刚构拱桥加固技术要点

张振伟

（中交建冀交高速公路投资发展有限公司，河北石家庄 050011）

1 工程概况

某桥梁工程为刚构拱桥，桥梁跨径按照50m 设计，采用的荷载标准为汽-20 级，地震烈度为7°。该桥的桥面宽度为16.5m，由快车道、慢车道、人行道以及分隔带等部分组成。整座桥梁按照三幅桥布设，即上游幅桥、中游幅桥和下游幅桥，快车道桥在中间，慢车道和人行道两侧，上部结构以现浇混凝土结构为主，翼板为预制构件，拱顶的预拱度为L/800，支座采用平板式橡胶支座。该拱桥的病害检测结果如下：上部结构拱肋处存在裂缝，以竖向和网状为主，宽度在0.1～0.15mm，有一条裂缝延伸至拱片处，该裂缝的宽度超过0.2mm；拱肋间联接横梁接缝处的情况比较差，有明显的混凝土脱落迹象，钢板受到腐蚀；桥面板局部混凝土破损较为严重，存在压裂的现象；桥台有多处裂缝。根据现有的病害，经过研究后，决定采用综合加固的方法进行处治。

2 刚构拱桥加固技术要点

2.1 加固前的病害检测

为进一步明确刚构拱桥的病害现状，给加固方案的制定提供参考依据，需要对桥梁全面检测，具体方法如下。

2.1.1 外观检测

通过对刚构拱桥的外观全面检测后得到如下结果：

（1）上部结构。三幅桥的拱肋局部位置处存在程度不同的裂缝，以竖向和网状裂缝为主，上游幅桥中一道裂缝延伸至拱片与微弯板结合面处，裂缝的高度超过截面高度的1/2，宽度为0.1～0.15m；中游幅桥拱肋跨中横梁上出现竖向裂缝，宽度达到0.2mm以上，高度超过截面高度的1/2，属于严重裂缝，个别裂缝达到截面全高；下游幅桥上的主裂缝高度超过截面高度的1/2，裂缝宽度为0.1mm，少部分裂缝达到截面全高。三幅桥拱肋间的联结横梁接缝位置处的连接状况比较差，接缝部位存在明显的混凝土脱落问题，并且横梁与拱肋连接部位的钢板腐蚀严重；三幅桥的桥面板均出现不同程度的压裂及较为严重的破损现象，上部结构多处混凝土剥落，钢筋锈蚀。

（2）下部结构。通过现场检测发现，三幅桥的桥台混凝土外观状况均比较差，多处存在裂缝问题。其中上游幅桥3～4#拱肋间的桥台上有斜向、通长裂缝；中游副桥4#拱片对应的桥台有竖向、通长裂缝。

（3）桥面系。对三幅桥现场勘查后发现，桥面铺装层存在坑洞，三幅桥相连接的部位混凝土板破损，且损坏程度较为严重，少部分泄水管周围的混凝土出现剥落的现象并伴有钢筋锈蚀。

2.1.2 动荷载试验

在现场采用动荷载试验的方法，对刚构拱桥进行检测，通过分析所得的数据频域后，得出如下结果：上游幅桥现场测得的基频为2.6Hz，采用有限元分析软件计算得到的基频为2.76Hz，实测结果小于有限元计算结果；中游副桥现场测得的基频为2.76Hz，有限元分析软件计算所得的基频为2.78Hz，实测结果小于有限元计算结果；下游幅桥现场测得的基频为2.72Hz，有限元分析软件计算所得的结果为2.76Hz，实测结果小于有限元计算结果。综上，通过现场实测数据与有限元计算数据比较后发现，实测频率小于理论频率，依据相关规程中给出的评定标准，该刚构拱桥的动力性能较弱，整体刚度略显不足，需要补强加固。

2.1.3 成因分析

（1）通过对现场检测发现，刚构拱桥的外观一般，存在大量的裂缝，以竖向裂缝为主，多出现在拱肋跨中附近。由此表明，该桥梁结构在当前的交通荷载状况下，应力值已经达到或是超过设计允许值。由于拱桥的横向联系相对较弱，加之拱片共同承受外部荷载的性能比较差，导致主跨的跨中部位出现下沉的现象，整体线形的流畅性遭到破坏，造成拱桥整体性下降，相关试验结果与现场外观调查结果相符。

（2）由刚构拱桥的设计理论可知，其是以桥梁空间内力分配为基础，借助理想分布的横向系数作为平面模型，在不考虑结构整体和动力作用的前提下，完成整个拱桥结构的设计。这样设计出来的刚构拱桥会使受力存在偏差，因横向联系的减弱，使得拱片的实际受力超出理论值，进而引起混凝土结构开裂。

（3）经现场检测，结合该刚构拱桥的技术状态，对其等级作出如下评价：总体技术状况等级为3类，属于中等缺陷，经过维修处理桥梁仍然可以恢复使用功能，所以要针对桥梁存在的主要病害问题，采取有效的维修技术加固桥梁结构，以此来增强桥梁的整体刚度，改善混凝土结构的性能。在对该刚构拱桥加固施工前，要先对桥梁上通行的车辆限速和限载，设置相应的警示标示，行车速度控制在30km/h 以内，单车的载重量不得超过30t。同时对拱肋与横向裂缝做封闭和处理，增强单个拱片的承载能力，并对横梁与拱肋之间的联结予以加强，提升桥梁结构的整体性能。

2.2 桥梁加固技术

2.2.1 表面封闭

拱桥混凝土表面宽度在0.15mm 以下的裂缝，可以通过封闭的方法加以处理，具体的工艺流程与技术要点如下：

（1）检查并标注裂缝。以刚构拱桥病害检测报告作为参考依据，按照其中对裂缝分布情况的描述，在现场对裂缝的数量、长和宽加以核实，然后在相应的位置处做好标注，据此，计算出封闭胶的用量。

（2）表面处理。对裂缝涂抹封闭胶之前，要先对裂缝表面做相应处理，以此来确保封闭胶能够与混凝土面牢固黏结，从而达到预期中的封闭效果。具体的处理要点如下：沿裂缝的走向，用砂轮机对缝隙两侧3.0～5.0cm 范围内打磨，去除掉浮浆并擦拭干净，确保无油污和灰尘等杂质，以免影响封闭胶的封闭效果[1]。

（3）涂抹封闭胶。当裂缝两边处理完毕后，将预先配制好的封闭胶，用工具涂抹到缝隙两边3.0～5.0cm范围内，要确保涂抹均匀，待封闭胶完全固化后，便可使裂缝封闭。

2.2.2 压力灌浆

当拱桥混凝土的裂缝宽度超过0.15mm 时，可以通过压力灌浆的方法，对裂缝进行封闭处理，即以一定的压力，将胶液灌入裂缝内部，从而达到填充裂缝的目的，这样不但能够使混凝结构的强度恢复如初，而且还能使结构的抗渗性能和耐久性得到显著提高，拱桥的使用寿命随之延长[2]。压力灌浆处理裂缝的工艺流程与技术要点如下：

（1）清理裂缝。检查裂缝，看缝内有无粉尘、泥土等杂物，如果有，则可使用专用的吸尘器将杂物全部吸出，确保裂缝内部洁净、干燥。随后沿着裂缝两侧5.0cm 范围，用湿布将混凝土表面的尘土擦拭干净，擦拭的过程中，要防止湿布中的水渗入缝隙中。

（2）注浆嘴粘贴。选用的注浆嘴为TQ 型，该类型的注浆嘴可骑缝粘贴，依据裂缝的宽度对注浆嘴的间距合理确定，由于拱桥混凝土裂缝的数量相对较多，故此施工中可采取如下做法：用白色的胶布贴在需要粘贴注浆嘴的裂缝位置处，随后使用窄毛刷对封缝用浆沿着裂缝表面反复涂刷，以此来达到封闭裂缝的目的。10min 后，将胶布揭掉并露出缝隙，把注浆嘴骑缝粘贴到缝隙上，通过粘嘴用浆，将注浆嘴的底座包裹严密，待浆液完全固化后，检查周边有无细小的裂口，若存在，则可使用封缝用浆修补，防止灌浆时出现渗漏的现象[3]。

（3）试漏。采用压力灌浆的方法修补混凝土裂缝时，若裂缝的数量较多，则应逐条试漏，具体做法如下：对于连通的裂缝，先用铆钉堵住注浆嘴，仅留设一个注浆嘴，以补缝器压气，随后在封闭好的裂缝表面，涂抹肥皂水，无气泡产生为合格。

（4）灌浆。为确保压力灌浆的效果，可在注浆嘴粘贴完毕24h后于晴朗的天气灌浆。使用补缝器吸取浆液，然后插入注浆嘴，推动补缝器的活塞，将吸取的浆液经注浆嘴灌注到裂缝内部，相邻注浆嘴中有水泥浆溢出时，便可停止灌注，用铆钉将注浆嘴堵上，随后将补缝器转移至邻近的注浆嘴上重复上述操作[4]。操作过程中，垂直的裂缝应从下向上注浆，水平裂缝可从一端向另一端注浆。当裂缝的宽度比较细小时，可直接通过补缝器上自带的弹力装置加压。为确保水泥浆液充满裂缝内部，可在首次灌浆后30min 左右，对每个注浆嘴补浆。

（5）检查。压力灌浆的材料为水泥砂浆，环境温度与其强度发展密切相关，气温高于20℃的环境中，24h 左右水泥砂浆便会固化，30d 能够达到设计的强度要求。此时可采用钻芯取样的方法，对压力灌浆的封缝质量全面检查[5]。

2.2.3 粘贴钢板

依据刚构拱桥的病害检测结果，决定在主拱圈每片拱肋的底部，通过粘贴钢板的方法对拱肋全面加固。具体的操作要点如下：

（1）粘贴钢板前，使用角向砂轮对贴合面打磨，将其上的油污、灰尘等杂物去除干净，随后使用压缩空气吹扫一遍，将浮灰彻底清除干净，并使贴合面的表面保持洁净、干燥。检查贴合面，看有无缺损的地方，如存在，可用快封胶修补，当缺损比较严重时，可在粘贴钢板前，向其中填充粒径在10mm 以内的碎石[6]。

（2）按照设计要求，在钢板上钻设螺栓孔及注胶孔，并在拱肋底部待粘贴钢板的位置处，测放出悬挂钢板用的螺栓钻孔位置[7]。粘贴钢板前，要先对钢板的两个面做喷砂处理，将表面的锈迹去除干净，然后使用丙酮擦拭，去掉油污及灰尘。

（3）用快封胶在钢板贴合面各个螺栓孔的周围粘贴小螺母，以此来控制灌注胶的厚度，确保在螺栓紧固时，钢板不会出现变形的情况。使用化学螺栓对钢板牢靠固定，在钢板的长边上，每间隔50cm 左右，插入一根软塑料管，其作用是排气，插入板内的长度约为10cm。同时，在钢板的四个角上分别设置排气管，确保内部的空气能够顺利排出[8]。

（4）用抹刀在以下间隙处抹入快封胶：注入座、钢板边、螺栓与钢板间等，保证密封严密，避免出现砂眼、气泡等质量缺陷，密封后，要做气密性检查。待密封材料完全固化后，用注入工具，从低处向高处注入胶粘剂，并在注入的过程中，用橡皮锤敲击钢板，通过声音判断胶液是否注满。需要注意的是，封堵最后一个排气管时，必须维持注入压力，以免形成空洞影响质量[9]。

2.2.4 增设横系梁

（1）对需要增设横系梁的拱肋侧面混凝土做凿毛处理，并按照设计要求钻孔植筋，同时绑扎箍筋，随后在箍筋上焊接内横筋。焊接过程中，要确保焊缝的长度与现行规范标准的规定要求相符，保证焊缝饱满，将附着的焊壳全部敲掉。需要注意的是，焊接操作时，要避免灼伤混凝土构件表面，对于烧伤严重的混凝土要及时凿除[10]。

（2）将横桥向主筋布设在箍筋上的横筋位置处，通过焊接的方式，增设与主筋方向垂直的横筋，与主筋交接处，每间隔一定距离以电焊的方法形成钢筋网格。

（3）现浇混凝土，使新混凝土形成与原梁下部边缘齐平的箱底，为提升混凝土的强度，可在其中掺入粒径在20mm 以内的碎石。混凝土浇筑完毕后，要做好养生，时间不少于7d。

3 结语

本工程依据刚构拱桥的病害检测结果，决定在主拱圈每片拱肋的底部，通过粘贴钢板的方法对拱肋全面加固。对需要增设横系梁的拱肋侧面混凝土做凿毛处理，并按照设计要求钻孔植筋，同时绑扎箍筋，随后在箍筋上焊接内横筋。为达到预期中的加固效果，要依据拱桥的病害情况，选取适宜的加固方法[15]。作业人员要掌握相关的技术要点，以此确保加固质量达到预期中的效果。