桁架拱橋的維修加固方案
2011-11-10 來源：中國百科網(wǎng)
阜陽市于20世紀(jì)70年代初開始引進(jìn)鋼筋混凝土桁架拱橋，至今已建成使用的桁架拱橋達(dá)30多座。隨著時間的推移，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來交通流量的大幅增長，特別是超載運(yùn)輸車輛的通行，早期修建的荷載標(biāo)準(zhǔn)低的桁架拱橋出現(xiàn)了不同程度的病害和損傷。為適應(yīng)公路交通運(yùn)輸?shù)男枰?，阜陽市公路局近幾年來先后對出現(xiàn)病害的幾座大型桁架拱橋，如臨泉泉河大橋（7×30 m）、界首潁河大橋（6×30 m）、阜陽茨淮新河大橋（6×54 m）、太和穎河二橋（6×50 m）、臨泉人民大橋（3×30 m）等進(jìn)行了維修加固工作，積累了一定的經(jīng)驗，現(xiàn)介紹如下。
1、桁架拱橋的常見病害及產(chǎn)生原因
（1）下弦桿拱腳處橫向裂縫。主要原因是橋臺、墩基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降，使拱腳處出現(xiàn)豎向剪切應(yīng)力，導(dǎo)致拱腳下弦桿件出現(xiàn)裂縫。
（2）弦桿端部節(jié)點裂縫。主要原因是橋臺、墩基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降，造成上弦桿端部凸桿與橋臺、墩柱搭接扣死，使該節(jié)點出現(xiàn)豎向剪切應(yīng)力，導(dǎo)致節(jié)點出現(xiàn)裂縫。
（3）橫系梁、橫拉桿、橫隔板豎向開裂。主要原因是由于原行架拱橋設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)較低，橫向聯(lián)系較薄弱，而近10年來交通量大而且超載車輛比例大，造成桁架豎向變形量大，使橫向聯(lián)系的梁、桿、板出現(xiàn)豎向裂縫，甚至斷裂。
（4）橋面板裂縫、破碎。主要原因是橋面板設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低，微彎板或拱波厚度不足，混凝土強(qiáng)度低，橋面鋪裝層薄弱，造成橋面剛度不足，隨著交通量的大幅增加，特別是超載車輛的破壞作用，致使橋面鋪裝層和微彎板開裂，如不及時維修，部分微彎板發(fā)生破碎，形成橋面坑洞而影響行車安全。
（5）伸縮縫損壞。主要原因是桁架拱橋設(shè)計時不設(shè)伸縮裝置或僅設(shè)置簡易伸縮縫，混凝土強(qiáng)度設(shè)計較低，橋面接縫處混凝土損壞嚴(yán)重，逐漸開裂、破碎，使接縫處面積逐漸擴(kuò)大而影響橋梁的安全使用。
（6）人行道變形、下垂。主要原因是桁架拱橋的人行道設(shè)計一般采用在邊桁片上弦桿上置挑梁承托人行道板的方法。隨著人群荷載的增加，挑梁受超載而彎矩過大，致使下垂變形，如不及時進(jìn)行加固，可能發(fā)生人行道垮塌事故。
（7）位于兩跨接縫處人行道和拉桿橫向裂縫。主要原因是設(shè)計時在該處未考慮斷開，并設(shè)置伸縮縫裝置，橋兩跨的振動破壞形成裂縫。
2、維修加固方法
2.1 上弦桿端部節(jié)點和下弦桿拱腳處裂縫的維修加固方法
因橋梁臺、墩不均勻沉降產(chǎn)生的桁架上、下弦橋節(jié)點處的裂縫已基本穩(wěn)定，不再發(fā)展?？刹捎铆h(huán)氧樹脂灰漿在其兩面或三面粘貼鋼板的方法進(jìn)行維修加固，如圖1所示
加固時，首先將構(gòu)件混凝土的表面鑿毛，如節(jié)點處混凝土剝落嚴(yán)重，應(yīng)將混凝土保護(hù)層鑿除再粘貼鋼板，粘貼鋼板要進(jìn)行除銹處理。其次要先處理裂縫，即對裂縫先進(jìn)行灌漿（環(huán)氧灰漿）處理，然后再粘貼鋼板。第三，由于拱腳處常處于水位以下，為防鋼板銹蝕，粘貼鋼板后要立模澆筑外包混凝土。
2.2 橫系梁、橫拉桿、橫隔板開裂的維修加固方法
因桁架拱橋設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低，橫向聯(lián)系薄弱而不能適應(yīng)大交通量或重載交通時，應(yīng)考慮對全橋的橫向聯(lián)系系統(tǒng)進(jìn)行整體加固。一方面可采取加大截面法加固橫拉桿和橫系梁，同時還應(yīng)適當(dāng)增加全橋的橫向聯(lián)系桿件，如增加剪刀撐、橫系梁等。
（1）加大截面法。加大橫系梁、橫拉桿截面，要先進(jìn)行加筋的焊接處理，要鑿開節(jié)點處的鋼筋保護(hù)層將需要增加的鋼筋按設(shè)計焊接到接點處。采用吊模法澆注混凝土?；炷林袘?yīng)適當(dāng)摻加膨脹劑。
（2）剪刀撐、橫系梁的施工采用預(yù)制安裝即掛籃施工、流水作業(yè)的方法，其重點是濕接頭的施工。濕接頭施工包括接頭鋼筋的焊接和混凝土的澆注兩個方面。接頭鋼筋焊接主要是桁架節(jié)點處鋼筋保護(hù)層的鑿除要慎重，即要露出鋼筋便于焊接，更要注意不要鑿的太深、太大，防止損傷桿件?；炷恋臐沧⒃谟诹⒛Ｒ?guī)范，嚴(yán)防漏漿；拆模時要對濕接頭混凝土及時進(jìn)行整修和養(yǎng)生，確保接頭混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
2.3 橋面微彎板及鋪裝層裂縫、破碎的維修加固
因微彎板混凝土強(qiáng)度不足而產(chǎn)生的橋面鋪裝層裂縫、破碎，應(yīng)撤換微彎板和鋪裝層；因橋面鋪裝層混凝土強(qiáng)度低而微彎板尚未損壞產(chǎn)生的橋面裂縫可撤換鋪裝層。為適應(yīng)現(xiàn)今大交通量和重載交通需求，采用鋼纖維鋼筋混凝土加固橋面系的方法，簡易、可靠，可大幅增強(qiáng)橋面系的整體抗載抗裂能力，效果顯著。設(shè)計時，橋面鋪裝層的布筋也要適當(dāng)增加。
鋼纖維混凝土的施工工序與普通混凝土基本一樣，關(guān)鍵是鋼纖維混凝土的拌和和攤鋪時的振搗。前者應(yīng)先干拌再加水濕拌，保證鋼纖維在混合料中均勻分布；后者應(yīng)避免鋼纖維聚集。
2.4 伸縮縫損壞的維修方法
設(shè)置簡易伸縮裝置及不設(shè)伸縮裝置的桁架拱橋已不能適應(yīng)現(xiàn)在交通安全的需要。因此，采用型鋼伸縮裝置或鋼板伸縮裝置改造桁架拱橋伸縮縫簡便、可靠。特別是與橋面鋪裝層同時改造時效果更加明顯：即采用伸縮縫混凝土與鋪裝層混凝土統(tǒng)一澆筑的方法一次成型，竣工后的伸縮縫與橋面鋪裝層高度一致，表面顏色一致，不存在斷縫（施工縫），整體性強(qiáng)，平整度好，行車舒適。
（1）采用型鋼或鋼板伸縮裝置改造桁架拱橋伸縮縫時要注意兩點：一是錨固鋼筋的埋置要牢固，不能松動；二是混凝土強(qiáng)度設(shè)計要適當(dāng)提高并確?，F(xiàn)澆混凝土的質(zhì)量達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
（2）如與橋面鋪裝層同時改造時，伸縮縫混凝土的澆筑應(yīng)與橋面鋪裝層同步進(jìn)行，即采用整體澆筑，一次成型工藝施工：先將型鋼或鋼板裝置按設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)安裝就位，然后與橋面鋪裝層同時立模，澆筑鋼纖維混凝土。
2.5 人行道下垂、變形及接縫處裂縫的維修加固
在邊桁片上弦桿上置挑梁承托人行道板，因懸臂過長，設(shè)計人群荷載偏低及其他原因引起人行道下垂、變形的病害可采用立鋼斜支承或體外補(bǔ)筋法加固。體外補(bǔ)筋法即在橋面鋪裝層中增加兩側(cè)挑梁的橫向抗拉鋼筋。原橋兩跨接縫處人行道板未分開的要進(jìn)行人行道與攔桿分離設(shè)計，使之適應(yīng)橋面系行車變形。
（1）人行道挑梁的維修加固施工要先拆除欄桿和人行道板，后對挑梁進(jìn)行加固。采用槽鋼打斜支撐時要注意支撐下端固接鋼板與上弦桿的粘貼施工，包括箍筋的安裝等。如同時維修橋面鋪裝層時，可采用埋置鋼筋作抗拉筋以增強(qiáng)兩側(cè)人行道的橫向聯(lián)系。施工要點主要是增設(shè)鋼筋與挑梁鋼筋的聯(lián)接（焊接）要緊密，有條件時可適當(dāng)施加預(yù)應(yīng)力。
（2）人行道極斷開施工要注意在上弦桿端頭增設(shè)的人行道挑梁的安裝施工，注意其穩(wěn)定性和安全性。
3、加固實例
3.1 橋梁及病害基本情況
潁河大橋位于界首市，為 6×30 m桁架拱橋，全長 206 m，寬 10.9 m，設(shè)計荷載汽車-13級，建成于1979年。該橋下部結(jié)構(gòu)為柱式墩，組合式橋臺，橋墩及北橋臺為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，南臺為擴(kuò)大基礎(chǔ)，上部構(gòu)造每跨由6片桁架組成，每片桁架分兩塊預(yù)制，預(yù)埋鋼板焊接，無支架纜索吊裝，桁架閘由橫系梁、橫拉桿、橫隔板相聯(lián)接。
主要病害有：（l）1號～5號孔桁架拱頂下?lián)献冃?。其?號孔最為嚴(yán)重，拱頂相對沉降達(dá)9 cm，而且該孔動載效應(yīng)明顯；（2）所有橋墩上部“門”形立柱及橫梁斷裂（橫梁作為桁架的上支撐點）。立柱裂縫位于根部，與立面呈 30°～45°，縫寬1～5 mm，橫梁裂縫一般位于1／3～l／2處，2～3條，縫寬0，2～lmm不等；（3）1號孔 6片桁架的北端上弦桿節(jié)點混凝土開裂；（4）橋面鋪裝層和微彎板嚴(yán)重裂縫破損；（5）橋面伸縮縫全部毀壞（原設(shè)計為自然縫）；（6）部分人行道挑梁混凝土開裂下垂，人行道欄桿毀壞；（7）北橋臺帽梁及側(cè)墻開裂，縫寬5mm.
3.2 病害成因分析
（1）超載破壞。
該橋設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)較低。隨著交通流量的增長，特別是超載運(yùn)輸車輛的增多，橋梁不堪重負(fù)。另外，桁架的橫向聯(lián)系系統(tǒng)，在當(dāng)今的車輛荷載作用下顯得薄弱，已不能滿足桁架的協(xié)同受力工作，即剛度不足。
（2）基礎(chǔ)不均勻沉降。
該橋南臺為擴(kuò)大基礎(chǔ)，其他墩臺均為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，所以墩臺沉降是不均勻的。如南臺與相鄰橋墩的相對高差達(dá)4cm，由于桁架是超靜定結(jié)構(gòu)，不均勻沉降產(chǎn)生的過大內(nèi)力導(dǎo)致l號孔桁架端部節(jié)點全部開裂損壞，以及墩上“門”形立柱根部產(chǎn)生裂縫。
（3）部分結(jié)構(gòu)施工處理不當(dāng)。
該橋每跨桁架的上弦桿端部搭接在墩臺上，施工時未斷開而形成聯(lián)接扣死，伸縮縫成假縫，改變了橋體的受力體系，使部分桁架上弦桿端部節(jié)點產(chǎn)生裂縫。
3.3 加固方法
（1）在橋梁每孔端部、L／4處各增設(shè)一道剪刀撐和一道上橫系梁；拱頂處增設(shè)一道橫隔板。剪刀撐采取預(yù)制安裝，橫系梁及橫隔板采，澆方法施工。
（2）對所有墩上斷裂的“門”形柱采用擴(kuò)大截面法加固：即先用環(huán)氧樹脂砂漿修復(fù)裂縫，然后在墩上橫梁跨中新增立柱，以減小橫梁跨度，新增立柱采用微膨脹混凝土現(xiàn)澆，以使新老構(gòu)件結(jié)合。
（3）對桁片上弦桿端部節(jié)點裂縫采用環(huán)氧樹脂灰漿粘貼鋼板法加固修復(fù)。
（4）對橋面系進(jìn)行全面加固：拆除更換已裂縫破損或不規(guī)則的微彎板，以及全橋鋪裝層，新做11cm厚鋼纖維鋼筋混凝土鋪裝層，同時增設(shè)7道型鋼伸縫裝置，以提高橋面系的整體承載能力。
（5）對人行道進(jìn)行加固：拆除人行道上損壞的微彎板和所有攔桿，采用體外補(bǔ)筋法加固人行道挑梁后再安裝人行道板和欄桿。
（6）拆除北橋臺損壞的帽梁和側(cè)墻，用20號鋼筋混凝土澆筑修復(fù)，并按原樣式進(jìn)行表面修飾。
（7）在所有墩臺上的拱腳處增設(shè)鋼筋混凝土防震擋塊，增強(qiáng)拱腳處的防震功能。
4、結(jié)語
該橋維修加固后，驗收時進(jìn)行了動靜載試驗檢測表明，該橋加固后剛度明顯加強(qiáng)，在汽車一15級動載作用下，橋體仍然處于彈性狀態(tài)。因此一次性通過了竣工驗收，被評為優(yōu)良工程，并被省交通廳評為2000～2001年度全省優(yōu)秀養(yǎng)護(hù)項目。
