合肥市蒙城路桥南侧引桥加固处理方案设计与分析

黄定江

(合肥市规划设计研究院，安徽合肥 230041）

0 引言

城市桥梁是城市道路的重要组成部分，一般均处在城市路网的重要节点处，车辆、行人的流量均很大，桥梁的质量直接影响着道路的畅通和广大市民的生命安全。随着我国经济的腾飞和城市交通事业的快速发展，一些城市桥梁特别是上世纪90年代及以前修建的桥梁的设计荷载等级已不能满足要求，而且由于使用年限较长，大多数老桥均存在一些病害。

合肥市蒙城路桥南侧引桥于1996年4月与主桥一起建成通车，引桥为4跨钢筋混凝土实腹式连拱桥。桥梁地处合肥市老城区市中心，蒙城路为合肥市南北向重要交通主干道。2011年8月10日，桥梁管养单位在对该桥进行巡查的过程中，发现部分拱圈顶部出现沿桥梁纵向的直线形裂缝，局部出现沿横桥向的较长较大裂缝。后经桥梁专业检测单位对引桥桥体经行深入质量检测，发现引桥存在较严重病害，急需加固处理。

1 工程概况

合肥市蒙城路桥南侧引桥位于蒙城路与环城路交口南侧，为4跨钢筋混凝土实腹式连拱桥，拱圈编号由北向南依次为2、3、4、5，跨度依次为9 m、8 m、7 m、6 m，矢跨比均为1/3，拱圈厚度分别为50 cm、45 cm、45 cm、40 cm，拱脚基础为2.5 m×1.5 mC25混凝土，桥梁两端设置C25混凝土，拱顶填料在1.4 m～1.8 m不等(见图1)。

桥梁地处合肥市老城区市中心，蒙城路为合肥市南北向重要交通主干道。引桥桥面横断面同蒙城路道路横断面：14 m机动车道+2×1.5 m绿化带+2×5 m非机动车道+2×2.5 m绿化带+2×4 m人行道=40 m(见图2）。

桥梁建成时，桥下空间均兼做沿线居民出行通道，目前仅2#拱兼做行人通道（见图3）。

2 桥梁检测情况及结构安全性复核情况

2.1 桥梁检测情况

（1）实测拱轴线与设计拱轴线基本一致，无太大变化。

（2）2#、3#、4#、5#拱圈顶部出现沿桥梁纵向的直线形裂缝，纵桥向拱圈裂缝基本为贯通裂缝，仅在5#拱圈西侧未贯通，裂缝深度一般在10 cm以上，宽度一般在2 mm左右。

（3）横桥向裂缝主要出现在4#拱圈，分布在拱顶和北侧1/10拱圈处。拱顶裂缝（除东半侧局部无裂缝） 深度在10～30 cm，宽度在0.2～1 mm；北侧1/4拱圈裂缝（除东西入口各8 m处无裂缝）深度在10 cm以上，宽度一般在0.2～0.4 mm。

横桥向裂缝主要在4#拱圈，分布在拱顶、北1/4拱圈处，且处于较活跃状态。从结构受力角度而言，横桥向裂缝危害较大，且此桥为连拱体系，一旦此拱失稳，其它各拱均将全部失去稳定，存在安全隐患，需立即处置。

2.2 桥梁裂缝原因分析

（1）老桥已运行16 a，原设计依据的89规范荷载等级较低，实际运行荷载等级高，拱圈混凝土强度及配筋较现行规范标准低。

（2）连拱体系对不均匀沉降较敏感，拱圈在使用过程存在总体沉降，纵桥向及横桥向不均匀沉降均存在，导致拱桥横、纵向裂缝。

（3）使用过程中的温度变化也是诱发裂缝发展的一个主要因素。

（4）桥梁在拱脚处设置有排水孔，但根据现场观察，有多处排水孔是处于干燥状态，表明经多年使用后，该处排水孔排水不良，导致拱圈受力不利。

图1 引桥立面图（单位：m）

图2 引桥桥面横断面图（单位：m）

图3 引桥实景

2.3 桥梁结构安全性复核情况

4#拱圈的纵向裂缝使原有的三次超静定无铰拱体系转化为二次超静定有铰拱，因此其北侧1/4拱圈处裂缝很有可能是由于其上恒载较大，再加上体系的转变使内力重分布而致。该拱圈应引起足够的重视，防止拱圈内力继续恶化，导致安全事故（拱圈可能会连环倒塌）。

针对拱圈结构受力体系由三次超静定无铰拱体系转化为二次超静定有铰拱，对新的结构体系进行安全复核，得出以下结论：当拱圈在拱顶处开裂后，结构在1/4跨径及拱脚处承载力不够，裂缝将进一步发展，但当在1/4跨径或拱脚处中的其中任何一处裂缝先开裂，结构即保持稳定，结构总体是安全的。但若长期处于这种状态，由于渗水、超载等环境因素破坏导致拱圈拱轴线发生变化或使已形成的铰失效均会对结构安全造成隐患，导致安全事故，故需立即对现有结构进行加固。

3 加固处理方案

结合现有结构形式及施工可行性，合肥市规划设计研究院共提出3种加固处理方案，分别采用拱圈加厚法、拱圈底板贴钢板法及桥下空间填实法。

3.1 方案一：拱圈加厚法

3.1.1 纵桥向裂缝处理

对于机非分隔带处的纵桥向裂缝，在此沿拱圈方向整个切开，以便使拱圈在横向范围内分成3段独立结构，每段设置2 cm沉降缝。同时为了保护拱圈钢筋不受锈蚀，在拱圈底板处沿拱圈方向切成一道3 cm深，10 cm宽的凹槽，将此范围内的拱圈钢筋除掉，然后在保留沉降缝的前提下将其余部分用混凝土封堵。沉降缝在加固拱圈施工完后立即灌入防水材料。

3.1.2 横桥向裂缝处理

对拱圈出现的裂缝范围进行压力化学灌浆，以提高防水性及耐久性，能将拱圈恢复到使用初期的整体状况，使得结构的强度得到恢复。灌浆的材料一般为强度较高的粘结剂，如环氧砂浆、沥青、甲基丙烯酸脂类化学补强剂等。

3.1.3 拱圈加厚

首先对拱圈下侧整平，然后凿毛，最后沿拱圈方向在内侧增加厚度。

施工采用立模现浇的方法。主要步骤如下：

（1）根据现场实勘，拱圈下侧凹凸不平，将拱圈底板处的灰浆刮除露出混凝土表层，并凿毛，以免影响新旧混凝土粘结。

（2）在拱圈纵向及横向各间距50 cm植入22mm的带肋钢筋，植筋进入现状拱圈的锚固长度为35 cm，植筋用胶黏剂应采用A级胶，粘结强度设计值为4.0 MPa。

（3）每段新增拱圈宽度为2 m，间隔0.5 m，先绑扎钢筋网，然后立模。施工次序为从拱圈横桥向中部往两侧施工；从两个拱脚处对称浇筑混凝土，直至拱顶；2#～5#拱圈同时施工。

同时需要注意在施工前需合理疏通泄水管。

3.1.4 存在的问题

（1）该方案可以解决拱圈底板正弯矩受力问题，但对于拱背负弯矩区域无法加强。例如受恒载、活载、降温、沉降等影响在拱脚处形成负弯矩，使得拱脚在拱背侧极有可能产生裂缝，而在拱圈加厚后，裂缝仍然没有得到解决，若继续发展将对结构安全性和耐久性产生不利影响。

（2）该方案受桥下净空小的影响下，立模及浇筑混凝土较麻烦，同时由于分段施工需要较多的模板及支架。

3.2 方案二：拱圈底板贴钢板法

3.2.1 纵桥向裂缝处理

对于机非分隔带处的纵桥向裂缝处理，在此沿拱圈方向整个切开，以便使拱圈在横向范围内分成3段独立结构，每段设置2 cm沉降缝。同时为了保护拱圈钢筋不受锈蚀，在拱圈底板处沿拱圈方向切成一道3 cm深，10 cm宽的凹槽，将此范围内的拱圈钢筋除掉，然后在保留沉降缝的前提下将其余部分用混凝土封堵。沉降缝在加固拱圈施工完后立即灌入防水材料。

3.2.2 横桥向裂缝处理

对拱圈出现的裂缝范围进行压力化学灌浆，以提高防水性及耐久性，能将拱圈恢复到使用初期的整体状况，使得结构的强度得到恢复。灌浆的材料一般为强度较高的粘结剂，如环氧砂浆、沥青、甲基丙烯酸脂类化学补强剂等。

3.2.3 拱圈底板贴钢板

首选对拱圈下侧整平，在拱圈拱顶及1/4跨径处沿横向裂缝处用FHB化学螺栓在拱顶下部打孔，然后用环氧粘结剂黏贴钢板，同时拧紧螺栓，使钢板与拱圈共同受力。

施工主要步骤如下：

（1）平整拱圈。根据现场实勘，拱圈下侧凹凸不平，将拱圈底板处的灰浆刮除露出混凝土表层，最后对拱圈平整，平度度要求在±2 mm。

（2）在拱圈纵向及横向各间距50 cm植入22mm的带肋钢筋，植筋进入现状拱圈的锚固长度为35 cm，植筋用胶黏剂应采用A级胶，粘结强度设计值为4.0 MPa。

同时注意在施工前需合理疏通泄水管。

3.2.4 存在的问题

（1）该方案同样可以解决拱圈底板正弯矩受力问题，但对于拱背负弯矩区域无法加强。例如受恒载、活载、降温、沉降等影响在拱脚处形成负弯矩，使得拱脚在拱背侧极有可能产生裂缝，而在加固后，裂缝仍然没有得到解决，若继续发展将对结构安全性和耐久性产生不利影响。

（2）该方案由于拱圈底板凹凸不平，而钢板黏贴需要与拱圈下侧有较好粘结，因此对施工平整度要求很高。

3.3 方案三：桥下空间填实法

方案一、方案二均无法解决拱背可能存在的病害问题，为彻底解决安全隐患，采用浆砌块石及混凝土将桥下空间予以填实。

填实时施工次序为从下往上，从拱圈横桥向中部往两侧施工；2#～5#拱圈同时施工。下面采用M7.5浆砌块石填实，当距离拱顶1.5 m左右采用C25混凝土浇筑。在现状拱脚处各有一排泄水孔，填实时在拱脚处离地面50 cm高，30 cm宽范围内填级配碎石，内设直径10 cm的透水软管，将泄水孔流出的雨水导出。

为保留2#拱行人通道功能，在2#拱中预埋一DN2500的Ⅲ级F型钢承口管（橡胶圈接口）作为永久性人行通道，管道坐落在C25钢筋混凝土基础上。管道内底凹处浇筑C15混凝土铺装，作为行人通行路面，路面宽1.5 m，通道高度为2.0～2.5 m。铺装出口需与现状地面顺接。管道两侧仍用M7.5浆砌MU30块石及C15混凝土填充密实。

3.4 加固处理方案分析比选

新增内衬拱对新老拱的连接特别是拱顶及拱角的连接要求较高，且施工难度较大，不易保证；贴钢板能有效处理可见裂缝，但此拱必然存在拱背不可见裂缝，无法根治安全隐患；填埋4个拱圈可一劳永逸，根治安全隐患，并保留了2#拱行人通道功能，且施工中可不全封闭蒙城路，仅需施工期间限重载即可。经综合分析比较，确定采用方案三进行加固处理。

工程于2011年8月15日开工建设，2011年8月29日加固处理完成，较好地实现了设计预期。图4为加固处理后的引桥全面图。

图4 加固处理后引桥立面图

4 结语

加强城市桥梁的管理，并进行及时的维修和加固，是城市桥梁管理部门的一项主要任务。合肥市蒙城路桥南侧引桥的病害就是桥梁管理部门在日常的巡查中发现从而得到及时处理，避免了桥梁突然坍塌事故的发生。使桥梁处于正常的工作状态，充分发挥旧桥的功能，是桥梁维修加固的主要作用，但在诸多因素及客观条件限制下，在保证现状桥梁必要功能前提下，封填桥下空间也是一种选项。

[1]JTG D62—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[2]JTG D61—2005，公路圬工桥涵设计规范[S].

[3]范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2012.