某钢筋混凝土拱桥的维修加固方案

[摘　要]　某桥为一座已投入使用的钢筋混凝土等截面悬链线薄壁箱形上承式肋拱桥,通过现场检测 及结构计算,对该桥主要病害、承载能力进行评估并提出维修加固方案,可供同类桥梁的维修加固参考。 

【关键词】钢筋混凝土,箱形肋拱桥,检测,评估,维修加固,桥梁维修加固,加固方案,维修加固,增大截面加固,加固,

1　工程概况 

某桥位于某高速公路上,于2000年12月建成并投入使 用。桥型为净跨60 m的钢筋混凝土等截面悬链线薄壁箱形 上承式肋拱桥,桥梁全长90175 m (图1) 。桥面设置013%的 单向纵坡,正拱斜置,左右幅全分离。主拱采用悬链线,拱轴 系数m = 11543,矢跨比1 /8,主拱圈为箱形截面,单箱组成一 肋,肋高116 m,宽116 m,半幅两条拱肋,全宽为4条拱肋,拱 上横向为分离式排架,拱上行车道板跨径为5116 m的T梁, 半幅为12块,全宽为24块。 

2　大桥存在的主要病害 

根据检测报告,大桥存在的主要病害有: 

211　主　拱 (1) 拱肋裂缝。经过检查,本桥主拱拱肋除拱脚处发现 几条细微裂缝外,其余部位状况良好,未观察到裂缝。裂缝 分布情况及其特征见图2。 

(2) 拱肋钢筋锈蚀检测。检测结果表明由于本桥建成 时间不长,加上桥梁的防、排水设施比较良好,所以钢筋的锈 蚀很轻微。 

212　拱上排架立柱 上、下游所有立柱均保持完整,基本没有破损。 上游幅桥的盖梁状况良好,下游幅桥盖梁裂缝较多,主 要分布在盖梁跨中最大正弯矩区和立柱顶最大负弯矩区,裂 缝宽度均未超过规范限值( 0125 mm) 。下游幅桥盖梁裂缝 较多可能与此方向重车较多有一定关系。盖梁裂缝分布情 况及裂缝特征值见图3。 

213　T梁 

(1) T梁裂缝检测。行车道T梁是本次检查的重点,比 较典型的T梁裂缝特征及分布情况如图4。

从图4并结合检查情况可以看出, T梁的裂缝基本分 布于整片梁体腹板, 多数裂缝上端位于翼缘板根部或其下 几厘米处, 下端位于距底面以上4～6 cm处, 跨中附近部 分裂缝延伸到底面。裂缝宽度在0106～012 mm之间, 大多 数裂缝宽度在0106～0108 mm之间。T梁的翼缘板上裂缝 较少。 (2) T梁横隔板检查。全桥横隔板不同程度的开裂和破 损,连接钢板的保护层混凝土施工质量较差,钢板有外露、锈 蚀现象。 (3) T梁铰缝检查。铰缝是本次检测的重点之一,检查 发现,几乎所有T梁的铰缝均存在不同程度的宽度不一、高 低交错等病害,部分铰缝两侧翼缘板被压碎。 (4) T梁支座检查。通过对T梁支座的全面检查,发现 大部分T梁采用的是单层约15 mm厚橡胶块,少数T梁使用 了两层橡胶块。橡胶支座状况良好,基本无变形及老化现 象。但少数支座存在偏心情况(安装时造成) 。 

214　桥面设施 (1)桥面铺装检查。本桥桥面铺装存在较为严重的开裂 问题。通过对裂缝位置的详细测定,发现桥面铺装纵向裂缝 大多位于T梁铰缝上,而桥面铺装横向裂缝大多位于两跨T 梁交界处。 (2)伸缩缝检查。下游幅桥一侧伸缩缝宽度变化较大,伸 缩缝内有泥砂等杂物,影响伸缩缝的正常伸缩功能。桥头铺 装层有一块塌陷、破碎区域,车辆通过时对桥梁的冲击较大。 

3　荷载试验结果 

(1)静载试验结论。在试验荷载作用下,大桥拱肋实测 挠度小于理论计算值,实测应力除立柱附近应力集中点外均 小于理论计算值,校验系数处于正常范围,卸载后恢复良好。 可知拱肋的强度和刚度满足要求。上下游拱肋挠度和应力 校验系数差别不大,两拱肋间荷载横向分布正常。加载前后 拱肋原有裂缝长度和宽度未测到变化,未见新裂缝开展,可 知拱肋的抗裂性满足要求。 在试验荷载作用下, T梁的实测挠度和应力最大值均超 过了理论计算值,各T梁挠度和应力校验系数差别较大, T 梁间横向联结较弱,单根T梁受力较大,导致挠度和应力实 测值超过理论值。 (2)动载试验结论。动载试验表明大桥实测动力特性正 常,动力响应振幅正常,但T梁横向联系偏弱,实测拱肋及T 梁冲击系数偏高。

4　全桥主要结构计算结果 

413　T梁主要计算结果 (1)原T梁主要验算结果。由于几乎所有T梁的铰缝均 存在不同程度的宽度不一、高低交错等病害,因此对原T梁 进行计算时,按杠杆法计算横向分配系数(见表3) 。 

 (2)桥面系改造后原T梁主要验算结果。考虑到改造后 的桥面铺装(12 cm C40钢纤维砼+ 4 cm沥青砼)较原桥面 铺装(6 cm C30砼+ 4 cm沥青砼)对T梁整体性的提高有较 大帮助,因此对原T梁进行计算时,按铰接法计算横向分配 系数。 

5　加固设计方案 

加固整治方案设计必须综合考虑。从考虑安全性、耐久 性、社会影响、工程造价、工期长短等不同方面出发,提出以 下加固设计方案。改造后T梁主要验算结果见表4。 

511　封闭现有裂缝 对宽度大于0115 mm的裂缝采用恒定低压压注改性环 氧灌缝胶的方法处理, 使之成为一体受力, 对宽度小于 0115 mm的裂缝采用改性环氧树脂胶封闭处理。 

512　拱圈局部增大截面加固 根据偏心受压构件的受力特点,增大截面加固是其最 适合的加固方法,根据本桥拱圈检测及计算结果,发生在拱 脚截面附近的病害对桥的承载能力有影响,而其他截面荷载 作用下都有不同程度的富裕。因此在拱背增加20 cm厚C40 补强砼,浇筑长度为拱脚至拱上第一根立柱间,新增砼末端 采用45°倒角结束。拱背加固段配16 根<25 钢筋(一个 肋) 。 为了达到此加固方法的效果,在对原砼结构进行补强 前,必须将原砼结构表面凿毛露出石子,被包的砼棱角应打 掉,同时应除去浮碴、尘土,并用高压水冲洗干净,然后在清 理过的砼表面植筋。植筋钻孔所使用的钻机必须具有技术 成熟、可导向定位、振动小、不损坏结构表面、成孔快速、孔径 孔深准确的特点,不允许冲击钻孔。补强砼可采用普通补偿 收缩砼浇筑,通过振捣致密实。 

513 盖梁粘贴钢板法加固 通过验算原盖梁承载力满足规范要求,但考虑到实际检 测中已发现盖梁开裂(可能由于超载车辆的作用) ,所以对原 盖梁采用以下方法进行加固。 (1)在盖梁跨中底面粘贴二块200mm ×10mm ×4800mm 的钢板进行补强。 (2)在盖梁支点两侧侧面的上缘各粘贴一块500mm × 10mm ×2100mm的L形钢板进行补强。 在粘贴钢板之前,对于原砼构件的粘合面要用硬毛刷沾 高效洗涤剂刷除表面油污后,用水冲洗,再对粘合面进行打 磨(如砼表面不是很脏很旧,则可直接对粘合面进行打磨) , 除去2～3 mm厚表层,直至完全露出新面,用无油压缩空气 吹除粉粒,清水冲洗干净,待完全干燥后用脱脂棉粘丙酮擦 拭表面即可涂粘结剂。并应将原砼构件截面的棱角打磨成 半径r≥7 mm的圆角。对于钢板粘合面,须进行除锈和粗糙 处理。如钢板未生锈或轻微锈蚀,可用喷砂、砂布或平砂轮 打磨,直至出现金属光泽。打磨粗糙度越大越好,打磨纹路 应与钢板受力方向垂直,用脱脂棉粘丙酮擦拭干净。之后采 用专业配制的改性环氧粘结剂,粘贴平整,并用锚固螺栓压 紧。 外露钢板的防腐措施如下:外露钢板除锈等级Sa215,采 用H06 - 4环氧富锌为底漆, H52 - 88环氧云铁作中间漆, J52 - 68氯化橡胶作面漆。 

514 桥面T梁 对于桥面T梁,由于涉及工程量比较大,现提出以下二种加固方案。 

51411 加固设计方案一:在T梁不动的情况下通过改造桥 面系改善T梁受力 本方案在不改变原有结构体系情况下,尽量减小社会影 响和减少工程造价。而且本方案能有效地加强T梁横向连 接,改善T梁受力。但在T梁不动的情况下,对T梁自身和 梁端支座进行处理,其施工难度较高。通过本方案的养护、 维修能较为有效地改善桥面的整体性能并延缓全桥病害的 加剧。 51412 加固设计方案二:全桥全部更换T梁 本方案在不改变原有结构体系情况下,主要考虑安全性 和耐久性。而且本方案施工过程无任何难点,通过加固能彻底根治本桥病害,使本桥能完全满足今后交通日益增长发展 的需要。但缺点是社会影响大,工程造价较高。 

6 结束语 

拱桥的类型多种多样,不同的结构类型,病害表现有所 不同,产生的原因也有很大的差距,而处理病害的方法手段 也是多种多样。即使是同样的病害,采取不同的处理措施, 所花费的资金和处理的效果也将有很大的区别。本文通过 对本桥主要病害的分析、承载能力评估,提出了加固方案,并对加固方案实施的施工.

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