拱形桥的病害分析及加固方案
2011-09-23 来源：建设工程教育网
1 、概述
南江口大桥位于省道Ｓ36线，即郁南县南江口镇下咀村段，桥中心桩号K44+860，属钢筋混凝土刚架拱桥，设计荷载为汽车-20级，挂车-100；主跨260ｍ，桥长169.5ｍ，桥宽9.5ｍ，桥高25.3ｍ，通航要求为VI级，桥台为实体式，桥台基础；南江口岸为明挖扩大基础，云浮岸为群桩基础；桥墩为钢筋混凝土承台和桩基。于1993年建成通车。
随着车辆荷载日趋增大，通车后在交通量和超载车辆增长较快的情况下，公路桥梁技术状况迅速下降，桥面损坏不断加剧，目前水泥硷桥面板出现大量的病害和缺陷，主要病害除桥面网裂，渗水，栏杆、人行道破损及其他附属工程损坏外，还出现了拱腹、主拱等多处裂缝和渗水现象，锥坡与桥台侧墙分离等主体工程问题，严重危及通行安全。因此有必要对南江口大桥进行全面、细致的桥梁使用状况调查，对其病害的类型及严重程度进行分析和评价，找出产生病害形成的原因，并提出切实可行、经济可靠的处治方案，以有效改善大桥的现有路况，提高其行驶质量和服务水平。
2 、南江口大桥的病害调查
经过长时间对该桥上、下部结构的观察，发现该桥桥台没有明显的沉降和水平位移，桥面铺装部分损坏，且出现了大量裂缝，刚架拱实腹段位置的桥面出现了不同程度的下挠。
2．1 上部构造
2．1．1 东西两跨矩形桥面板底面多处钢筋锈蚀，锈蚀处的混凝土开裂，严重的甚至使混凝土剥落，造成主筋外露。混凝土破坏面积占整个板底的23.13％，严 重降低了承载力。
根据锈蚀钢筋混凝土剥落处混凝土保护层的厚度只有0.5cm－1.5cm的情况分析，产生钢筋锈蚀混凝土破坏的主要原因是由于保护层过薄。
中间一孔桥面出现纵向裂缝，裂缝宽在0.3mm－5mm之间，裂缝之间间距与工字梁微弯板宽度基本相等。六片工字梁在中部8m左右的范围均出现垂直于梁轴线的裂纹，裂纹宽0.1mm－0.2mm，裂纹之间的间距为1.3m－2.0m，每片梁有3－4条裂纹，从梁底至腹板中部，有1－2条裂纹从梁底贯穿梁顶面。短裂纹有继续向顶扩展的趋势。
2．1．2 桥面、缘石变形破碎
桥面纵向变形已呈波浪形，缘石破碎现象较为严重，在墩顶附近伸缩缝处裂缝尤为严重。桥面的横向排水系统基本不起作用，雨水侵蚀严重。
2．1．3人行道与栏杆损坏严重
行道铺装层大面积破碎、脱落，栏杆多处断裂，混凝土剥落、露筋。
车辆通过桥梁时刚架拱实腹 段位置的桥面波动明显；刚架拱肋斜撑和拱腿根部出现裂缝，严重的裂缝长达25cm，宽1.5cm。
2．2 下部结构
东边的桥台两翼均在距台帽10cm－15cm范围内各出现一条往下的斜裂缝，缝长一条为2.5m，一条为3m，宽均在1.2cm－1.5cm之间，现场观察发现有继续往下扩展的趋势。
西边桥台前墙与翼墙完全断裂，在路线走向左侧的断缝处从台帽下开始 ，右侧在台帽下17cm开始，两侧断缝均往下至Ｕ型桥台底。右侧的断缝较窄，宽为2.3cm－3.7cm，左侧的断缝宽为4.2cm－5.8cm，左侧的翼墙沿远离路基方向向外位移4.7cm两条断缝深与墙厚相同。
两个桥台的断、裂缝方向基本与前墙和翼墙的内转角线一致。翼墙墙背受到土压力的作用，将翼墙外推，这就会在翼墙顶面与前墙的连接处发生破坏。
2．3 病害原因分析
桥面纵向裂缝的产生，是由于工字梁之间没有设置横隔梁梁与梁之间没连成整体而造成。该桥工字梁底的裂纹是由于近几年通过该桥的车流量增大，超重车辆过多，梁底产生过大的拉应力将梁底的混凝土拉裂。
据调查，近年来，随着交通量、重车的日益增加，特别是桥上错车现象日见频繁，重车则多在一侧车道上行驶，这种经常性的重车偏载对桥中心线附近拱圈进行反复交替的剪切，造成拱圈产生中波上的纵向裂缝。
拱肋、拱波、拱根整体性受到一定程度的破坏，而横向整体性又不能很好地保证，车载有增 无减地继续作用，使拱圈在局部受力集中，全断面受力不均匀。
由于对伸缩缝、排水设施等未能及时维护和清理，致使桥面损坏严重。
3、 维修加固方案
3．1 施工内容
本工程加固主要涉及拆除现有桥面系（包括防撞栏、桥面铺装、填平层和微弯板），拆除系梁，每跨增加四片拱肋，在此基础上浇筑连续实心板作为桥面的行车道板，之后浇筑桥面铺装，安装伸缩缝。
3．2 施工顺序
施工顺序如下：
a）拆除原有防撞栏、桥面铺装、填平层及微弯板；
b）安装拱肋施工悬挂式吊架；
c）拆除拱肋间的系梁，保留原有刚架拱肋外露的钢筋作为连接实心板用；
d）在墩台帽上凿毛，植人相应的钢筋，绑扎钢筋，用环氧树脂粘贴相应的钢板，浇筑新拱肋的拱座硅，保证预槽口安装新的拱肋；
e）安装拱肋、系梁底模，绑扎拱肋、系梁钢筋，安装整体模板；
f）使用悬挂式吊架顺序浇筑硅；
h）拆模，转到另一片拱肋施工；
i）绑扎实心板钢筋，两跨同时间、对称地浇筑硅 ；
j）两跨同时间、对称地浇筑桥面铺装和防撞栏，安装伸缩缝；
k）用环氧树脂将原有拱肋的斜撑与拱腿的裂缝封密，避免斜缝时一步扩宽和伸长。
3．3 施工工艺
3．3．1 拆除防撞栏和桥面铺装
使用硅切割机将防撞墙分块，再用钩机将硅块吊走，同时采用空压机人工凿除桥面铺装，施工中尽量减少硷渣掉人河中。在施工时采取半幅拆除施工，另外半幅作施工便道和人行通道，由专人管理。半幅施工前应先进行放样，保证桥面铺装与中拱肋有一半搭接。
3．3．2 拆除微弯板
拆除顺序为先1／4拱，再1／2拱，（拱顶）最后拆除拱脚，施工时采用人工配合吊机平衡对称拆除。
3．3．3 安装悬挂式吊架
采用悬挂式吊架（拱架）施工，辅助施工的量要少，且不影响水中通航的净空，其主要缺点是成本略高。在施工时，沿纵向间隔按2m一组，吊架要有足够的强度、刚度和稳定性，做到浇注的拱肋不下挠不变形。
3．3．4 拆除系梁
拆除完桥面系、微弯板和安装完悬挂式吊架，使吊架系统与旧拱肋构成一个整体后再拆除系梁，施工中应当小心谨慎，注意保留拱肋与系梁的预埋钢筋。
3．3．5 拱肋槽口施工
钻孔植人钢筋时应参考原桥竣工图拱座布筋图，避免钻伤原拱座铆筋，粘贴钢板应处理好粘贴位置、fl4表面和钢板表面，凿除表面旧的硅后粘贴钢板。
原有拱肋的斜撑和拱腿是固定在墩台帽预留的槽口口内，新加的拱肋是固定在墩台帽外包的钢筋硅的预留槽口内，新的斜撑和拱脚长度缩短，浇筑新拱肋时应注意定好位。
拱座施工时新旧硷结合处应先浇水泥纯浆再浇硅。
拱肋槽口施工时，应充分利用三片旧拱肋安装施工平台。施工平台主要承受施工人员荷载。
3．3．6 安装模板、浇硅
模板采用木模和铁皮，在悬挂式吊架上安装，拱肋浇硷时应按照施工规范要求，先浇筑拱脚硅，再浇筑拱顶硅（1／2拱），最后浇筑1／4拱，严格做到两跨同时对称平衡施工。模板应用斜撑顶住，以保证模板的刚度和稳定性。
横系梁与拱片同时浇筑以保证梁与肋的整体性和横向稳定性。
与此同时，用水泥砂浆把原有的拱肋弦杆和实腹段顶上的缺口用砂浆填实，填实前，该部分旧的砼表面要凿毛，使得新旧砼的连接牢固。另外，因为挠度变 形的拱肋，其顶面的标高低于实际的标高，故可加铺砼在顶上以调整到正确的标高。
浇筑C40砼采用现场搅拌机搅拌，人工运料。
3．3．7 拆模、拆除悬挂式吊架
一般在混凝土抗压强度达到2．5MPa时方可拆除侧模，在混凝土强度符合设计强度标准值75%的要求时可拆除底模。模板拆除应遵循先支后拆，后支先拆的顺序，拆时严禁抛扔。
拆除模板和卸落时不允许用猛烈的敲打和强扭等方法进行；模板和拱架拆除后应维修整理，分类妥善存放。
3．3．8 实心板施工
实心板的钢筋要与刚架拱肋顶上外露的钢筋绑扎在一起；两端要预留伸缩缝的安装位置；对应斜撑和拱腿顶上的位置横向切1cm的缝，缝中间填塞沥青。浇砼时应两跨同时间、对称地进行。
浇筑C30硷采用现场搅拌机搅拌，人工运料。
3．3．9 桥面铺装、防撞栏和伸缩缝施工
待实心板硷达到一定强度后开始进行桥面铺装施工，须两跨同时间、对称地浇筑，桥面铺装采用C35防水硅，现场机械搅拌。
防撞栏施工时应每隔6m－8m沿防撞栏横向设缝；扶手和扶手立柱应先除锈，后刷防锈漆二道，面漆二道；伸张缝处墙身应断开，墙缝内嵌XQ－1型聚乙烯泡沫板结，外周漆双组份聚硫封膏，宽度为40mm，厚度为20mm。防撞墙必须在钢筋硷桥面铺装完成后方可施工；夜间反光膜按要求的颜色尺寸和间距于钢扶手的迎车面上；PVC泄水管在桥两边布设，间距为6m。伸张缝采用NJSF型。
南江口大桥维修加固工程于2004年12月开始，2005年3月竣工，工期近3个月。由于该桥地处S368，车流量大，为不中断交通，施工期间采用半幅施工、半幅通车的方式，在桥头两端设置醒目的安全标志及限速标志，夜间开启照明设施，确保桥下施工人员及过往车辆的安全。经过一年多的使用，该桥整体状况良好，维修部分尚未发现质量问题。
4 、结语
本文介绍了s368线南江口大桥加固的主要措施、方案，探讨了悬挂式吊架施工的有关施工工艺问题，期望能在实践中取得良好的效果，为今后旧桥的改建施工和改建技术应用提供有益的实践经验。
