后姜沟公路桥病害分析及维修加固设计

    邱华+张秀梅+衣海明

    

    摘 要：结合检测结论，对后姜沟公路桥出现的病害进行原因分析；针对该桥存在的主要问题，通过维修加固使其达到公路-Ⅱ级荷载等级的使用标准。

    关键词：刚架拱桥；病害分析；行车安全；维修加固；裂缝；增大截面

    中图分类号：U448.14 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）05-0065-02

    1 工程概况

    后姜沟公路桥位于南水北调东线一期工程东平湖～济南段输水工程河道上，为30m刚架拱桥，桥梁总长41m，其横向布置为净-7+2×0.5m，于2004年建成通车。设计参照1983年《钢筋混凝土刚架拱桥定型设计图》，设计标准为：汽-20，挂-100。

    2016年7月，业主委托检测单位对该桥进行了安全检测，存在主要问题如下：①拱腿、外弦杆存在超限裂缝；②微弯板出现多条纵向贯通裂缝，且出现大面积严重破损，甚至穿孔；③辅孔桥板多处出现横向贯通裂缝，缝宽未超限；④既有伸缩缝已完全失效；⑤时隔两个月再次查勘现场时，发现横系梁新增多条贯通裂缝，且多处出现破碎，说明横系梁出现严重的功能性病害，发展迅猛，且有继续扩张现象。

    2 桥梁病害原因分析

    病害的产生原因是多方面的，交通量和超重车迅猛增加，定型设计图本身的不足，日常养护不到位等都是产生病害的主要原因。

    2.1 定型设计图的不足

    （1）后姜沟公路桥采用的刚架拱桥是我国自主创新的桥型，作为一种轻型的组合体系拱桥，拱上结构与主拱结合成一个整体共同受力，与一般简单体系拱桥相比，拱上建筑联合作用能减轻主拱受力的有利因素已被挖掘，承載潜力较小。

    （2）桥面系和横系梁截面尺寸偏小，配筋偏少，与拱片的连接不够牢固，整体受力不足，重车作用下微弯板出现开裂、断板、穿孔现象。横系梁损坏后不利于荷载的横向分布，加重桥梁病害。

    （3）外弦杆和内弦杆采用相同的尺寸，由于外弦杆是受弯构件，内弦杆是偏心受压构件，这使得在设计荷载作用下外弦杆正弯矩增大，出现微裂缝。这样的弦杆承受超重车辆时，裂缝就会增多、增宽、增大、贯穿截面，从而出现病害，影响安全使用。

    2.2 交通管控力度不够

    该桥由水利部门建设，因各种原因未能移交给当地交通部门，且水利部门无权对交通进行管制，近几年通过该桥百吨以上超重车流量激增。超载运输导致刚架拱桥结构实际受力状况超出设计理论值及规范规定允许值，不超载时，各构件工作尚属正常。一旦超载增多，对于刚架拱桥这种自身承载潜力较小的轻型结构桥梁更容易产生较大变形，造成控制截面承载力不足，致使各构件的薄弱面出现裂缝，对桥梁造成严重损害，行车安全存在较大隐患。

    2.3 日常养护不到位，局部构件维修不及时

    一座桥梁竣工交付使用后将进行两方面的工作：其一是经常性的养护维修；其二是针对桥梁实际存在的问题，进行必要的技术改造，使其满足新的使用要求。桥梁的维修养护，主要包括日常检修和对危害桥梁正常运营的部分进行修缮工作。该桥由水利部门进行管养，受条件限制，当桥梁局部构件出现问题时不能及时有效的进行专业修复，长此以往，当损害累计到一定程度时就会影响到全桥的安全。

    3 维修加固设计

    3.1 维修加固设计原则

    （1）加固维修方案设计及实施尽量减少对原有结构的损伤，并尽量充分利用原有构件，保证原有结构保留部分的安全性与耐久性。

    （2）桥梁经加固维修后，能恢复使用功能，增强安全性和耐久性。

    3.2 维修加固设计目的

    针对该桥存在的主要问题，通过维修加固使其达到公路-Ⅱ级荷载等级的使用要求。

    3.3 维修加固设计

    根据检测的主要病害情况，结合荷载试验的结论，针对本桥实际情况，提出维修加固方案：拆除桥面铺装层及微弯板，改为现浇桥面板结构，设置防撞护栏；并对弦杆、拱腿、横系梁增大截面加固。维修加固后，桥面宽度为净7+2×0.5m，桥面总宽为8.0m。

    （1）弦杆、拱腿及横系梁增大截面加固：对弦杆、拱腿及其横系梁裂缝、混凝土剥落等病害进行处理，并进行凿毛，然后植筋浇筑混凝土。

    （2）裂缝处理：对构件的裂缝进行处理。

    （3）更换辅孔桥板：将原桥辅孔桥板更换为现浇混凝土桥板，并将支座重新更换。

    （4）更换桥面铺装：将原桥微弯板、填平层、桥面铺装更换为现浇桥面板。

    （5）更换伸缩缝：更换主拱与台帽处伸缩缝。

    维修加固工序为：拆除桥面铺装层及微弯板→裂缝处理→弦杆、拱腿及其横系梁增大截面加固→更换辅孔桥板→现浇桥面板→浇筑护栏。

    4 维修加固前后结构复核

    根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015），荷载等级采用公路-Ⅱ级，设计安全等级为一级，结构重要性系数1.1。

    计算模型分两种形式，采用MIDAS CIVIL计算软件对该桥进行有限元分析。

    模型1：假定原桥无结构性病害，对原桥采用公路-Ⅱ级荷载标准计算；

    计算结果如下：

    经过维修加固后，桥梁所有截面承载能力均满足要求。

    5 施工工艺及注意事项

    5.1 裂缝处理

    （1）对拱腿附近的网状裂缝进行封缝（表面封闭法）：裂缝宽在0.15mm以下，用修补胶沿裂缝走向从上至下均匀涂刷两遍进行封闭（宽度6～8cm），并在上面分段紧密贴上一层玻璃丝布（宽度5～7cm），形成封闭带。工艺流程：扩缝→清渣、吹风→涂刷修补胶→封缝。

    （2）对拱腿、外弦杆、横系梁多条超限裂缝进行灌缝（压力灌注法）：裂缝宽均超过0.15mm，采用压力灌注法进行修补。工艺流程：钻孔→清孔及表面处理→粘贴灌浆嘴→裂缝表面封闭→压气试验→灌胶→表面清理，最后对每一道裂缝表面再涂一层混凝土深层渗透型防水密封剂，确保封闭严实，使其颜色与原混凝土结构表面尽量保持一致。

    （3）对于蜂窝、麻面部位等一些浅表面的混凝土病害，先凿除表面疏松腐蚀部分，然后用混凝土柔性修补剂修补。

    5.2 增大截面加固

    对弦杆、拱腿和拱腿间横向连系梁采取增大截面加固。其工艺流程：表面处理→植筋挂网→立模浇筑混凝土→养护。工艺要点如下：

    （1）表面处理。把构件表面抹灰层铲除，对混凝土表面存在的缺陷清理至密实部位，并将表面凿毛成凹凸差不小于6mm的粗糙面。清除混凝土表面的浮块、碎渣、粉末，用压力水冲洗干净。为了加强新、旧混凝土整体结合，在原混凝土表面涂刷混凝土界面剂等。

    （2）植筋挂网。在原构件表面按设计要求植入相应钢筋。在植筋完成后，应按照设计要求安装钢筋网，安装过程中应准确定位，保证钢筋平整顺直，并严格控制保护层厚度。钻孔前可用钢筋探测仪探测桥梁构件植筋部位钢筋位置，或凿去保护层暴露钢筋，若植筋孔位处存在钢筋，则适当调整钻孔位置。植筋钢筋直径12mm，植筋钻孔直径16mm，锚固深度150mm。植筋用胶黏剂采用专用灌注器或注射器进行灌注，灌注量一般为孔深的2/3，并应保证在植入钢筋后有少许胶黏剂溢出。注入胶黏剂后应立即单向旋转插入钢筋，直至达到设计的深度，并保证植入钢筋与孔壁间的间隙基本均匀，校正钢筋的位置和垂直度。

    （3）立模浇筑混凝土。增大截面加固时混凝土厚度一般较小，因此需要较高的控制精度，在立模时需要平顺，尽量减小模板与原构件间的空隙。施工时，要求施工仔细、振捣密实。

    （4）养护。由于原混凝土收缩已完成，后浇混凝土凝固收缩时易造成界面开裂或板面后浇层龟裂，因此，在浇筑新混凝土12小时内就应开始饱水养护，养护期为两周。

    6 结语

    维修加固完成后，后姜沟公路桥能满足现行荷载等级的使用要求，但为了确保桥梁的正常使用，建议管养部门做好与交通部门的工作对接，采取措施限制超重车辆的通行，并加强对下部结构的监测及日常维修养护工作，关键构件要定期检查，发现问题及时处理，以免局部构件的损害影响到全桥的安全。

    参考文献：

    [1] 《公路桥梁加固设计规范》（JTG/T J22-2008）

    [2] 《混凝土结构加固设计規范》（GB 50367-2013）

    [3] 史强，宋运来.刚架拱桥病害分析及设计施工改进措施[J].公路交通科技（应用技术版）. 2008年06期.