xx市典型xx拱橋加固方案實(shí)例探討
2011-06-07 來源：筑龍網(wǎng)
xx市目前列養(yǎng)橋梁541座/37711.62延米，其中xx拱橋260座/9584.7延米。占整個(gè)橋梁總數(shù)的近30%。這些xx拱橋大多是在上世紀(jì)60—70年代修建的，由于當(dāng)時(shí)的財(cái)力有限，這些橋大多設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較底，主要承重構(gòu)件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)尺寸偏小，配筋較少，水泥混凝土強(qiáng)度較低（部分水泥混凝土是采用的鵝卵石作為骨料）。這種結(jié)構(gòu)的橋在我市的國(guó)省干線上有，在縣鄉(xiāng)公路，農(nóng)村公路上也有，在沒有加固改造之前，這些橋基本上屬四類、五類橋。xx拱橋盡管在現(xiàn)在的公路建設(shè)中很少看到，但在當(dāng)時(shí)的國(guó)情下，其在橋梁建設(shè)史所做的貢獻(xiàn)是不可磨滅的。
近幾年來，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通流量的迅猛增加，加之超重車輛所占的比重的加大，xx拱橋的承載能力已越來越不能適應(yīng)現(xiàn)代交通發(fā)展的需要，加固改造這些橋梁已是勢(shì)在必行。xx橋就是xx市所轄區(qū)內(nèi)的一座具有代表性的一座xx拱橋，2007年我們對(duì)該橋進(jìn)行了維修加固，現(xiàn)就xx橋的加固處治方法進(jìn)行一些探討。
1.1 加固前xx橋的概況
xx橋位于xx市境S107省道漢宜線K41+510處，由應(yīng)城市公路段負(fù)責(zé)管養(yǎng)。該橋修建于20世紀(jì)70年代，鋼筋混凝土xx拱橋，單孔、凈跨20米，5肋4波，橋面凈寬為：2×1.5m人行道＋7m行車道，矢跨比為：1/7，重力式橋臺(tái)，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為：汽—13，拖車—60。1993年，漢宜線加寬，該橋隨之進(jìn)行加寬，老橋部分成為主車道，部分成為非機(jī)動(dòng)車道。經(jīng)過30多年的運(yùn)營(yíng)，該橋已進(jìn)入其大修期。2007年，由應(yīng)城市公路段委托湖北公路工程咨詢監(jiān)理中心及武漢大學(xué)工程檢測(cè)中心聯(lián)合對(duì)該橋進(jìn)行了檢測(cè)。
1.2 外觀病害檢查
主拱肋底部保護(hù)層基本脫落，鋼筋外露，銹蝕嚴(yán)重，拱頂接頭處部分鋼板側(cè)面已外露；腹拱拱波頂部有貫通裂縫，裂縫最大寬度達(dá)2.5mm，腹拱橫墻墻身有裂紋（特別是孔洞周圍），拱墩表面有裂紋；主拱肋橫系梁基本完好，無明顯病害。
1.3 試驗(yàn)檢測(cè)
通過測(cè)試橋梁在試驗(yàn)荷載作用下，其主要承力構(gòu)件主拱肋在控制處的強(qiáng)度與剛度，以及主要裂縫的開展情況，來掌握該橋的實(shí)際受力狀態(tài)，及該橋的承載能力。
1.3.1 靜載試驗(yàn)檢測(cè)部分?jǐn)?shù)據(jù)
跨中截面各測(cè)點(diǎn)撓度值
測(cè)試部位
L/2截面 L/4截面
測(cè)點(diǎn) 1 2 3 4 5 6 7
實(shí)測(cè)撓度傳值（mm） 0.74 0.88 0.96 0.86 0.74 0.28 0.24
卸載后殘余值（mm） 0.01 0.01 0.02 0.01 0.02 0.01 0.01
理論擾度值（mm） 0.80 0.91 1.10 0.92 0.80 0.37 0.37
校驗(yàn)系數(shù) 0.93 0.97 0.83 0.93 0.93 0.76 0.72
平均校驗(yàn)系數(shù) 0.92 0.74
控制截面各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值
測(cè)試部位 L/2截面 拱腳截面
測(cè)點(diǎn) 1 2 3 4 5 6 7 8
實(shí)測(cè)應(yīng)力值（mpa） 0.79 0.87 1.17 0.90 0.80 -0.26 -0.25 -0.28
理論應(yīng)力值（mpa） 0.80 0.91 1.20 0.92 0.80 -0.30 -0.33 -0.33
校驗(yàn)系數(shù) 0.99 0.96 0.98 0.98 1.00 0.87 0.76 0.85
平均校驗(yàn)系數(shù) 0.98
荷載橫向分布系數(shù)
拱肋號(hào) 1 2 3 4 5
實(shí)測(cè)分布系數(shù) 0.315 0.374 0.409 0.366 0.315
理論分布系數(shù) 0.304 0.345 0.417 0.349 0.304
1.3.2 動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)
通過對(duì)該橋脈動(dòng)的測(cè)試及跑車激振試驗(yàn),測(cè)出該橋的豎向與側(cè)向的振動(dòng)位移都較大。
1.4檢測(cè)結(jié)論
1）撓度平均校驗(yàn)系數(shù)為0.92，應(yīng)變平均校驗(yàn)系數(shù)為0.98，校驗(yàn)系數(shù)小于1.0，表明結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度和剛度尚滿足規(guī)范要求。
2）跨中載面在試驗(yàn)荷載作用下的最大撓度為0.96mm，小于撓度的最大限值L/800，滿足規(guī)范相關(guān)要求。
3）實(shí)測(cè)荷載橫向分布系數(shù)與理論分布系數(shù)的變化趨勢(shì)與數(shù)值都較接近，表明該橋橫向聯(lián)系較好。
以上結(jié)論說明該橋滿足當(dāng)初的汽—15、掛—80的荷載要求。但鑒于該橋現(xiàn)有的病害，同時(shí)漢宜線的交通流量的不斷增長(zhǎng)，另外重載車輛也占有相當(dāng)?shù)谋戎?，所以決定對(duì)該橋進(jìn)行加固處治，以達(dá)到現(xiàn)行的二級(jí)公路橋梁的公路Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，以此來提高該橋的承載力。
1.4幾種初步的加固處治設(shè)計(jì)方案
第一種方案：
⑴對(duì)主拱圈拱肋采取現(xiàn)澆C30混凝土加固，現(xiàn)澆厚度為8cm；
⑵對(duì)主拱圈拱波采取錨噴C20混凝土加固，錨噴厚度為8cm；
⑶對(duì)橫系梁采取三向外包C30混凝土加固，加固厚度為8cm；
⑷拆除原橋面鋪裝，由于原橋橫向聯(lián)系嚴(yán)重不足，故采取疊合梁的形式重新澆注C40混凝土16cm，進(jìn)一步加強(qiáng)全橋的整體受力性能（疊合梁：為使橋面鋪裝層與橋面板緊密結(jié)合，使橋面鋪裝層共同參與受力，同時(shí)固定橋面鋪裝鋼筋的位置，采用“植筋”的技術(shù)，將植入的鋼筋與橋面鋪裝鋼筋牢固焊接后，再澆筑混凝土）；
⑸將原橋欄桿及人行道板拆除，重新安裝防撞護(hù)欄，長(zhǎng)度為30m；
⑹更換原橋泄水管。
該方案工程總造價(jià)為96.66萬元，平均每延米達(dá)3萬余元。
第二種方案：
⑴對(duì)主拱圈拱肋及橫系梁采取錨固6mm厚鋼板加固，鋼板與原砼采用專用材料填充，與原有的拱肋形成一個(gè)整體，類似于鋼管砼結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)橫系梁同樣進(jìn)行包鋼與主拱肋形成整體，大大增強(qiáng)整個(gè)橋梁的整體穩(wěn)定性；
⑵對(duì)拱圈、橋臺(tái)和拱波表面裂紋較為集中部位，采取粘貼碳纖維布進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；
⑶對(duì)拱圈、橋臺(tái)和拱波的局部缺陷、混凝土破損的區(qū)域，采用環(huán)氧樹脂砂漿直接進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)、修復(fù)；
⑷對(duì)其他部位進(jìn)行防炭化處理。
橋面等其他部位方案同（一）。
該方案工程總造價(jià)為60.66萬元，平均每延米達(dá)2萬余元。
第三種方案：
⑴對(duì)主拱圈拱肋采取噴射C20混凝土砂漿加固，噴射厚度為8cm；
⑵對(duì)主拱圈拱波采取錨噴C20混凝土加固，錨噴厚度為8cm；
⑶對(duì)橫系梁采取三向外包C20噴射混凝土砂漿加固；
⑷拆除原橋面鋪裝，由于原橋橫向聯(lián)系嚴(yán)重不足，故采取疊合梁的形式重新澆注C40混凝土16cm，進(jìn)一步加強(qiáng)全橋的整體受力性能；
⑸將原橋欄桿及人行道板拆除，重新安裝防撞護(hù)欄，長(zhǎng)度為30m；
⑹更換原橋泄水管。
該方案工程總造價(jià)為106.66萬元，平均每延米達(dá)3萬余元。
砼外包鋼筋構(gòu)造圖
主拱肋包鋼構(gòu)造圖
1.5設(shè)計(jì)方案的選取
采取鋼筋砼外包技術(shù)對(duì)xx拱橋加固是一種傳統(tǒng)的加固工藝，外包砼增加了主拱肋的截面尺寸，從而直接增強(qiáng)了整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載能力，此種工藝施工相對(duì)簡(jiǎn)單，但對(duì)老橋的橋臺(tái)、橋墩的穩(wěn)定性及承載能力要求較高；包鋼加固是當(dāng)前xx拱橋加固中應(yīng)用得較多的一項(xiàng)工藝，過去在房屋建筑中應(yīng)用較多，由于此項(xiàng)工藝相對(duì)而言施工較為簡(jiǎn)單，施工質(zhì)量較容易控制，同時(shí)工期較短，目前在橋梁加固中應(yīng)用較廣，其缺點(diǎn)是，應(yīng)注意對(duì)鋼板的防腐處理，后期對(duì)鋼板的腐蝕性應(yīng)密切關(guān)注，必須選用專業(yè)隊(duì)伍施工。
xx橋位處漢宜線，交通流量較大，對(duì)橋面的整體更換，在施工過程中的交通管制相當(dāng)困難，很容易造成交通擁擠，社會(huì)壓力大，同時(shí)xx橋下水位較高，采用現(xiàn)澆砼及噴射砼施工難度較大，該橋的橋面的破損率只有25%，無需整體更換橋面鋪裝，可采用局部修復(fù)，對(duì)橫系梁同橋進(jìn)行包鋼處理，橫系梁鋼板與主拱肋外包鋼板進(jìn)行焊接，形成整體，以此來提高整體性，可采用微膨材料進(jìn)行填隙，使鋼板、錨栓與原主拱肋共同受力，兼顧投資預(yù)算，最終采取了第二種施工設(shè)計(jì)。
1.6 施工工藝及在施工過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)
1.6.1粘貼鋼板的施工工序?yàn)椋?br />
1、將拱肋及橫系梁清理干凈后采用環(huán)氧砂漿將缺陷修復(fù)；
2、對(duì)混凝土和鋼板表面清理及打磨處理；
3、采用專用粘膠將鋼板及橫系梁粘結(jié)好；
4、用粘結(jié)內(nèi)漲螺栓或射釘加壓固定（注意探測(cè)好原橋鋼筋的位置再來確定螺栓的位置）；
5、鋼板作防腐處理。
1.6.2 具體的施工操作方法：
1、混凝土表面處理
按設(shè)計(jì)圖紙確定鋼材在構(gòu)件表面的位置。鑿去構(gòu)件與鋼板結(jié)合面處不良混凝土，若表面嚴(yán)重凸凹不平，可用環(huán)氧膠泥修補(bǔ)。將處理后的混凝土結(jié)合面打磨平整，構(gòu)件四角（或兩角）應(yīng)打磨出小圓角。用酒精清洗混凝土結(jié)合面。
2、鋼材表面處理
鋼板與混凝土粘接面應(yīng)除銹、打磨出金屬光澤，然后用酒精清洗干凈。
3、焊接鋼板骨架
將鋼板用內(nèi)爆螺栓固定在構(gòu)件預(yù)定結(jié)合面。將鋼板焊接在鋼板之間形成鋼骨架。
4、密封及粘貼灌漿嘴
用密封材料將鋼骨架全部構(gòu)件邊緣密封。在鋼骨架邊緣適當(dāng)位置鉆孔，粘貼灌漿嘴并留出排氣孔。
5、配制結(jié)構(gòu)膠
將ZLPJ-B包鋼灌注結(jié)構(gòu)膠A、B兩組按比例（A：B=4：1）混合，用電動(dòng)攪拌機(jī)進(jìn)行均勻充分?jǐn)嚢?，每次攪拌量不宜過多。
6、壓力灌膠
將灌漿管與灌漿盒接通，啟動(dòng)空壓機(jī)，檢查灌漿系統(tǒng)和鋼材周邊密封是否完好。將配制好的液態(tài)結(jié)構(gòu)膠裝入灌漿罐內(nèi)，啟動(dòng)空壓機(jī)向鋼材與混凝土表面之間的空腔內(nèi)灌漿，待出漿盒溢膠后將其封閉。再繼續(xù)壓注幾分鐘即可停止灌漿。待空腔內(nèi)膠體達(dá)到初凝而不外流時(shí)拆下灌漿盒，再用結(jié)構(gòu)膠將灌漿盒處抹平、封口。
7、養(yǎng)護(hù)、固化
結(jié)構(gòu)膠可在常溫下養(yǎng)護(hù)、固化，環(huán)境溫度保持在20℃以上時(shí)24小時(shí)具有一定強(qiáng)度， 3天后可受力使用。
1.6.2 質(zhì)量檢驗(yàn)
用小錘輕輕敲擊鋼材，檢查鋼板與混凝土表面粘結(jié)密實(shí)度，若有空洞聲，表示該處粘結(jié)不密實(shí)，應(yīng)采取補(bǔ)救措施。
1.6.3 工具
1、沖擊電鉆；2、角磨機(jī)；3、氧割、電焊設(shè)備；4、空氣壓縮機(jī)；5、攪拌工、器具；6、其他工具；（1）小錘；（2）計(jì)量器（磅稱）；（3）卷尺、刮刀；（4）防護(hù)設(shè)施；（5）電焊條、螺栓；（6）鉆刀、尖鋤、榔頭、錨栓等。
1.6.3 原材料
1、鋼材（符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求）
2、粘結(jié)劑為建筑結(jié)構(gòu)膠（ZLPJ-B）
結(jié)構(gòu)膠（ZLPJ-B）力學(xué)性能
抗拉強(qiáng)度（MPa） 抗壓強(qiáng)度（MPa） 與混凝土的正拉粘結(jié)強(qiáng)度（MPa）
≥30 ≥65 ≥2.5
3、封口膠
4、丙酮或酒精
1.6.4無機(jī)防碳化處理：
1、腹拱圈、橋體表面防碳化
清除混凝土表面松散物、浮漿及油污直至完全露出堅(jiān)實(shí)基層。若表面嚴(yán)重凸凹不平，可用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)；將處理后的混凝土面打磨，要求表下無油污，然后用壓縮空氣吹去浮塵，要求無灰塵。然后用空壓機(jī)將已攪拌均勻的水泥漿噴射在處理好了的砼表面，最后在待噴上的水泥漿凝固后將無機(jī)封閉膠噴射其表面，保證砼表面不被腐蝕、風(fēng)化。
2、拱肋包鋼鋼板表面防碳化
鋼板面應(yīng)除銹、打磨出金屬光澤，然后用酒精或丙酮清洗干凈，用有機(jī)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)膠均勻涂在鋼板表面，再用已準(zhǔn)備好的干砂均勻?yàn)⒃谟袡C(jī)膠上使鋼板表面粗糙，最后用無機(jī)膠攪拌成的水泥漿刮在鋼板上，將鋼板面密封不被銹蝕。
3、拱波有機(jī)防碳化處理：
清除混凝土表面松散物、浮漿及油污直至完全露出堅(jiān)實(shí)基層。若表面嚴(yán)重凸凹不平，可用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)；將處理后的混凝土面打磨，要求表面無油污，然后用壓縮空氣吹去浮塵，要求無灰塵；鋼板外面面應(yīng)除銹、打磨出金屬光澤，然后用酒精清洗干凈。將環(huán)氧樹脂與環(huán)氧固化劑混合，用電動(dòng)攪拌機(jī)進(jìn)行均勻充分?jǐn)嚢?，攪拌時(shí)間不少于10分鐘，最后將攪拌好的環(huán)氧樹脂涂在砼表面，要求均勻，無遺漏、無空洞。
應(yīng)注意的事項(xiàng)：
1、混凝土表面必須打磨至漏出砂石新面層為宜，然后用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)找平，鋼板打磨粗糙要徹底，有油污的地方要用丙酮清洗干凈；
2、調(diào)試膠水前要根據(jù)當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)的環(huán)境、溫度和工藝條件進(jìn)行膠水的試驗(yàn)調(diào)制，以確定最佳配比；
3、粘貼時(shí)必須緊壓鋼板，使之固定，壓緊后再在鋼板外表面上粘一層粗砂，再涂一層環(huán)氧樹脂密封，干硬后再涂一層水泥凈漿，使之與原橋顏色保持一致；
4、壓緊螺栓必須埋設(shè)牢固，具有可靠的減性；
5、鋼板內(nèi)隙采用專用建筑結(jié)構(gòu)膠填充密實(shí)。
2.1 加固后的試驗(yàn)檢測(cè)
通過測(cè)試該橋在試驗(yàn)荷載作用下，其主要承力構(gòu)件主拱肋在控制截面處的強(qiáng)度與剛度數(shù)值，以及裂縫的開展情況，來掌握加固后該橋的實(shí)際受力狀態(tài)，判斷該橋在加固后的提載能力。
跨中截面各測(cè)點(diǎn)撓度值
測(cè)試部位 L/2截面 L/4截面
測(cè)點(diǎn) 1 2 3 4 5 6 7
實(shí)測(cè)撓度傳值（mm） 1.06 1.08 0.98 0.89 0.62 0.39 0.37
卸載后殘余值（mm） 0.01 0.00 0.02 0.01 0.02 0.00 0.01
理論擾度值（mm）
1.19 1.19 1.14 0.94 0.59 0.42 0.42
校驗(yàn)系數(shù) 0.89 0.91 0.86 0.95 1.05 0.93 0.88
平均校驗(yàn)系數(shù) 0.923
控制截面各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值
測(cè)試部位 L/2截面 拱腳截面
測(cè)點(diǎn) 1 2 3 4 5 6 7 8
實(shí)測(cè)應(yīng)力值（mpa） 1.13 1.22 1.14 1.06 0.35 -0.09 -0.11 -0.07
理論應(yīng)力值（mpa） 1.18 1.26 1.13 1.09 0.39 -0.17 -0.19 -0.19
校驗(yàn)系數(shù) 0.96 0.97 1.01 0.97 0.90 0.53 0.58 0.37
平均校驗(yàn)系數(shù) 0.96
荷載橫向分布系數(shù)
拱肋號(hào) 1 2 3 4 5
實(shí)測(cè)分布系數(shù) 0.46 0.47 0.42 0.38 0.27
理論分布系數(shù) 0.47 0.47 0.45 037 0.23
2.2檢測(cè)結(jié)論
1）撓度平均校驗(yàn)系數(shù)為0.923，應(yīng)變平均校驗(yàn)系數(shù)為0.96，校驗(yàn)系數(shù)小于1.0，表明結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度和剛度尚滿足規(guī)范要求。
2）跨中載面在試驗(yàn)荷載作用下的最大撓度為1.08mm，小于理論計(jì)算最大撓度1.19mm，遠(yuǎn)小于撓度的最大限值L/800，滿足規(guī)范相關(guān)要求，其中跨中最大撓度測(cè)點(diǎn)的殘余撓度為0.01mm，相對(duì)殘余撓度值為0.9%，遠(yuǎn)小于規(guī)范允許值20%，該橋處于彈性范圍內(nèi)。
3）實(shí)測(cè)荷載橫向分布系數(shù)與理論分布系數(shù)的變化趨勢(shì)與數(shù)值都較接近，表明該橋橫向聯(lián)系較好。
4）試驗(yàn)過程中未出現(xiàn)裂縫。
通過對(duì)加固后該橋的檢測(cè)，說明該橋行車時(shí)的動(dòng)力響應(yīng)明顯減弱，橋梁的整體性與動(dòng)剛度得到了加強(qiáng)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分折，說明該橋已達(dá)到了現(xiàn)行的二級(jí)公路橋梁的公路Ⅱ級(jí)營(yíng)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。
結(jié)束語：以上是xx橋的整個(gè)加固改造過程，該工程2007年8月完工，通過加固前后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比及一段時(shí)間的運(yùn)營(yíng)，此種加固工藝在該橋上的應(yīng)用應(yīng)該說是成功的，同時(shí)對(duì)我們對(duì)于相類似結(jié)構(gòu)類型的橋梁提供了可借簽的經(jīng)驗(yàn)，最終的結(jié)論，還要靠時(shí)間來檢驗(yàn)，希望該橋的加固能對(duì)以后的此類橋梁加固提供一些好的經(jīng)驗(yàn)。
