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剛架拱橋是在雙曲拱橋、桁架拱橋的建筑經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上結(jié)合斜腿剛構(gòu)的特點(diǎn)發(fā)展演變而來(lái)的一種橋型，屬于有推力的高次超靜定結(jié)構(gòu)。具有構(gòu)件少、自重輕、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)美觀等優(yōu)點(diǎn)，曾被廣泛推廣應(yīng)用。不過(guò)剛架拱橋也存在整體性較差，橫向穩(wěn)定性不足，主次拱腿、大小節(jié)點(diǎn)、弦桿及實(shí)腹段容易開(kāi)裂等缺點(diǎn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，交通量的日益增大，重載、超載車(chē)輛的不斷出現(xiàn)，絕大多數(shù)剛架拱橋都產(chǎn)生了不同程度的病害、損傷甚至破壞，有些已經(jīng)影響到的橋梁的正常安全使用。因此，對(duì)剛架拱橋的病害成因分析及維修加固方法的探討是非常必要的。

1 工程概況

尤溪縣玉帶橋主跨立面圖如圖1 所示，跨中橫斷面圖如圖2 所示。該橋建于1998 年，主跨上部結(jié)構(gòu)采用凈跨50m 鋼筋混凝土剛架拱，矢跨比為1/10，橫向布設(shè)6 片剛架拱片，拱片間距2.8m。主跨橋面鋪裝連續(xù)，兩側(cè)橋頭各一條伸縮縫。橋面系采用矢跨比為1/11、厚6cm 的微彎板及現(xiàn)澆混凝土填平層。橋面寬度為2.2m(人行道)+12.0m(行車(chē)道)+2.2m(人行道)。下部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土組合式橋臺(tái)。原設(shè)計(jì)荷載:汽車(chē)-20，掛車(chē)-100，人群荷載3kN/m2。

圖1 玉帶橋主跨立面圖(單位:cm)

圖2 玉帶橋主跨跨中橫斷面圖(單位:cm)

2 病害情況及成因分析

2.1 病害情況介紹

根據(jù)檢測(cè)報(bào)告，主跨上部結(jié)構(gòu)病害情況如下:

(1)剛架拱片:兩側(cè)拱腿存在豎向半貫通裂縫，所檢裂縫最大寬度測(cè)讀值為0.22mm，超過(guò)規(guī)范限值;斜撐頂面存在橫向貫通裂縫，由于青苔滋生，裂縫寬度無(wú)法測(cè)讀;側(cè)面豎向半貫通裂縫，所檢裂縫最大寬度測(cè)度值為1.10mm，超過(guò)規(guī)范限值;跨中拱頂附近實(shí)腹段存在較多裂縫，大小節(jié)點(diǎn)附近弦桿段存在個(gè)別裂縫，所檢裂縫最大寬度測(cè)讀值為0.28mm，超過(guò)規(guī)范限值。拱片局部表面砂漿層脫落，個(gè)別位置砼蜂窩麻面、鋼筋外露銹蝕。(見(jiàn)圖3)

(2)微彎板:人行道下方微彎板受橋面滲水水蝕、微彎板個(gè)別位置存在橫橋向裂縫，裂縫處滲水白華，裂縫寬度無(wú)法測(cè)讀。(見(jiàn)圖4)

(3)橫系梁:橫系梁表明砼粗糙，碎石堆積，個(gè)別橫系梁砼局部剝落、掉角、空洞;多數(shù)橫系梁存在豎向半貫通裂縫，所檢裂縫最大寬度測(cè)讀值為0.28mm，超過(guò)規(guī)范限值。(見(jiàn)圖5、圖6)

圖3 拱肋蜂窩麻面

圖4 微彎板滲水

圖5 橫系梁空洞、孔洞

圖6 橫系梁裂縫

2.2 病害成因分析

(1)剛架拱片:在恒、活載作用下，主拱腿和斜撐的軸向壓力相對(duì)較大，而彎矩相對(duì)較小，主要表現(xiàn)為小偏心受壓構(gòu)件，一般不產(chǎn)生拉應(yīng)力，但在墩臺(tái)不均勻沉降時(shí)，主拱腿和斜撐底部的負(fù)彎矩就非常敏感，因此主拱腿和斜撐底部產(chǎn)生的裂縫極有可能是由于墩臺(tái)的不均勻沉降引起的;

中弦桿及實(shí)腹段為偏心受壓構(gòu)件，拱頂實(shí)腹段截面為正彎矩控制截面，隨著交通量增大，容易在受拉區(qū)出現(xiàn)裂縫;

大、小節(jié)點(diǎn)受力復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)外形不夠圓順引起局部應(yīng)力集中，節(jié)點(diǎn)連接剛度不夠，因此容易出現(xiàn)不規(guī)則裂縫;

施工時(shí)質(zhì)量控制不嚴(yán)，導(dǎo)致出現(xiàn)砂漿脫落、蜂窩麻面、鋼筋外露等混凝土缺陷。

(2)微彎板:作為剛架拱橋的直接受力構(gòu)件，車(chē)輪荷載直接作用在微彎板上形成集中力，而微彎板內(nèi)通常配筋較少，局部超載潛力小，隨著交通量和超載車(chē)輛的增多，容易產(chǎn)生裂縫。

(3)橫系梁:剛架拱橋的橫向聯(lián)系薄弱而不能適應(yīng)大的交通量或重載交通的車(chē)輛，因此橫系梁容易產(chǎn)生豎向裂縫。

3 維修加固方法

(1)采取增加橫系梁數(shù)量、加固提高橫系梁剛度等有效措施，提高橋梁剛度和整體性，增強(qiáng)拱片間橫向聯(lián)系和協(xié)同受力能力。

通過(guò)串螺紋鋼筋、焊接鋼板并外包混凝土擴(kuò)大截面來(lái)加固拱腿處的橫向聯(lián)系，并對(duì)原拱肋橫向聯(lián)系進(jìn)行粘貼鋼板加固，以及在拱頂和上弦桿上加密肋間橫向聯(lián)系。

在拱片上鉆孔植筋時(shí)應(yīng)注意避開(kāi)原有鋼筋，在4 根Φ25 螺紋鋼筋橫穿拱片后，用螺帽固定在上下游拱肋的外側(cè)面上，拱肋內(nèi)側(cè)均貼焊鋼墊板，并據(jù)此焊接架立鋼筋和綁扎鋼筋，立模板，澆筑高標(biāo)號(hào)干硬性混凝土(外包時(shí)需濕潤(rùn)舊混凝土表面)，形成補(bǔ)強(qiáng)的橫向聯(lián)系。

(2)對(duì)承載力不足的拱腳、斜撐、拱頂進(jìn)行粘貼鋼板加固。

粘貼鋼板加固是采用粘鋼膠將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受拉緣或薄弱部位，必要時(shí)組合成鋼套，并使之與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物形成整體，提高橋梁的承載能力，達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)效果。它具有不破壞被加固的原結(jié)構(gòu)物、幾乎不增大原結(jié)構(gòu)尺寸、施工簡(jiǎn)單、能在短期內(nèi)完成加固工程和基本不改變剛架拱橋原貌等優(yōu)點(diǎn)。

(3)微彎板肋底粘貼碳纖維布加固。粘貼碳纖維布的工藝流程一般包括卸荷(封閉交通)—基底處理—涂底膠—粘貼—保護(hù)。

圖7 大節(jié)點(diǎn)加固設(shè)計(jì)圖(單位:cm)

圖8 小節(jié)點(diǎn)加固設(shè)計(jì)圖(單位:cm)

(4)對(duì)全橋出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行封閉處理。施工流程:裂縫的檢查及標(biāo)注→清縫及裂縫表面處理→粘貼灌漿嘴及裂縫表面封閉→壓氣試驗(yàn)→灌注混凝土裂縫修補(bǔ)注漿料→灌注完畢待漿液聚合固化后拆除注漿嘴→涂混凝土裂縫修補(bǔ)膠封閉。

(5)對(duì)全橋構(gòu)件混凝土蜂窩、孔洞、露筋等缺陷進(jìn)行進(jìn)行鋼筋除、防銹及環(huán)氧樹(shù)脂砂漿修復(fù)處理。

圖9 玉帶橋加固設(shè)計(jì)立面圖(單位:cm)

4 結(jié)論

目前仍有大量的剛架拱橋在運(yùn)營(yíng)當(dāng)中，由于長(zhǎng)期承受超量、超載車(chē)輛的作用，以及剛架拱橋自身的一些缺陷，導(dǎo)致承載能力不足，出現(xiàn)破損等，使用性能下降。根據(jù)剛架拱橋現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)病害原因進(jìn)行分析，針對(duì)薄弱位置采用增大截面法、粘鋼法及粘貼碳纖維布法等進(jìn)行加固，使其剛度、強(qiáng)度能滿足現(xiàn)階段使用要求，既保證了橋梁的使用安全，又節(jié)省了新建橋梁的花費(fèi)，具有重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義。

［1］姚玲森.《橋梁工程》.人民交通出版社，1985.

［2］顧安邦，孫國(guó)柱.《公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)拱橋(下)》.人民交通出版社，1994.

［3］廣東省公路管理局.《廣東省公路橋梁維修加固技術(shù)指南》.人民交通出版社，2011.