拱形橋的病害分析及加固方案
2011-09-23 來源：建設(shè)工程教育網(wǎng)
1 、概述
南江口大橋位于省道Ｓ36線，即郁南縣南江口鎮(zhèn)下咀村段，橋中心樁號K44+860，屬鋼筋混凝土剛架拱橋，設(shè)計(jì)荷載為汽車-20級，掛車-100；主跨260ｍ，橋長169.5ｍ，橋?qū)?.5ｍ，橋高25.3ｍ，通航要求為VI級，橋臺為實(shí)體式，橋臺基礎(chǔ)；南江口岸為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)，云浮岸為群樁基礎(chǔ)；橋墩為鋼筋混凝土承臺和樁基。于1993年建成通車。
隨著車輛荷載日趨增大，通車后在交通量和超載車輛增長較快的情況下，公路橋梁技術(shù)狀況迅速下降，橋面損壞不斷加劇，目前水泥鹼橋面板出現(xiàn)大量的病害和缺陷，主要病害除橋面網(wǎng)裂，滲水，欄桿、人行道破損及其他附屬工程損壞外，還出現(xiàn)了拱腹、主拱等多處裂縫和滲水現(xiàn)象，錐坡與橋臺側(cè)墻分離等主體工程問題，嚴(yán)重危及通行安全。因此有必要對南江口大橋進(jìn)行全面、細(xì)致的橋梁使用狀況調(diào)查，對其病害的類型及嚴(yán)重程度進(jìn)行分析和評價(jià)，找出產(chǎn)生病害形成的原因，并提出切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)可靠的處治方案，以有效改善大橋的現(xiàn)有路況，提高其行駛質(zhì)量和服務(wù)水平。
2 、南江口大橋的病害調(diào)查
經(jīng)過長時間對該橋上、下部結(jié)構(gòu)的觀察，發(fā)現(xiàn)該橋橋臺沒有明顯的沉降和水平位移，橋面鋪裝部分損壞，且出現(xiàn)了大量裂縫，剛架拱實(shí)腹段位置的橋面出現(xiàn)了不同程度的下?lián)稀?br />
2．1 上部構(gòu)造
2．1．1 東西兩跨矩形橋面板底面多處鋼筋銹蝕，銹蝕處的混凝土開裂，嚴(yán)重的甚至使混凝土剝落，造成主筋外露?；炷疗茐拿娣e占整個板底的23.13％，嚴(yán) 重降低了承載力。
根據(jù)銹蝕鋼筋混凝土剝落處混凝土保護(hù)層的厚度只有0.5cm－1.5cm的情況分析，產(chǎn)生鋼筋銹蝕混凝土破壞的主要原因是由于保護(hù)層過薄。
中間一孔橋面出現(xiàn)縱向裂縫，裂縫寬在0.3mm－5mm之間，裂縫之間間距與工字梁微彎板寬度基本相等。六片工字梁在中部8m左右的范圍均出現(xiàn)垂直于梁軸線的裂紋，裂紋寬0.1mm－0.2mm，裂紋之間的間距為1.3m－2.0m，每片梁有3－4條裂紋，從梁底至腹板中部，有1－2條裂紋從梁底貫穿梁頂面。短裂紋有繼續(xù)向頂擴(kuò)展的趨勢。
2．1．2 橋面、緣石變形破碎
橋面縱向變形已呈波浪形，緣石破碎現(xiàn)象較為嚴(yán)重，在墩頂附近伸縮縫處裂縫尤為嚴(yán)重。橋面的橫向排水系統(tǒng)基本不起作用，雨水侵蝕嚴(yán)重。
2．1．3人行道與欄桿損壞嚴(yán)重
行道鋪裝層大面積破碎、脫落，欄桿多處斷裂，混凝土剝落、露筋。
車輛通過橋梁時剛架拱實(shí)腹 段位置的橋面波動明顯；剛架拱肋斜撐和拱腿根部出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重的裂縫長達(dá)25cm，寬1.5cm。
2．2 下部結(jié)構(gòu)
東邊的橋臺兩翼均在距臺帽10cm－15cm范圍內(nèi)各出現(xiàn)一條往下的斜裂縫，縫長一條為2.5m，一條為3m，寬均在1.2cm－1.5cm之間，現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)有繼續(xù)往下擴(kuò)展的趨勢。
西邊橋臺前墻與翼墻完全斷裂，在路線走向左側(cè)的斷縫處從臺帽下開始 ，右側(cè)在臺帽下17cm開始，兩側(cè)斷縫均往下至Ｕ型橋臺底。右側(cè)的斷縫較窄，寬為2.3cm－3.7cm，左側(cè)的斷縫寬為4.2cm－5.8cm，左側(cè)的翼墻沿遠(yuǎn)離路基方向向外位移4.7cm兩條斷縫深與墻厚相同。
兩個橋臺的斷、裂縫方向基本與前墻和翼墻的內(nèi)轉(zhuǎn)角線一致。翼墻墻背受到土壓力的作用，將翼墻外推，這就會在翼墻頂面與前墻的連接處發(fā)生破壞。
2．3 病害原因分析
橋面縱向裂縫的產(chǎn)生，是由于工字梁之間沒有設(shè)置橫隔梁梁與梁之間沒連成整體而造成。該橋工字梁底的裂紋是由于近幾年通過該橋的車流量增大，超重車輛過多，梁底產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力將梁底的混凝土拉裂。
據(jù)調(diào)查，近年來，隨著交通量、重車的日益增加，特別是橋上錯車現(xiàn)象日見頻繁，重車則多在一側(cè)車道上行駛，這種經(jīng)常性的重車偏載對橋中心線附近拱圈進(jìn)行反復(fù)交替的剪切，造成拱圈產(chǎn)生中波上的縱向裂縫。
拱肋、拱波、拱根整體性受到一定程度的破壞，而橫向整體性又不能很好地保證，車載有增 無減地繼續(xù)作用，使拱圈在局部受力集中，全斷面受力不均勻。
由于對伸縮縫、排水設(shè)施等未能及時維護(hù)和清理，致使橋面損壞嚴(yán)重。
3、 維修加固方案
3．1 施工內(nèi)容
本工程加固主要涉及拆除現(xiàn)有橋面系（包括防撞欄、橋面鋪裝、填平層和微彎板），拆除系梁，每跨增加四片拱肋，在此基礎(chǔ)上澆筑連續(xù)實(shí)心板作為橋面的行車道板，之后澆筑橋面鋪裝，安裝伸縮縫。
3．2 施工順序
施工順序如下：
a）拆除原有防撞欄、橋面鋪裝、填平層及微彎板；
b）安裝拱肋施工懸掛式吊架；
c）拆除拱肋間的系梁，保留原有剛架拱肋外露的鋼筋作為連接實(shí)心板用；
d）在墩臺帽上鑿毛，植人相應(yīng)的鋼筋，綁扎鋼筋，用環(huán)氧樹脂粘貼相應(yīng)的鋼板，澆筑新拱肋的拱座硅，保證預(yù)槽口安裝新的拱肋；
e）安裝拱肋、系梁底模，綁扎拱肋、系梁鋼筋，安裝整體模板；
f）使用懸掛式吊架順序澆筑硅；
h）拆模，轉(zhuǎn)到另一片拱肋施工；
i）綁扎實(shí)心板鋼筋，兩跨同時間、對稱地澆筑硅 ；
j）兩跨同時間、對稱地澆筑橋面鋪裝和防撞欄，安裝伸縮縫；
k）用環(huán)氧樹脂將原有拱肋的斜撐與拱腿的裂縫封密，避免斜縫時一步擴(kuò)寬和伸長。
3．3 施工工藝
3．3．1 拆除防撞欄和橋面鋪裝
使用硅切割機(jī)將防撞墻分塊，再用鉤機(jī)將硅塊吊走，同時采用空壓機(jī)人工鑿除橋面鋪裝，施工中盡量減少鹼渣掉人河中。在施工時采取半幅拆除施工，另外半幅作施工便道和人行通道，由專人管理。半幅施工前應(yīng)先進(jìn)行放樣，保證橋面鋪裝與中拱肋有一半搭接。
3．3．2 拆除微彎板
拆除順序?yàn)橄?／4拱，再1／2拱，（拱頂）最后拆除拱腳，施工時采用人工配合吊機(jī)平衡對稱拆除。
3．3．3 安裝懸掛式吊架
采用懸掛式吊架（拱架）施工，輔助施工的量要少，且不影響水中通航的凈空，其主要缺點(diǎn)是成本略高。在施工時，沿縱向間隔按2m一組，吊架要有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，做到澆注的拱肋不下?lián)喜蛔冃巍?br />
3．3．4 拆除系梁
拆除完橋面系、微彎板和安裝完懸掛式吊架，使吊架系統(tǒng)與舊拱肋構(gòu)成一個整體后再拆除系梁，施工中應(yīng)當(dāng)小心謹(jǐn)慎，注意保留拱肋與系梁的預(yù)埋鋼筋。
3．3．5 拱肋槽口施工
鉆孔植人鋼筋時應(yīng)參考原橋竣工圖拱座布筋圖，避免鉆傷原拱座鉚筋，粘貼鋼板應(yīng)處理好粘貼位置、fl4表面和鋼板表面，鑿除表面舊的硅后粘貼鋼板。
原有拱肋的斜撐和拱腿是固定在墩臺帽預(yù)留的槽口口內(nèi)，新加的拱肋是固定在墩臺帽外包的鋼筋硅的預(yù)留槽口內(nèi)，新的斜撐和拱腳長度縮短，澆筑新拱肋時應(yīng)注意定好位。
拱座施工時新舊鹼結(jié)合處應(yīng)先澆水泥純漿再澆硅。
拱肋槽口施工時，應(yīng)充分利用三片舊拱肋安裝施工平臺。施工平臺主要承受施工人員荷載。
3．3．6 安裝模板、澆硅
模板采用木模和鐵皮，在懸掛式吊架上安裝，拱肋澆鹼時應(yīng)按照施工規(guī)范要求，先澆筑拱腳硅，再澆筑拱頂硅（1／2拱），最后澆筑1／4拱，嚴(yán)格做到兩跨同時對稱平衡施工。模板應(yīng)用斜撐頂住，以保證模板的剛度和穩(wěn)定性。
橫系梁與拱片同時澆筑以保證梁與肋的整體性和橫向穩(wěn)定性。
與此同時，用水泥砂漿把原有的拱肋弦桿和實(shí)腹段頂上的缺口用砂漿填實(shí)，填實(shí)前，該部分舊的砼表面要鑿毛，使得新舊砼的連接牢固。另外，因?yàn)閾隙茸?形的拱肋，其頂面的標(biāo)高低于實(shí)際的標(biāo)高，故可加鋪砼在頂上以調(diào)整到正確的標(biāo)高。
澆筑C40砼采用現(xiàn)場攪拌機(jī)攪拌，人工運(yùn)料。
3．3．7 拆模、拆除懸掛式吊架
一般在混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到2．5MPa時方可拆除側(cè)模，在混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值75%的要求時可拆除底模。模板拆除應(yīng)遵循先支后拆，后支先拆的順序，拆時嚴(yán)禁拋扔。
拆除模板和卸落時不允許用猛烈的敲打和強(qiáng)扭等方法進(jìn)行；模板和拱架拆除后應(yīng)維修整理，分類妥善存放。
3．3．8 實(shí)心板施工
實(shí)心板的鋼筋要與剛架拱肋頂上外露的鋼筋綁扎在一起；兩端要預(yù)留伸縮縫的安裝位置；對應(yīng)斜撐和拱腿頂上的位置橫向切1cm的縫，縫中間填塞瀝青。澆砼時應(yīng)兩跨同時間、對稱地進(jìn)行。
澆筑C30鹼采用現(xiàn)場攪拌機(jī)攪拌，人工運(yùn)料。
3．3．9 橋面鋪裝、防撞欄和伸縮縫施工
待實(shí)心板鹼達(dá)到一定強(qiáng)度后開始進(jìn)行橋面鋪裝施工，須兩跨同時間、對稱地澆筑，橋面鋪裝采用C35防水硅，現(xiàn)場機(jī)械攪拌。
防撞欄施工時應(yīng)每隔6m－8m沿防撞欄橫向設(shè)縫；扶手和扶手立柱應(yīng)先除銹，后刷防銹漆二道，面漆二道；伸張縫處墻身應(yīng)斷開，墻縫內(nèi)嵌XQ－1型聚乙烯泡沫板結(jié)，外周漆雙組份聚硫封膏，寬度為40mm，厚度為20mm。防撞墻必須在鋼筋鹼橋面鋪裝完成后方可施工；夜間反光膜按要求的顏色尺寸和間距于鋼扶手的迎車面上；PVC泄水管在橋兩邊布設(shè)，間距為6m。伸張縫采用NJSF型。
南江口大橋維修加固工程于2004年12月開始，2005年3月竣工，工期近3個月。由于該橋地處S368，車流量大，為不中斷交通，施工期間采用半幅施工、半幅通車的方式，在橋頭兩端設(shè)置醒目的安全標(biāo)志及限速標(biāo)志，夜間開啟照明設(shè)施，確保橋下施工人員及過往車輛的安全。經(jīng)過一年多的使用，該橋整體狀況良好，維修部分尚未發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題。
4 、結(jié)語
本文介紹了s368線南江口大橋加固的主要措施、方案，探討了懸掛式吊架施工的有關(guān)施工工藝問題，期望能在實(shí)踐中取得良好的效果，為今后舊橋的改建施工和改建技術(shù)應(yīng)用提供有益的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
