝土凝固收縮時易造成界面開裂或板面后澆層龜裂，因此，在澆筑新混凝土12小時內(nèi)就應(yīng)開始飽水養(yǎng)護，養(yǎng)護期為兩周。

6 結(jié)語

維修加固完成后，后姜溝公路橋能滿足現(xiàn)行荷載等級的使用要求，但為了確保橋梁的正常使用，建議管養(yǎng)部門做好與交通部門的工作對接，采取措施限制超重車輛的通行，并加強對下部結(jié)構(gòu)的監(jiān)測及日常維修養(yǎng)護工作，關(guān)鍵構(gòu)件要定期檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，以免局部構(gòu)件的損害影響到全橋的安全。

參考文獻：

[1] 《公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范》（JTG/T J22-2008）

[2] 《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》（GB 50367-2013）

[3] 史強，宋運來.剛架拱橋病害分析及設(shè)計施工改進措施[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版）. 2008年06期.