某雙曲拱橋加固方案分析與施工控制
摘要：本文結合某工程，對該橋的工程外觀狀況及病害進行了分析，并提出了相應的加固措施，通過檢測，沒有發(fā)現(xiàn)原有裂縫的出現(xiàn)及新的病害產(chǎn)生，表明此種加固工藝在該橋上的應用是成功的，同時對于同類或類似結構的橋梁提供了一定的借鑒經(jīng)驗。
關鍵詞：拱橋，加固方案，施工控制
1工程概況
1.1某橋該路段的交通流量達14000輛/d，其中重載車輛所占的比重達40%。為鋼筋混凝土雙曲拱橋，單孔、凈跨20m，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，設計荷載等級為汽車-13級，拖車-60。曾對該橋進行加寬，老橋部分成為主車道、部分成為非機動車道。經(jīng)過多年的運營，該橋已進入大修期。
1.2外觀狀況及病害分析
該橋橋面為水泥混凝土結構，目前有1/4破損嚴重，導致橋面有積水現(xiàn)象，主拱肋底部保護層基本脫落，鋼筋外露，銹蝕嚴重，拱頂接頭處部分鋼板側面已外露；腹拱拱波頂部有貫通裂縫，裂縫最大寬度達2.5mm，腹拱橫墻墻身(特別是孔洞周圍)、拱墩表面有裂紋，并且在近兩年來的觀察中發(fā)現(xiàn)，裂縫擴展較快；主拱肋橫系梁基本完好，無明顯病害，橋臺基礎無沖刷變形。從外觀上判斷，該橋主要是由于主要承重構件剛度不足，其承載力有限，從而出現(xiàn)以上病害。
1.3試驗檢測
通過測試橋梁在試驗荷載(依據(jù)《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》第3.2.1條規(guī)定，基本荷載試驗要求試驗效率系數(shù)在1.05≥η>0.8范圍內(nèi))作用下，其主要承力構件主拱肋在控制處的強度與剛度，以及主要裂縫的開展情況，來進一步準確掌握該橋的實際受力狀態(tài)，及該橋的承載能力。
1.3.1靜載試驗檢測數(shù)據(jù)
靜載試驗檢測的部分數(shù)據(jù)見表1～3。
1.3.2動載試驗檢測
通過對該橋脈動的測試及跑車激振試驗，實測豎向基頻為2.5Hz，側向實測基頻為0.6Hz，說明該橋的豎向與側向的振動位移都較大。
1.3.3檢測結論
(1)撓度平均校驗系數(shù)為0.92，應力平均校驗系數(shù)為0.98，校驗系數(shù)小于1.0，表明結構的整體強度和剛度尚滿足規(guī)范要求，但最大校驗系數(shù)達1.02，表明承載能力與當初的設計能力接近，承載潛力已經(jīng)不大。
(2)跨中截面在試驗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)范相關要求。
(3)實測荷載橫向分布系數(shù)與理論分布系數(shù)的變化趨勢與數(shù)值都較接近，表明該橋橫向聯(lián)系較好。
以上結論說明該橋滿足當初的汽車-13級、拖-60的荷載要求，但通過動載的檢測，說明離現(xiàn)行的公路-Ⅱ級標準還有一定的差距。但鑒于該橋現(xiàn)有的病害，決定對該橋進行加固處治，以達到現(xiàn)行的二級公路橋梁的公路-Ⅱ級荷載標準，滿足交通正常發(fā)展的需要。
2加固方案分析
2.1設計方案的選取
外包鋼板加固是當前拱橋加固中應用得較多的一項工藝，過去在房屋建筑中應用較多，其原理就是增加拱肋的剛度，讓鋼板與原拱肋共同受力，從而提高整個拱橋的承載能力。由于此項工藝相對而言施工較為簡單，施工質量較容易控制，工期較短，目前在橋梁加固中應用較廣。其缺點是，應注意對鋼板的防腐處理，后期對鋼板的腐蝕性應密切關注，必須是專業(yè)隊伍施工。
2.2拱肋外包鋼板片加固方案的準備
(1)對主拱圈拱肋及橫系梁采取錨固6mm厚鋼板加固，鋼板與原混凝土之間的縫隙采用專用材料填充，使之與原有拱肋形成一個整體，成為鋼混凝土組合結構，同時對橫系梁同樣進行包鋼與主拱肋形成整體，大大增強整個橋梁的整體穩(wěn)定性。
(2)對拱圈、橋臺和拱波表面裂紋較為集中部位，采取粘貼碳纖維布進行補強。
(3)對拱圈、橋臺和拱波的局部缺陷、混凝土破損的區(qū)域，采用環(huán)氧樹脂砂漿直接進行補強、修復。
(4)對原有的橋面局部破損進行修復。
(5)更換原橋泄水管。
3施工工藝及注意事項
3.1主要施工工藝
(1)混凝土表面處理。按設計圖紙確定鋼材在構件表面的位置。鑿去構件與鋼板結合面處不良混凝土，若表面嚴重凸凹不平，可用環(huán)氧膠泥修補。將處理后的混凝土結合面打磨平整，構件四角(或兩角)應打磨出小圓角。用酒精清洗混凝土結合面。
(2)鋼材表面處理。鋼板與混凝土粘接面應除銹、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)爆螺栓固定在構件預定結合面，鋼板之間通過焊接形成鋼骨架。
(4)密封及粘貼灌漿嘴。用密封材料將鋼骨架全部構件邊緣密封。在鋼骨架邊緣適當位置鉆孔，粘貼灌漿嘴并留出排氣孔。
(5)配制結構膠。將ZLPJ-B包鋼灌注結構膠A、B兩組按比例(A∶B=4∶1)混合，用電動攪拌機充分攪拌均勻，每次攪拌量不宜過多，應1次用完。
(6)壓力灌膠。將灌漿管與灌漿盒接通，啟動空壓機，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)結構膠裝入灌漿罐內(nèi)，啟動空壓機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)膠體達到初凝而不外流時拆下灌漿盒，再用結構膠將灌漿盒處抹平、封口。
(7)養(yǎng)護、固化。結構膠可在常溫下養(yǎng)護、固化，環(huán)境溫度保持在20℃以上時24h具有一定強度，3d后可受力使用。
(8)拱肋包鋼鋼板表面防碳化。鋼板面應除銹、打磨出金屬光澤，然后用酒精或丙酮清洗干凈，用有機高強結構膠均勻涂在鋼板表面，再用已準備好的干砂均勻灑在有機膠上使鋼板表面粗糙，最后用無機膠攪拌成的水泥漿刮在鋼板上，將鋼板面密封使之不被銹蝕。
3.2主要注意事項
(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?shù)禺敃r的環(huán)境、溫度和工藝條件進行膠水的試驗調(diào)制，以確定最佳配比。
(3)粘貼時必須緊壓鋼板，使之固定，壓緊后再在鋼板外表面上粘1層粗砂，再涂1層環(huán)氧樹脂密封，干硬后再涂1層水泥凈漿，使之與原橋顏色保持一致。
(4)壓緊螺栓必須埋設牢固，具有可靠的抗減性。
(5)鋼板內(nèi)隙采用專用建筑結構膠填充密實。
4加固后的效果
4.1加固后的試驗檢測
通過測試該橋在試驗荷載(與加固前相同的試驗荷載)作用下，其主要承力構件主拱肋在控制截面處的強度與剛度數(shù)值，以及裂縫的開展情況，來掌握加固后該橋的實際受力狀態(tài)，判斷該橋在加固后的承載能力(見表4～6)。
表4跨中截面各測點撓度值
4.2檢測結論
(1)撓度平均校驗系數(shù)為0.923，應變平均校驗系數(shù)為0.96，校驗系數(shù)小于1.0。
(2)跨中截面在試驗荷載作用下的最大撓度為1.08mm，小于理論計算最大撓度1.19mm，遠小于撓度的最大限值L/800，其中跨中最大撓度測點的殘余撓度為0.01mm，相對殘余撓度值為0.9%，遠小于規(guī)范允許值20%。
(3)實測荷載橫向分布系數(shù)與理論分布系數(shù)的變化趨勢與數(shù)值都較接近。
(4)試驗過程中未出現(xiàn)裂縫，車輛跑過時的振動響應明顯減弱(豎向基頻為1.6Hz，側向基頻為0.4Hz，加固前是加固后的1.5倍)。
通過對加固后該橋的檢測，及對實測數(shù)據(jù)的全面分析，說明該橋行車時的動力響應明顯減弱，橋梁的整體性與動剛度得到了加強，該橋的承載能力得到了提高，達到了現(xiàn)行二級公路橋梁公路-Ⅱ級荷載標準，選擇的加固方案可行�！ �
參考文獻：
[1]陳開利，王邦楣，林亞超.橋梁工程鑒定與加固手冊.北京:人民交通出版社，2005.
