韩家渡大桥结构病害及其加固施工要点分析

彭武、苗守举、夏萃

（1.江西省公路科研设计院有限公司，江西 南昌 330000；2.江西省交通投资集团有限责任公司项目建设管理公司，江西 南昌 330000）

1 工程概况

韩家渡大桥老桥为一座9 孔净跨42m 等截面悬链线无铰空腹式双曲拱桥，矢跨比F0/L0=1/4,下部桥墩采用实体式片石混凝土板墩，桥梁全长为436.36m，桥宽为8.9m，其中包括0.95m(人行道+栏杆)+7m(车行道)+0.95m(人行道+栏杆)。该桥于1973 年建成通车，截至2020 年投入运营已47 年。根据《韩家渡大桥技术状况评定检测报告》记录，大桥存在一定影响结构受力、使用安全的病害，经检测评定该桥目前技术状况等级为四类桥梁，已无法满足二级公路的公路-I级设计荷载要求，逐渐成为制约S411 及沿线城镇发展的交通运输瓶颈。

因此，为加快推进区域内国省道路网布局优化、完善综合交通运输体系、提高省道的通行能力、促进城乡区域协调发展，韩家渡大桥的维修加固已迫在眉睫。

2 老桥病害及其成因分析

2.1 桥面系

2.1.1 病害

（1）桥面铺装存在多处脱皮、坑洞、露骨、露筋、局部破损。各跨局部均出现多条横向裂缝，墩顶出现破碎板，且上层槽口堵塞、卡死，伸缩缝失效。

（2）部分人行道出现少量剥落，钢筋混凝土栏杆的个别构件出现剥落、露筋。

（3）局部排水不畅，出现堵塞现象，桥面水直接排入乐安河。桥上无照明、标志。

根据相关规范，该项目的桥面系综合评分为65.75 分，技术状况等级为三类。

2.1.2 成因

第一，桥面铺装横向裂缝及墩顶处桥面连续部位薄弱，主要是由于长期重车碾压以及高温作用导致。第二，桥面铺装出现坑洞、混凝土剥落、露筋以及破碎板，主要是由于施工质量不佳及长期车辆超载磨耗所致。第三，桥面铺装出现磨光、脱皮、露骨，主要是由于施工时混凝土养护不规范，致使铺装表面出现干缩裂纹，在车辆冲击力作用下，导致表层脱皮、露骨。第四，伸缩缝老化破损，主要是由于日常养护不及时，散落桥面的碎石及杂物等填塞造成破损；超载超重车辆通行，使其产生疲劳破损。第五，排水不畅，是由于原设计未作要求，未设计集中排水，导致桥面水直接排入乐安河。

2.2 桥跨结构

2.2.1 病害

（1）主拱圈：横系梁纵向裂缝；多处拱肋、拱波出现纵、横、竖向裂缝；多处拱肋、拱波混凝土剥落、露筋。

（2）拱上结构：多处腹拱拱顶出现横、竖、斜向裂缝；腹拱圈、立柱、立墙、横系梁出现混凝土剥落、掉角、露筋；部分立柱出现环向开裂；第一跨1#腹拱拱顶出现横向贯穿裂缝，拱脚出现位移。

桥跨结构综合评分为66.04 分；技术状况等级为三类。

2.2.2 成因

（1）主拱圈病害因素：双曲拱横向联系刚度较弱，活载横向分布较差，受力不均匀。

（2）拱肋病害因素：拱肋的承载能力和抗弯能力强度不足，出现结构裂缝。

（3）腹拱拱顶竖向裂缝因素：腹拱的承载能力和抗弯能力强度不足，出现结构裂缝。

2.3 下部结构

2.3.1 病害

（1）0#台左右侧翼墙均有明显前倾，但仍可起到挡土作用；9#左侧翼墙局部混凝土出现剥落、开裂。

（2）桥墩均有磨损、粗骨料显露现象。

（3）0#台台身右侧上方局部混凝土剥落；9#台台身左右两侧上方局部混凝土剥落。

下部结构综合评分为83.27 分；技术状况等级为二类。大桥全桥结构技术状况评分Dr=72.87，评定为四类桥梁。

2.3.2 成因

（1）墩身磨损、粗集料显露主要原因：江水冲刷冲蚀，致使细集料被带走，粗骨料外露；墩身因船舶撞击导致破损。

（2）桥台翼墙前倾、台身下沉主要原因：桥台处受过大动荷载作用，也可能是后台填土压力增加引起。

3 桥梁维修加固施工方案

3.1 桥面系

老桥桥面系全部拆除重建，重建后桥面铺装采用沥青铺装层，桥面拓宽至10m，设置SB 级防撞护栏，桥面排水收集后集中排入沉淀池。

3.2 桥跨结构

第一，对老桥主拱圈拱肋、拱波处裂缝进行修复处理。对于宽度不小于0.15mm 的裂缝采用压力灌注法进行修补、封闭；对于宽度小于0.15mm 的裂缝采用表面封闭法进行修补。第二，对2010 年加固的碳纤维布进行拆除处理。对拱脚至第一个腹孔范围内的拱背上后浇的一层10cm 混凝土，予以凿除处理。第三，对老桥主拱圈进行外包混凝土处理，改双曲拱截面为箱形截面。对拱肋处新老混凝土采用锚固钢筋进行连接，1 跨箱型拱设置10 道横系梁。第四，拆除全部拱上结构，新建拱上横墙、桥面板。老桥拱上结构为排架式腹拱墩，其自身刚度相对较弱，故改排架式腹拱墩为墙式墩。

3.3 下部结构

第一，桥墩植入锚筋，采用外包混凝土的方式增大拱座、墩身截面。第二，桥墩基础采用外包混凝土的方式加大基础尺寸，防冲刷。第三，桥台拆除重建。

4 桥梁加固施工要点

4.1 注意事项

第一，由于该项目维修加固具有工程量大、涉及诸多隐蔽工程、施工难度较大、施工工艺复杂且特殊等特点，施工企业需要严格依据项目建设的基本规范及设计要求，合理分配施工项目的人力、设备等资源，并且根据工序步骤提前制订详细的施工组织设计方案，之后再将方案报由监理部门审批，批准后方可投入使用，确保桥梁施工符合施工规范[1]。第二，根据拱桥的受力特点，在组织拱上结构拆除及重建时一定要遵循对称施工的原则，并随时观测施工跨及相邻跨四分跨、拱顶的挠度、横向位移及构件裂缝，以免主拱圈受力状态发生不利变化而造成垮塌性事故。

4.2 下部结构施工要点

4.2.1 墩台、基础施工

第一，韩家渡大桥老桥桥墩为实体式片石混凝土板墩，墩身圬工量较大，基础为扩大基础，局部冲刷较为严重。经现场实地考察，2#～7#墩采用拉森钢板桩围堰施工，1#、8#墩采用竹笼围堰施工。第二，对构件表面进行凿毛处理，凿除面积大于原构件的80%，凿除深度大于碳化深度，并凿成麻坑或沟槽状。对原构件混凝土存在缺陷的，凿除至密实部位。第三，钢筋的植筋、预埋、锚固等需满足规范要求。钢筋接头位置应相互错开，在一个平面内的钢筋接头数量不得超过钢筋总量的50%。第四，0#、9#台拱圈底座加固施工时，基础开挖必须采取适当配重和打抗滑钢板桩等抗推措施，防止拱圈底座发生后移。第五，墩身暴露在外，对桥梁的美观有重要影响，为保证墩身混凝土表面光洁平整，墩身混凝土采用塑料薄膜覆盖进行养护。

4.2.2 钢筋植筋

（1）植筋工艺流程（见图1）

图1 植筋工艺流程

（2）植筋注意事项

首先，施工人员要借助相关措施清理混凝土钻孔孔洞内的污渍、杂物，并对钢筋进行除锈清理，确保工作面干净整洁；为保证施工质量，需要采用A 级胶作为植筋的胶黏剂。其次，在灌注环氧水泥浆施工中，技术人员需要使用专门的灌注器，在灌注时要确保孔道中空气能够及时排出；对于灌注量，通常以植入钢筋后能够溢出少量的浆液为准。再次，当环氧水泥浆注浆完毕后，需要对插入的钢筋进行单向旋转操作，目的是让钢筋达到设计要求的插入深度；同时，要求孔洞中的泥浆均匀分布，并保持静止，不得触动钢筋，确保其完全凝固。最后，待锚固孔内环氧水泥浆的强度达到设计强度的70%后，再将钢筋网固定在锚固筋上，以免浇筑混凝土时钢筋的位置发生移动[2]。

4.2.3 注浆工艺及注意事项

（1）注浆施工工艺流程

整个注浆施工工艺流程为：开孔—高压洗孔—埋设井口套管—钻孔—安装水泥浆搅拌机—布置注浆管—压清水—压浆—固结。

（2）注浆施工注意事项

首先，为确保水泥浆液在松散的地质内能够得到充分填充、密实，那么注浆时就需对注浆压力和注浆方式加以控制，通常可对松散体治理采用“小口径钻孔、孔口封闭、自下而上、重复注浆”的注浆方法。其次，注浆孔深度以钻至松散体底为终孔深度，注浆压力以孔内压力达到2MPa 为停注数值，注浆顺序要求隔孔灌注。最后，施工时应先浇筑外包混凝土，再钻孔注浆；地基注浆应根据现场实际情况动态调整。

4.3 主拱圈施工要点

4.3.1 总体施工要点

第一，主拱圈外包混凝土浇筑前，应对原双曲拱主拱圈（尤其是拱肋）裂缝、破损部分进行修复处理。第二，主拱圈应分层施工，先施工底板，底板浇筑可利用拱上结构采用悬吊模板施工，待底板达到设计强度后，再施工主拱圈的顶板及侧向腹板。第三，主拱圈底板浇筑前，应当先搭设好保通便桥，中断桥面交通。第四，同一跨主拱圈拱肋钻孔与植筋应同时进行。钻孔一段后，应立即植入钢筋对主拱圈进行修复，不应在全部钻孔完后再植筋，避免过度削弱老拱圈强度。第五，主拱圈现浇外包混凝土时，按照“清理表面—清洗—植筋—布置钢筋网或钢筋骨架—浇筑混凝土”的施工顺序。第六，底板浇筑时，底板钢筋骨架应全部焊接完成后，再分段浇筑底板混凝土。第七，底板浇筑时应彻底中断交通。底板浇筑完成后，待混凝土强度及弹性模量达到85%，且混凝土龄期不小于7d 后，拆除底模、桥面系以及拱上结构。

4.3.2 底板浇筑施工工艺及其要点

全桥拱肋底缘采取分段施工的方式，并注意以下要点。第一，对拱肋表面进行凿毛处理并清洗，以保证新旧混凝土良好的结合；在锚固筋处钻孔、清孔、植筋。第二，植筋施工，为保证新浇筑的混凝土与旧混凝土的黏结，应合理应用植筋技术进行施工。第三，在植筋施工过程中，需要严格按照设计要求对各批次的钢筋进行清孔、钻孔深度、植筋深度以及胶饱满度检查，确保各方面都满足要求，并进行详细记录。第四，在钻孔、清孔、植筋等施工环节中，为保障施工质量，需要按照要求采用流水作业模式，做到边钻、边清、边植，同时在主拱圈上不得同时钻孔过多，以避免对主拱圈的强度造成影响。第五，底板混凝土浇筑施工需要沿拱跨方向采用分段对称浇筑的方式，通常以混凝土受力对称、均匀、变形小为原则进行分段施工，且宜设置在L/4、3L/4 部位，合龙段宜设置在拱顶部位，各段接缝面应与拱轴线垂直。分段长度为4～10m。浇筑顺序应由拱脚至拱顶对称、均衡进行。第六，各分段点应预留间隔缝，其宽度宜为0.5～1m，间隔缝内同一断面接头钢筋面积不超过50%，钢筋连接采用焊接方式。第七，应首先布设纵向受力主筋，并与锚固筋焊接和定位。然后，逐段布设横向钢筋和底板的顶底模，使用附着式振动器配合插入式振动棒振捣混凝土。建议施工天窗大小为60cm×60cm。第八，混凝土结构施工需严格按照施工技术规范进行，进场材料必须符合规范要求，并按规定抽检频率进行检验。

4.4 拱上结构施工要点

4.4.1 拱上横墙施工要点

第一，拱上结构的拆除及新建应遵循对称施工的原则。在桥梁单跨内的拱上横墙施工时，需要应从拱脚向拱顶两侧同时对称进行，以免主拱圈受力不均衡而造成垮塌性事故。第二，横墙模板应严格按照设计尺寸制作，采用对撑及多道斜撑加固模板，确保结构外观几何尺寸符合设计要求，保证横墙施工期间模型的稳定性和垂直度。

4.4.2 桥面板施工要点

第一，桥面板采用满堂支架施工，桥面板施工应待横墙混凝土强度达到设计强度的85%后方可进行。第二，单跨内，桥面板施工应从拱脚向拱顶两侧同时对称进行。第三，桥面板混凝土强度达到设计强度的85%后方可拆除模板。桥面板施工时注意预埋桥面系附属设施的钢筋。

4.5 桥面系及附属设施施工要点

第一，安装桥面伸缩装置时，需要严格按照厂家的安装指导及设计要求进行安装，并控制其标高及平整度,以保障后续施工正常进行。第二，在桥面铺装施工中，需要借助工具将桥面板表面进行凿毛处理，并清理干净，同时严格根据试验配比要求进行沥青混凝土材料选配。第三，严格按照设计要求控制支座垫石的标高，同时确保支座顶面的洁净度及平整度符合要求，桥面摊铺沥青混凝土之前需要喷涂防水层。

5 结语

由于桥梁运行环境复杂，在行车荷载、气候环境等因素影响下，容易出现各种病害接影响道路桥梁的正常运行。本文结合桥梁工程实例，从桥面系、桥跨结构、下部结构等方面阐述桥梁病害的成因，同时对桥梁维修加固施工要点进行分析，对此，要求相关企业必须准确认识桥梁维护和结构加固的重要性，严格控制桥梁结构病害，提高桥梁运行质量，以期营造良好安全的交通环境。