某双曲拱桥病害处治及加固方案设计

刘 鹏

(陕西省交通建设集团公司)

1 工程概况

该桥建于1974年，桥梁全长209.9 m，桥面为净7.0+2×1.0 m人行道。桥梁上部结构为6孔空腹式双曲拱桥(6肋5波)，每跨设12道横系梁和两道横隔板，每隔4道横系梁设一道横隔板，主拱矢跨比为1/6;下部结构采用重力式桥墩和U形桥台。基础为扩大基础。设计荷载为汽-15级，挂车-80。由于该桥服役时间较长，随着所在线路交通量剧增及超载情况严重，目前桥梁结构状况较差。

2 桥梁现状

2.1 结构一般检测结果

2.1.1 桥面系

(1)全桥桥面铺装层均有不同程度破损，桥面坑凹不平，积水严重。

(2)栏杆开裂严重，大部分严重破损，多处栏杆缺失，混凝土剥落。钢筋外露，锈蚀，端柱混凝土剥落。

(3)人行道缘石有歪扭现象，道板混凝土破损严重。

2.1.2 主拱圈

(1)拱肋混凝土强度测试值平均为37.9 MPa左右，比原设计强度高，原设计混凝土标号为C25。

(2)部分拱肋存在钢筋裸露严重锈蚀、混凝土崩落、开裂现象。

(3)主拱圈多处渗水，尤以实腹段与空腹段连接部分更严重;拱顶填料范围内拱波上面没有拱板，部分拱波出现纵向通缝，个别拱波裂缝宽度约达0.3mm;个别拱肋出现纵桥向裂缝，拱顶部位有多条竖向裂缝。

(4)部分横梁损坏，功能降低。

(5)墩台顶腹拱圈底面有横桥向贯通裂缝，破损严重部分呈碎片状，立墙砌缝脱落渗水。

2.1.3 墩台

(1)两岸桥台及其拱座基本完好，部分锥坡砌体破损。(2)桥墩有少量砌缝脱落，个别基础有冲刷现象。

2.2 静动载试验结果

2.2.1 静载试验结果

该桥在相当于汽-15级，挂车-80荷载作用下，中载时边跨跨中截面挠度校验系数最大值为124%，最小值为57%，平均为91%;偏载时跨中截面挠度校验系数最大值为118%，最小值为54%，平均为89%。结果表明主拱圈整体性较差，竖向刚度较弱，各拱肋受活载作用效应不均匀。

在中载作用下，边跨跨中截面应变校验系数，最大值为94%，最小值为64%，平均为82%，在偏载作用下，边跨跨中截面应变校验系数，最大值为97%，最小值为50%，平均为71%;在中载作用下，边跨拱脚截面应变校验系数，最大值为116%，最小值为80%，平均为90%;在偏载作用下，边跨拱脚截面应变校验系数，最大值为90%，最小值为74%，平均为79%;在中载作用下，边跨拱脚截面应变校验系数，最大值为156%，最小值为35%，平均为84%。结果表明，各拱肋受活载作用效应极不均匀，主拱圈整体工作性能较差。

结果表明，主拱圈有一定的弹性工作性能，但安全储备不足，主拱圈荷载横向分布不均匀，整体工作性能较差。

2.2.2 动载试验结果

结构前二阶频率实测值与计算值较为接近。实测最大冲击系数1+μ=1.163 6，较计算值1.091 7大。

结果表明，桥梁动力性能较好，但桥面平整性较差。

3 加固方案设计

3.1 加固设计标准

根据本桥结构现状和静动载试验评估结论，并结合原桥竣工资料验算成果，加固目标为:将原设计荷载等级汽车-15级、挂车-80提高为公路-Ⅱ级，利用原拱6肋5波拱圈结构，拆除全部人行道，改为防撞墙;拆除原桥面铺装及拱上填料约25 cm，现浇20 cm C40混凝土和5 cm沥青混凝土桥面铺装，桥面宽度组成为净8.3 m+2×0.4 m(防撞墙)。

3.2 设计要点

3.2.1 增大截面法加固主拱肋

(1)采用外包混凝土加大拱肋的方法加固主拱肋，并在所加固拱肋的起拱线处增设牛腿构造。

(2)每孔主拱圈增设3道现浇横系梁。

(3)拱肋增大后仍为等截面形式，外包混凝土在原拱腹线以下为20 cm厚，两侧各15 cm宽。

3.2.2 拱波裂缝及破损修补

拱波裂缝首先采用环氧砂浆封闭裂缝，后高压注入水泥浆;拱波破损范围较大时采用现浇混凝土填充修补。

3.2.3 栏杆拆除新建防撞墙

拆除原桥面栏杆和人行道板，新建防撞护墙。为提高防撞墙的抗冲击作用，防撞墙钢筋应与桥面铺装钢筋焊接形成一体。

3.2.4 桥面铺装

拆除原桥面铺装层及拱上填料共计约25 cm，用其余填料调整横坡并密实原填料层后，现浇20 cm厚的C40钢筋混凝土铺装层，增设一层防水层，再摊铺一层5 cm厚AC-16沥青混凝土层。

3.2.5 拱上建筑

对已破损的腹拱圈构件增设新板拱;对外胀的侧墙砌体拆除重修。

3.2.6 下部结构

在墩(台)顶拱座处增加钢筋混凝土牛腿构造。对于个别冲刷严重的墩台，采用片石混凝土填充;对松动墩、台身砌体注水泥浆补强。

4 施工主要事项

4.1 施工工序

施工时应遵循先卸载后加固，再加二期恒载的原则，即按照拆除原桥面铺装层、人行道、栏杆及部分拱上填料→植筋、布置钢筋、浇筑混凝土加固主拱圈牛腿→浇注横系梁→对拱波裂缝进行注水泥浆封闭处理→现浇C40混凝土铺装层，加设防水层→浇注防撞墙混凝土→摊铺沥青混凝土面层的施工顺序进行。

4.2 主要施工工艺及要点

4.2.1 主要施工工艺

(1)拱肋加固施工

①拱肋加固可采用支架或吊架的方法。用支架法时，支架必须稳固;用吊架法时，吊架的吊点应作用于主拱肋上。②所有新旧混凝土接合面均作凿毛处理，清除破损严重的混凝土部位，并冲洗干净。③拱肋外包混凝土施工顺序为混凝土浇筑从拱脚向拱顶，两侧同步对称施工。在拱顶横系梁一侧1 m外留50 cm作为封拱现浇段，待其余拱肋外包混凝土强度达到设计强度后，再在低温时段用微膨胀混凝土浇筑该封拱现浇段。④外包混凝土施工前，必须对加固拱肋的几何尺寸进行详细量测，并以此作为放样的依据。⑤保证加固后的拱肋腹线曲线顺滑。⑥在原拱肋上植筋钻孔时，尽可能减少对原拱肋混凝土的损害，如遇原拱肋钢筋，孔位可适当调整。清除钻孔尘渣后再注胶植筋。

(2)拱波裂缝封闭及破损修补

沿拱波裂缝表面，用环氧砂浆封闭裂缝，留有进出浆嘴，高压注入水泥浆封闭。破损较大处采用现浇混凝土填充。

(3)桥面铺装拆除与更换

拆除原铺装层及原拱顶填料共25 cm厚，利用原余填料调整横坡并压实填料后施工桥面混凝土铺装层。新铺沥青桥面铺装应按相应的技术标准进行施工，施工时应注意桥面标高与两端引线在25 m范围内的衔接。

4.2.2 施工要点

(1)拆除旧的桥面系及拱顶填料后，再进行主拱圈加固。(2)环氧砂浆的配合比要准确，其搅拌必须充分。(3)植筋钻孔前，必须探明钢筋位置，严禁盲目钻孔植筋，施工前应在现场进行拉拔试验，检验植筋工艺。(4)在进行锚固安装钢筋前，必须确保孔内清洁无灰尘，且必须保持干燥。(5)植筋孔注胶时，必须使钢筋插入后孔内胶液饱满，注胶应在气温较高时进行。(6)植筋孔注胶24 h后方可对被加固构件进行下道工序。(7)对整体化铺装层混凝土表面进行拉毛处理并喷涂防水层，以便沥青混凝土与铺装混凝土紧密结合。(8)防水层要严格按施工规程施工，不允许桥面渗漏水。

［1］ 中交第一公路勘察设计研究院有限公司(JTG/T J23-2008)［S］.公路桥梁加固施工技术规范.北京:人民交通出版社，2008.

［2］ 安璐璐.某30 m双曲拱桥的病害分析及维修加固方案简介［J］.北方交通，2013，36(4):100-102.