刚架拱桥病害分析及加固方法

■王其兴 ■福建省亿达工程咨询有限公司，福建 三明 365000

刚架拱桥是在双曲拱桥、桁架拱桥的建筑经验基础上结合斜腿刚构的特点发展演变而来的一种桥型，属于有推力的高次超静定结构。具有构件少、自重轻、经济指标先进、结构美观等优点，曾被广泛推广应用。不过刚架拱桥也存在整体性较差，横向稳定性不足，主次拱腿、大小节点、弦杆及实腹段容易开裂等缺点。随着我国经济的高速发展，交通量的日益增大，重载、超载车辆的不断出现，绝大多数刚架拱桥都产生了不同程度的病害、损伤甚至破坏，有些已经影响到的桥梁的正常安全使用。因此，对刚架拱桥的病害成因分析及维修加固方法的探讨是非常必要的。

1 工程概况

尤溪县玉带桥主跨立面图如图1 所示，跨中横断面图如图2 所示。该桥建于1998 年，主跨上部结构采用净跨50m 钢筋混凝土刚架拱，矢跨比为1/10，横向布设6 片刚架拱片，拱片间距2.8m。主跨桥面铺装连续，两侧桥头各一条伸缩缝。桥面系采用矢跨比为1/11、厚6cm 的微弯板及现浇混凝土填平层。桥面宽度为2.2m(人行道)+12.0m(行车道)+2.2m(人行道)。下部结构采用钢筋混凝土组合式桥台。原设计荷载:汽车-20，挂车-100，人群荷载3kN/m2。

图1 玉带桥主跨立面图(单位:cm)

图2 玉带桥主跨跨中横断面图(单位:cm)

2 病害情况及成因分析

2.1 病害情况介绍

根据检测报告，主跨上部结构病害情况如下:

(1)刚架拱片:两侧拱腿存在竖向半贯通裂缝，所检裂缝最大宽度测读值为0.22mm，超过规范限值;斜撑顶面存在横向贯通裂缝，由于青苔滋生，裂缝宽度无法测读;侧面竖向半贯通裂缝，所检裂缝最大宽度测度值为1.10mm，超过规范限值;跨中拱顶附近实腹段存在较多裂缝，大小节点附近弦杆段存在个别裂缝，所检裂缝最大宽度测读值为0.28mm，超过规范限值。拱片局部表面砂浆层脱落，个别位置砼蜂窝麻面、钢筋外露锈蚀。(见图3)

(2)微弯板:人行道下方微弯板受桥面渗水水蚀、微弯板个别位置存在横桥向裂缝，裂缝处渗水白华，裂缝宽度无法测读。(见图4)

(3)横系梁:横系梁表明砼粗糙，碎石堆积，个别横系梁砼局部剥落、掉角、空洞;多数横系梁存在竖向半贯通裂缝，所检裂缝最大宽度测读值为0.28mm，超过规范限值。(见图5、图6)

图3 拱肋蜂窝麻面

图4 微弯板渗水

图5 横系梁空洞、孔洞

图6 横系梁裂缝

2.2 病害成因分析

(1)刚架拱片:在恒、活载作用下，主拱腿和斜撑的轴向压力相对较大，而弯矩相对较小，主要表现为小偏心受压构件，一般不产生拉应力，但在墩台不均匀沉降时，主拱腿和斜撑底部的负弯矩就非常敏感，因此主拱腿和斜撑底部产生的裂缝极有可能是由于墩台的不均匀沉降引起的;

中弦杆及实腹段为偏心受压构件，拱顶实腹段截面为正弯矩控制截面，随着交通量增大，容易在受拉区出现裂缝;

大、小节点受力复杂，节点外形不够圆顺引起局部应力集中，节点连接刚度不够，因此容易出现不规则裂缝;

施工时质量控制不严，导致出现砂浆脱落、蜂窝麻面、钢筋外露等混凝土缺陷。

(2)微弯板:作为刚架拱桥的直接受力构件，车轮荷载直接作用在微弯板上形成集中力，而微弯板内通常配筋较少，局部超载潜力小，随着交通量和超载车辆的增多，容易产生裂缝。

(3)横系梁:刚架拱桥的横向联系薄弱而不能适应大的交通量或重载交通的车辆，因此横系梁容易产生竖向裂缝。

3 维修加固方法

(1)采取增加横系梁数量、加固提高横系梁刚度等有效措施，提高桥梁刚度和整体性，增强拱片间横向联系和协同受力能力。

通过串螺纹钢筋、焊接钢板并外包混凝土扩大截面来加固拱腿处的横向联系，并对原拱肋横向联系进行粘贴钢板加固，以及在拱顶和上弦杆上加密肋间横向联系。

在拱片上钻孔植筋时应注意避开原有钢筋，在4 根Φ25 螺纹钢筋横穿拱片后，用螺帽固定在上下游拱肋的外侧面上，拱肋内侧均贴焊钢垫板，并据此焊接架立钢筋和绑扎钢筋，立模板，浇筑高标号干硬性混凝土(外包时需湿润旧混凝土表面)，形成补强的横向联系。

(2)对承载力不足的拱脚、斜撑、拱顶进行粘贴钢板加固。

粘贴钢板加固是采用粘钢胶将钢板粘贴在钢筋混凝土结构的受拉缘或薄弱部位，必要时组合成钢套，并使之与钢筋混凝土结构物形成整体，提高桥梁的承载能力，达到补强效果。它具有不破坏被加固的原结构物、几乎不增大原结构尺寸、施工简单、能在短期内完成加固工程和基本不改变刚架拱桥原貌等优点。

(3)微弯板肋底粘贴碳纤维布加固。粘贴碳纤维布的工艺流程一般包括卸荷(封闭交通)—基底处理—涂底胶—粘贴—保护。

图7 大节点加固设计图(单位:cm)

图8 小节点加固设计图(单位:cm)

(4)对全桥出现的裂缝进行封闭处理。施工流程:裂缝的检查及标注→清缝及裂缝表面处理→粘贴灌浆嘴及裂缝表面封闭→压气试验→灌注混凝土裂缝修补注浆料→灌注完毕待浆液聚合固化后拆除注浆嘴→涂混凝土裂缝修补胶封闭。

(5)对全桥构件混凝土蜂窝、孔洞、露筋等缺陷进行进行钢筋除、防锈及环氧树脂砂浆修复处理。

图9 玉带桥加固设计立面图(单位:cm)

4 结论

目前仍有大量的刚架拱桥在运营当中，由于长期承受超量、超载车辆的作用，以及刚架拱桥自身的一些缺陷，导致承载能力不足，出现破损等，使用性能下降。根据刚架拱桥现场检测发现的问题，对病害原因进行分析，针对薄弱位置采用增大截面法、粘钢法及粘贴碳纤维布法等进行加固，使其刚度、强度能满足现阶段使用要求，既保证了桥梁的使用安全，又节省了新建桥梁的花费，具有重要的社会经济意义。

［1］姚玲森.《桥梁工程》.人民交通出版社，1985.

［2］顾安邦，孙国柱.《公路桥涵设计手册拱桥(下)》.人民交通出版社，1994.

［3］广东省公路管理局.《广东省公路桥梁维修加固技术指南》.人民交通出版社，2011.