尹 萍
(洞口县公路管理局,湖南 邵阳 422300)
在实际的桥梁工程建设过程中,拱桥是过去最常用的一种桥型,跨越能力强,且成本低廉。其中,双曲拱桥为具有代表性的重要类型,因其能最大限度发挥预制装配所具有的优势特点,能大量节省材料,所以一经推出就得到广泛运用。但这种桥梁多数设计荷载相对较低,受到车辆荷载作用后,将产生很多病害,导致上部结构实际承载力无法满足要求,甚至威胁到桥梁的运营安全,因此必须根据桥梁实际情况制定有效的维修加固技术。
黄桥大桥的加固改造工程,桥梁为双曲拱桥,跨径组合为25 m+39 m+39 m+39 m+39 m+25 m,采用钢筋混凝土结构,主拱圈采用拱波与拱肋两部分组成,其中,拱肋的宽度为38.5 cm,保持1.23 m的净间距,在拱肋间还设有若干横系梁。桥梁的主拱圈是一条悬链线,拱圈上设置腹拱,即圆弧形拱,厚度为20 cm。本桥梁拱圈底部存在脱空的现象,导致局部产生裂缝并渗水,且拱波之间的连接不紧密,存在很大的裂纹和间隙,使整体性变差,亟须进行加固处理。
为制定有效加固措施,同时满足规范与使用基本要求,以现场实测结果为依据,借助Midas Civil构建分析模型,利用模型对加固之前和之后的受力情况进行准确计算,并分析主拱圈上所有截面存在的作用效应,确定设计抗力,在综合考虑所有荷载的情况下,根据规范的要求实施分析计算[1]。
对全桥结构进行计算时,共设301个节点与330个单元。通过计算,基于基本组合时,多数截面上的抗力比效应值小,无法满足承载力规范要求;经加固处理后,拱圈上所有截面的实际抗力比效应值大,说明加固处理有效。
对引桥结构进行分析计算,得出各控制截面实际荷载效应值比抗力值小,计算偏心距也都比容许值小。可见,引桥处主拱圈实际承载力能达到设计要求,在日后施工中不需要进行专门的加固处理。
考虑到桥梁加固时需要对交通进行适当管制,故加固设计需要将保证结构承载力,对结构上局部损伤进行修复,并缩短工期和尽早恢复等作为基本原则。
(1) 由于本桥梁主桥结构实际承载力无法达到要求,所以设计决定通过对拱肋截面的增大来保证承载力。
(2) 对于拱波之间相连不够紧密,存在很大间隙的问题,设计采用填充的方法处理,保证连接的紧密性。
(3) 针对拱圈底部存在脱空,导致局部渗水的问题,设计采用具有较高强度的砂浆进行抹面处理[2]。
(1) 对拱肋的截面进行适当增大,使横向联系得以加宽与加厚。
该方法是最传统也是最常用的加固方式,对拱肋和横向联系部位的截面进行增大,同时增加经计算确定的钢筋,实现和原结构之间的协同受力,能有效提高主拱圈整体刚度与强度,确保主拱圈实际承载力达到预期使用要求。
其施工工艺流程为:施工测量和放线;对原结构的表面进行凿毛处理和清洗;然后进行植筋成孔;对钢筋进行连接与绑扎;再支设模板;最后进行混凝土的浇筑。
(2) 对腹拱与主拱的拼接缝实施填充。
①抹压填充开始前,对拼接缝做全面清理,确保拼接缝保持洁净与畅通。
②对于拱脚处和腹拱圈处的拼接缝,应使用复合砂浆予以填充,砂浆的强度应达到M40以上,在抹压填充时,厚度按5 cm严格控制,并分成多次实施,以保证填充的紧密性。
③对于拱波预制件部位的拼接缝,应使用环氧封缝材料予以填充,对封缝胶进行配制好后将其装到胶枪中,然后利用枪嘴为接缝持续注胶,并对注入的接缝胶予以适当挤压。期间可分成多次来抹压,以达到良好的填充效果[3]。
(3) 采用强度较高的聚合物砂浆进行抹面。
①施工前对拱圈表面进行检查,确认是否保持平整、适当粗糙、洁净,要求不能有浮灰与油污,并无裂缝、起砂及空鼓。检查合格后,用高压水枪对拱圈表面进行冲洗,使其保持在湿润的状态,但要注意不能存在积水,否则会对后续抹面造成影响。在界面黏结过程中,可通过高强度砂浆的涂刷来保证黏结的紧密性。
②浆材的配制:以10%~12%的水料比进行浆材配制,保证浆材搅拌的均匀性,配制好的浆材应尽量在1 h之内使用完毕,若无法在要求的时间内用完,则应视作废料处理。
③将拱圈表面润湿后涂抹一层粉料和水之比为3∶1的涂料,在涂刷的同时进行聚合物砂浆的均匀涂抹。砂浆施工时,应注意面积不能太大,必要时进行分块和分条作业,一般每块的面积应控制在10 m2以内,而对于错开的时间,通常在24 h之内。在分层施工过程中,留缝应保持一定的错开。将砂浆摊铺好以后,采用喷头进行喷水抹压,一次性完成抹平,不可反复多次进行抹压。当抹压过程中产生气泡时应将其刺破,使表面保持密实。当涂抹面层的厚度超过10 mm时应采取分层的方法进行施工,一般分层的厚度按5~10 mm的范围严格控制,将前一层抹压好后,静待一段时间,当用手指按压保持干燥时,即可对下一层进行抹压施工[4]。
④抹压施工完成后及时进行养护。待砂浆施工结束,且表面稍干后开始采用喷雾的方法进行养护,也可覆盖一层麻袋与草帘,使表面始终保持在湿润的状态。在养护过程中要注意温度的控制,一般情况下应达到5 ℃以上。通常有效养护时间应不少于7 d,在条件允许的情况下进行定时洒水,保持表面湿润。
(4) 对表面做防碳化处理。
以桥梁养护要求为依据,对上部结构进行防碳化处理,采用刚性材料进行。这种涂料能在常温条件下迅速固化,且自身强度和混凝土之间的黏结强度均较高。其施工方法为:首先对混凝土的表面进行处理,将松散的部分、浮浆及砂粒都清除干净,到露出坚硬的基层为止,并对钢筋做必要的除锈;当有渗水现象时,要对渗水处进行干燥与止水,对需要进行补强的部位进行擦拭,使用酒精等有机溶剂进行;按照设计要求的比例对涂料进行配制;最后将配制好的涂料使用刮刀将其均匀抹在桥梁表面[5]。
综上所述,因双曲拱桥梁所用施工方式比较特殊,比如结构接缝数量较多,桥梁拱圈缺乏整体性,因而容易出现裂缝,且裂缝出现后容易扩展,加之桥梁设计过程中所用荷载相对较低,伴随荷载不断增大,拱圈整体承载力将无法满足实际要求。对此,本文采用多种方法对桥梁拱圈进行加固,提高其整体承载能力,在满足当前实际要求的基础上,为后续交通量的进一步增加奠定良好基础。