浅谈箱形拱桥的常见病害及加固技术

2014-10-30贾利勋

中国科技纵横 2014年18期

关键词：箱形拱圈拱桥

贾利勋

(甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司,甘肃兰州 730030)

浅谈箱形拱桥的常见病害及加固技术

贾利勋

(甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司,甘肃兰州 730030)

文章通过对箱形拱桥的常见病害及成因分析,根据拱桥加固的基本原理,提出了几种常用的箱形拱桥的加固工艺。

箱形拱桥病害加固

1 桥型结构特点

箱形拱桥是由几个箱式组成拱圈截面，其外型相似于板拱，但是截面挖空率大，挖空率可达全截面的50%～70%，与板拱相比可节省大量圬工体积，减轻重量，适合于大跨径拱桥。箱形截面的中性轴大致居中，对于抵抗正负弯矩具有几乎相等的能力，能较好地适应主拱圈各截面正负弯矩变化的需要，箱形拱是闭合空心截面，抗弯和抗扭刚度大，拱圈的整体性好，应力分布较均匀；单条箱肋刚度较大，稳定性较好，能单箱肋成拱，便于无支架吊装。危及箱形拱桥安全的重要病害

2 危及箱形拱桥安全的常见病害及成因

2.1 主拱圈

(1)常见病害。主拱圈是箱形拱最重要的受力结构，在桥梁运行时拱圈是受压结构，在受到超载荷压力和拱圈自身变形的影响下，压力线和形心线会发生偏移，造成偏心受压，严重的会造成跨中、拱脚等重要设计受力控制截面发生径向裂缝，使受力体系发生改变，所以在检查桥梁时，应该重点监测以下内容：检测主拱圈是否变形，如拱脚错台、拱顶变形等；另外要检查拱顶下缘及侧面是否发生裂缝，主拱圈部位的纵向、横向裂缝；查看主拱圈混凝土是否存在剥落、露筋锈蚀的现象；最后要注意主拱圈是否有位移现象和渗水。(2)病害的成因及表现形式。当主拱圈的抗弯强度和抗剪强度不够时，都会引起拱圈开裂，当抗弯强度不足时，裂缝主要发生在拱顶区段的拱圈下缘与侧面、拱脚处的拱圈和侧面；当抗剪强度不足时，裂缝发生在拱脚、空腹孔的立柱底梁截面处。当主拱圈组成材料抗压强度不够时，会引起劈裂或压碎。两拱脚墩台不均匀沉降时也会引起拱圈开裂，一般出现在拱顶区段，横桥向贯穿全拱圈，可观测到裂缝的宽度上下变化不大，而且两侧有错动；当墩台基础上、下游不均匀沉降会引起拱圈及墩台出现顺着桥向的裂缝。

2.2 拱上建筑

(1)常见病害。拱上混凝土立柱、盖梁和板跨裂缝，拱上混凝土出现破损啃边、剥落、露筋、锈蚀、裂缝渗水病害；混凝土表面风化露石、麻面及少量空洞等缺陷；横墙、侧墙砌石中等风化，砌体灰缝脱落、局部外鼓等；腹拱圈拱脚、拱顶发生裂缝；桥面铺装层开裂，侧墙发生开裂、倾斜、外移等。(2)病害的成因及表现形式。拱上立柱、盖梁、底梁及拱形腹孔拱圈的强度和刚度不足，会导致裂缝和混凝土的破损；同时拱上填料积水，也会引起拱上侧墙鼓胀或脱离开裂，加之车辆作用下，因拱圈受力不均匀，引起拱圈的局部损坏。拱上填料不密实，路面砼材料性能差，受超载车辆反复碾压会导致桥面铺装层开裂，桥面铺装层出现纵横裂缝、局部龟裂、坑槽现象；长期行车振动或人为因素会导致栏杆出现松动、栏杆柱接头露筋、混凝土剥落等病害。

3 加固工艺及技术

箱形拱桥的跨度较大，加固方案的实施易受地形条件、地质条件及交通通行条件等因素的影响，所以首先应了解拱桥载荷力的决定性因素，再根据病害的成因设计具体的加固方案。

3.1 拱桥加固基本原理

拱式桥梁在荷载(恒载和活载)作用下，除了承受荷载产生的轴向压力外，还承受荷载对其产生的弯矩和剪力，由于剪力的影响相对较小，可表达拱式结构是以压弯构件作为承重结构。拱式桥梁主拱圈结构受力状况由三个要素决定，即荷载(恒载和活载)作用产生的内力(轴力、弯矩)、主拱圈截面的面积，和弯矩惯性矩或几何抗弯弹性模量，以及主拱圈材料的自身强度。

3.2 增大主拱圈截面

当拱圈的强度、刚度、稳定性和抗裂性能不足时，通常采用增大构件截面、增大配筋、提高配筋率的加固方法。这种方法是在拱圈的上部或下部植筋加大尺寸，增配主筋，提高拱圈的有效高度和抗弯刚度，从而提高桥梁的承载力。

3.3 粘贴碳纤维布加固法

碳纤维是一种新型建材，因其质轻、耐腐蚀、片材薄、抗拉强度高而被广泛应用。碳纤维布(片)加固法被视为拱桥加固补强、提高承载能力，尤其是当高度受限制时的首选加固方法，具有施工工艺易于掌握的特点。

3.4 粘贴钢板加固法

采用环氧树脂系列粘贴剂，将钢板粘贴在钢筋混凝土结构物的受拉区域或薄弱部位，使之与结构物形成整体，用以代替需增设的补强钢筋，通过钢板与补强结构的共同作用，提高其刚度，限制裂缝开展，改善钢筋及混凝土的应力状态，提高梁的承载力，以达到补强效果。

4 工程实例

4.1 工程概况

某大桥全长322m，上部结构为1跨20m的钢筋混凝土双曲拱+3跨80m的钢筋混凝土箱形拱+1跨30m钢筋混凝土双曲拱，下部结构采用重力式墩台，基础为明挖基础，桥面宽度为9m+2×0．75m，设计载荷为汽车—15级，挂车—80。

4.2 主要病害现象及原因分析

在长期的运营过程中，由于受车辆的不断冲击作用和超重车的影响，桥梁的拱上建筑部分和桥面系损坏严重。病害现象如下：(1)多数拱上帽梁和挑梁悬臂根部出现竖向裂缝，裂缝自梁顶向下延伸，裂缝多发生在负弯矩最大的位置，为受力裂缝。产生裂缝的原因是悬臂端根部的负弯矩过大，构件承载能力低所造成。(2)由于桥面系破损造成渗水，导致主拱圈、拱上结构、墩上结构表面混凝土剥落，形成多个凹面。(3)桥台侧墙出现裂缝，且裂缝宽度较大，单条竖向开裂，分布在上、下游桥台侧墙，主要为基础的不均匀沉降引起。(4)由于超重车辆的行车载荷，行车道板承载力不足，底部出现横向裂缝，最大缝宽为0．20mm，多数缝宽在0．04～0．12mm之间。

4.3 加固措施

(1)针对挑梁裂缝产生的原因，应凿除挑梁加固部位表面的混凝土，凿深以露出箍筋直径的一般为宜，再植入新旧混凝土体连接钢筋，安放外包钢筋网，连接部位与植入钢筋焊接，以此来提高构件的抗弯承载能力，立模后现浇混凝土。(2)主拱圈、拱上结构混凝土的剥落，为防止病害进一步加大，应该采用环氧砂浆修补。首先凿除已经松动、剥落的混凝土部分，对修补部分进行凿毛，保证混凝土表面干净、干燥，露筋部位混凝土要全部凿除，对于已经锈蚀的钢筋要除锈处理，钢筋横截面损失超过20%的，要补焊钢筋；最后均匀的涂上环氧砂浆。(3)对于桥台不均匀沉降产生的裂缝，采用环氧树脂灌浆法进行维修。首先钻眼埋嘴，沿裂缝走向均匀的刷一层环氧浆液，宽度为7～8cm，然后在上面紧贴一层玻璃布，宽度为5～7cm。最后进行试气密封检查。(4)行车道板的裂缝采用粘贴碳纤维加固。首先充分打磨混凝土面层，配制找平材料并涂刮找平乳胶，粘贴树脂，粘贴碳纤维，最后用尼龙轮滚压碳纤维面层，在板底处刷一层厚度为0．5cm的环氧砂浆。