钢筋混凝土刚架拱桥病害分析与加固设计

黄毅，刘红杰，胡岚

（1.黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州450000；2.中南建筑设计院股份有限公司，湖北武汉430071）

钢筋混凝土刚架拱桥病害分析与加固设计

黄毅1，刘红杰1，胡岚2

（1.黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州450000；2.中南建筑设计院股份有限公司，湖北武汉430071）

通过外观检测和静载试验分析了十堰市草店2#刚架拱桥存在的病害及形成的原因，针对这些病害，提出了更换、修复肋腋板，增加现浇层，加高拱肋截面梁、增大截面，加固横系梁、斜撑、拱腿、桥台、桥墩等加固措施。

混凝土刚架拱桥；病害分析；加固设计

0 引言

刚架拱桥是在双曲拱桥、桁架拱桥、肋拱桥和斜腿刚构桥的基础上发展起来的一种新桥型，属于有推力的高次超静定结构。由于它具有构件少、质量轻、刚度大、施工简便、预制拼装简单、造价低、造型美观等优点，在我国跨径为25～70m的桥梁中得到广泛应用。但是，近20年来，随着我国经济建设的高速发展，公路桥梁面临的超载车辆越来越多，对桥梁造成了巨大的危害。由于该桥型属于高次超静定结构，结构受力较为复杂，一个病害的发生极易产生连锁效应，使桥梁的多个构件产生病害。现阶段，我国相当一部分刚架拱桥都存在着不同程度的病害［1～4］。笔者以十堰市草店2＃刚架拱桥为例，分析了该桥存在的病害，并针对这些病害，提出了该桥的加固设计方法，以期为类似刚架拱桥的加固方案提供依据。

1 工程概况

草店2＃桥位于G316国道十堰市区段上，属于G316国道上的一座大桥，其上部结构为3孔50m预制钢筋混凝土肋腋板刚架拱，桥梁全长为176.99m，矢跨比为1／8，引道路面宽为12m，路肩为2×1.5m，桥型布置如图1所示。该桥拱片、肋腋板、悬臂板预制构件均采用C30混凝土。下部结构为U形桥台、空心墩，基础为明挖扩大基础。桥面宽度为0.25m人行道栏杆＋1.5m人行道＋9m行车道＋1.5m人行道＋0.25m人行道栏杆＝12.5m。原桥于1997年4月开工，1998年5月竣工，设计荷载为汽－20级，验算荷载为挂车－100。

图1 桥型布置图（单位：cm）Fig.1 Layout of the bridge types（Unit:cm）

经过多年的使用，草店2＃桥存在较多的结构性病害，技术状况等级评价为四类桥，按照桥涵养护规范规定，需进行大修或加固改造。因此，草店2＃桥于2015年11月～2016年6月进行加固施工。

2 桥梁病害分析

2.1 外观病害检测

2.1.1 桥面系

桥面伸缩缝老化破损、淤塞严重，人行道护栏因缺少实时维护维修，多处破损。桥面铺装多处出现裂纹，严重危害桥梁耐久性。1＃～4＃伸缩缝淤塞，2＃伸缩缝混凝土破损。

2.1.2 上部结构

全桥肋腋板开裂或有贯穿裂缝，渗水。全桥横系梁存在大量的裂缝。1－1＃拱片跨中有9条U形裂缝，最大裂缝宽为0.1mm。1－2＃拱片跨中有5条U形裂缝，最大缝宽为0.1mm；1－4＃拱片跨中有10条U形裂缝，最大缝宽为0.12mm；2－1＃拱片跨中有18条U形裂缝，最大缝宽为0.18mm；2－2＃拱片跨中有7条U形裂缝，最大缝宽为0.1mm；2－3＃拱片跨中有12条U形裂缝，最大缝宽为0.18mm；2－4＃拱片跨中有20条U形裂缝，最大缝宽为0.2mm；3－1＃拱片跨中有22条U形裂缝，最大缝宽为0.2mm；3－4＃拱片跨中有21条U形裂缝，最大缝宽为0.2mm。

图2 拱肋跨中裂缝Fig.2 Cracks in the arch span

2.1.3 下部结构

台后无搭板，台后填土与桥梁主结构沉降不均匀，导致桥头处出现跳车情况，严重影响行车舒适性及行车安全。由于主桥与桥台及桥墩采用方形插槽式安装，桥台与斜撑、桥台与拱腿结合处及桥台与桥墩墩帽处出现构造性裂缝。

2.2 静载试验

第2、3跨静载试验结果表明，主拱肋结构刚度较好，满足设计要求，实测最大挠度值均小于理论计算值。2＃桥墩墩顶产生3mm水平位移，0.32mm竖向位移沉降，结构基频较理论计算值大，即其动刚度能满足原设计荷载等级汽－20、挂－100的要求，而横向联系薄弱，整体性差。

3 桥梁加固设计

3.1 加固总体思路

根据检测报告及原结构复算，结合已有的加固设计经验，对该桥拱肋梁，采用增大截面法和增强主筋方式处置，以提高单片拱肋刚度。对横系梁，采用钢筋混凝土增大截面和张拉精扎螺纹钢筋的方法提高桥梁整体性。修补肋腋板，拆除全桥桥面铺装层、人行道板及栏杆，在拱片上部增加桥面现浇层，与拱肋梁结构共同受力，并重新浇筑新桥面沥青混凝土铺装层，安装人行道板及栏杆。

3.2 更换、修复肋腋板，增加现浇层

图3 拱腿斜撑加固立面图（单位：cm）Fig.3 E levation view of arch leg diagonal bracing（Unit:cm）

桥面铺装层及肋掖板多处出现裂缝，甚至渗水。针对此种情况，全桥桥面铺装层应全部拆除并重新铺装，对肋腋板开裂、渗水处，进行灌缝和防水修复处理。在设置横系梁处，将肋腋板去除，将横系梁主筋在拱肋梁凸出部位顶部横桥向贯穿。肋腋板顶与桥面铺装层间再增加一层桥面现浇层，并在桥面现浇层内设直径为18mm的钢筋，使桥面现浇层与拱肋整体连接，与拱肋梁共同受力。同时，在拱肋梁凸出部位植筋，并使其一端锚固于桥面现浇层内。

3.3 拱肋截面梁高加高、增大截面

拱肋跨中处，出现多处裂缝，最大裂缝达0.2mm，经理论验算，承载能力偏弱。该桥位于316国道上，交通量大、重载车多，按现行规范要求，该桥应满足公路－Ⅰ级荷载使用要求。故针对原桥的薄弱点，对原桥截面进行一定程度上的改造。根据桥梁结构的受力要求，采用增大拱肋梁下部截面，增加受力主筋，可提高桥梁承载能力。

3.4 横系梁加固

原桥整体性较差，横向联系偏弱，边中拱肋梁受力不均衡。为提高横向联系及桥梁整体性，对横系梁采用钢筋混凝土增大截面法进行加固。弦杆、实腹段、拱腿间Ⅰ型横系梁，往跨中侧面加宽15 cm。弦杆、实腹段、拱腿处相交大节点，做成现浇箱型截面。加固后，横系梁高度与实腹段梁底平。其他Ⅱ型横系列主要采用在既有横系梁两侧各加厚15 cm。拱腿横系梁亦采用同样的加固方式。梁端横系梁往跨中侧加厚15 cm，底部加高与加固后梁底平。在对既有横系梁进行截面增大前，应对原横系梁面层进行凿除，使箍筋外露。对既有横系梁箍筋进行除锈清洁后，将新增横系梁箍筋与既有横系梁箍筋进行单面焊接，单面焊接长度不得小于10 d。新增横系梁箍筋与既有横系梁箍筋一一对应。由于既有横系梁箍筋间距较大，新增横系梁在既有横系梁每两道箍筋间距内多设一道箍筋，该箍筋与既有横系梁主筋进行电焊。浇筑增大横系梁截面前，应对既有横系梁裂缝进行灌缝处理。除拱腿横系梁外，拱肋处横系梁均预埋直径25mm的精扎螺纹钢筋。待新增横系梁浇筑混凝土和拱肋加固混凝土达到设计要求强度的80%后，进行张拉。新增横系梁混凝土材料均采用C40自密实补偿收缩混凝土。

3.5 斜撑、拱腿加固

根据加固后的结构理论验算，上部拱肋及桥面部分改造增加了桥梁自重，且桥梁的使用荷载等级大幅提高。故本次设计提出对桥梁斜撑及拱腿进行增大截面法加固，以提高其承载能力，控制裂缝的发生。

对斜撑及拱腿上缘，分别加厚15 cm、20 cm，并增设直径25mm的主筋。加厚截面箍筋与既有箍筋连接处理方式与横系梁新老箍筋处理方式相同。对拱腿底面的原混凝土进行表面凿毛、洗净、涂刷A级结构胶、粘贴FRP板材。加厚截面混凝土材料采用C40补偿收缩混凝土。

3.6 桥台、桥墩加固

针对0＃、3＃桥台桥头的跳车现象，在其桥台台后各增设一道长度为8m，厚度为35 cm的搭板。搭板上、下层分别设一层钢筋网片。针对0＃桥台、2＃桥墩与斜撑、拱腿衔接处出现裂缝，分析该桥结构设置，插槽处裂缝应属于构造性裂缝，可进行裂缝灌浆修补处理。针对3＃桥台侧墙外倾问题，对其增设外包钢筋混凝土侧墙补强。

4 结语

刚架拱桥在我国有着广泛的应用。近年来，随着我国交通量的急剧增加，很多刚架拱桥存在着病害。为了交通安全，需对各桥梁进行病害分析，并提出相应的加固措施。十堰市草店2＃刚架拱桥加固维修后，设计荷载提高为公路I级，桥面横坡为双向1.5%，设计洪水频率为1／100。

［1］袁铜森，方志，胡柏学，肖友明，肖卫今.刚架拱桥的典型病害诊断分析与加固［J］.中南公路工程，2005，30（5）：152－156.

［2］赫中营，王根会.既有钢筋混凝土刚架拱桥病害分析与加固措施［J］.公路与汽运.2008（1）：113－116.

［3］JTG D60－2004，公路桥涵设计通用规范［S］.

［4］JTG／T J23－2008，公路桥梁加固施工技术规范［S］.

[责任编辑 杨明庆]

TU448.22

B

10.13681／j.cnki.cn41－1282／tv.2016.04.009

2016-04-19

黄毅（1984-），男，湖北仙桃人，工程师，硕士，主要从事道路桥梁的设计研究。