桁架拱桥的维修加固方案
2011-11-10 来源：中国百科网
阜阳市于20世纪70年代初开始引进钢筋混凝土桁架拱桥，至今已建成使用的桁架拱桥达30多座。随着时间的推移，经济的发展带来交通流量的大幅增长，特别是超载运输车辆的通行，早期修建的荷载标准低的桁架拱桥出现了不同程度的病害和损伤。为适应公路交通运输的需要，阜阳市公路局近几年来先后对出现病害的几座大型桁架拱桥，如临泉泉河大桥（7×30 m）、界首颍河大桥（6×30 m）、阜阳茨淮新河大桥（6×54 m）、太和颖河二桥（6×50 m）、临泉人民大桥（3×30 m）等进行了维修加固工作，积累了一定的经验，现介绍如下。
1、桁架拱桥的常见病害及产生原因
（1）下弦杆拱脚处横向裂缝。主要原因是桥台、墩基础出现不均匀沉降，使拱脚处出现竖向剪切应力，导致拱脚下弦杆件出现裂缝。
（2）弦杆端部节点裂缝。主要原因是桥台、墩基础出现不均匀沉降，造成上弦杆端部凸杆与桥台、墩柱搭接扣死，使该节点出现竖向剪切应力，导致节点出现裂缝。
（3）横系梁、横拉杆、横隔板竖向开裂。主要原因是由于原行架拱桥设计标准较低，横向联系较薄弱，而近10年来交通量大而且超载车辆比例大，造成桁架竖向变形量大，使横向联系的梁、杆、板出现竖向裂缝，甚至断裂。
（4）桥面板裂缝、破碎。主要原因是桥面板设计标准低，微弯板或拱波厚度不足，混凝土强度低，桥面铺装层薄弱，造成桥面刚度不足，随着交通量的大幅增加，特别是超载车辆的破坏作用，致使桥面铺装层和微弯板开裂，如不及时维修，部分微弯板发生破碎，形成桥面坑洞而影响行车安全。
（5）伸缩缝损坏。主要原因是桁架拱桥设计时不设伸缩装置或仅设置简易伸缩缝，混凝土强度设计较低，桥面接缝处混凝土损坏严重，逐渐开裂、破碎，使接缝处面积逐渐扩大而影响桥梁的安全使用。
（6）人行道变形、下垂。主要原因是桁架拱桥的人行道设计一般采用在边桁片上弦杆上置挑梁承托人行道板的方法。随着人群荷载的增加，挑梁受超载而弯矩过大，致使下垂变形，如不及时进行加固，可能发生人行道垮塌事故。
（7）位于两跨接缝处人行道和拉杆横向裂缝。主要原因是设计时在该处未考虑断开，并设置伸缩缝装置，桥两跨的振动破坏形成裂缝。
2、维修加固方法
2.1 上弦杆端部节点和下弦杆拱脚处裂缝的维修加固方法
因桥梁台、墩不均匀沉降产生的桁架上、下弦桥节点处的裂缝已基本稳定，不再发展。可采用环氧树脂灰浆在其两面或三面粘贴钢板的方法进行维修加固，如图1所示
加固时，首先将构件混凝土的表面凿毛，如节点处混凝土剥落严重，应将混凝土保护层凿除再粘贴钢板，粘贴钢板要进行除锈处理。其次要先处理裂缝，即对裂缝先进行灌浆（环氧灰浆）处理，然后再粘贴钢板。第三，由于拱脚处常处于水位以下，为防钢板锈蚀，粘贴钢板后要立模浇筑外包混凝土。
2.2 横系梁、横拉杆、横隔板开裂的维修加固方法
因桁架拱桥设计标准低，横向联系薄弱而不能适应大交通量或重载交通时，应考虑对全桥的横向联系系统进行整体加固。一方面可采取加大截面法加固横拉杆和横系梁，同时还应适当增加全桥的横向联系杆件，如增加剪刀撑、横系梁等。
（1）加大截面法。加大横系梁、横拉杆截面，要先进行加筋的焊接处理，要凿开节点处的钢筋保护层将需要增加的钢筋按设计焊接到接点处。采用吊模法浇注混凝土。混凝土中应适当掺加膨胀剂。
（2）剪刀撑、横系梁的施工采用预制安装即挂篮施工、流水作业的方法，其重点是湿接头的施工。湿接头施工包括接头钢筋的焊接和混凝土的浇注两个方面。接头钢筋焊接主要是桁架节点处钢筋保护层的凿除要慎重，即要露出钢筋便于焊接，更要注意不要凿的太深、太大，防止损伤杆件。混凝土的浇注在于立模要规范，严防漏浆；拆模时要对湿接头混凝土及时进行整修和养生，确保接头混凝土强度达到设计标准。
2.3 桥面微弯板及铺装层裂缝、破碎的维修加固
因微弯板混凝土强度不足而产生的桥面铺装层裂缝、破碎，应撤换微弯板和铺装层；因桥面铺装层混凝土强度低而微弯板尚未损坏产生的桥面裂缝可撤换铺装层。为适应现今大交通量和重载交通需求，采用钢纤维钢筋混凝土加固桥面系的方法，简易、可靠，可大幅增强桥面系的整体抗载抗裂能力，效果显著。设计时，桥面铺装层的布筋也要适当增加。
钢纤维混凝土的施工工序与普通混凝土基本一样，关键是钢纤维混凝土的拌和和摊铺时的振捣。前者应先干拌再加水湿拌，保证钢纤维在混合料中均匀分布；后者应避免钢纤维聚集。
2.4 伸缩缝损坏的维修方法
设置简易伸缩装置及不设伸缩装置的桁架拱桥已不能适应现在交通安全的需要。因此，采用型钢伸缩装置或钢板伸缩装置改造桁架拱桥伸缩缝简便、可靠。特别是与桥面铺装层同时改造时效果更加明显：即采用伸缩缝混凝土与铺装层混凝土统一浇筑的方法一次成型，竣工后的伸缩缝与桥面铺装层高度一致，表面颜色一致，不存在断缝（施工缝），整体性强，平整度好，行车舒适。
（1）采用型钢或钢板伸缩装置改造桁架拱桥伸缩缝时要注意两点：一是锚固钢筋的埋置要牢固，不能松动；二是混凝土强度设计要适当提高并确保现浇混凝土的质量达到设计标准。
（2）如与桥面铺装层同时改造时，伸缩缝混凝土的浇筑应与桥面铺装层同步进行，即采用整体浇筑，一次成型工艺施工：先将型钢或钢板装置按设计标准安装就位，然后与桥面铺装层同时立模，浇筑钢纤维混凝土。
2.5 人行道下垂、变形及接缝处裂缝的维修加固
在边桁片上弦杆上置挑梁承托人行道板，因悬臂过长，设计人群荷载偏低及其他原因引起人行道下垂、变形的病害可采用立钢斜支承或体外补筋法加固。体外补筋法即在桥面铺装层中增加两侧挑梁的横向抗拉钢筋。原桥两跨接缝处人行道板未分开的要进行人行道与拦杆分离设计，使之适应桥面系行车变形。
（1）人行道挑梁的维修加固施工要先拆除栏杆和人行道板，后对挑梁进行加固。采用槽钢打斜支撑时要注意支撑下端固接钢板与上弦杆的粘贴施工，包括箍筋的安装等。如同时维修桥面铺装层时，可采用埋置钢筋作抗拉筋以增强两侧人行道的横向联系。施工要点主要是增设钢筋与挑梁钢筋的联接（焊接）要紧密，有条件时可适当施加预应力。
（2）人行道极断开施工要注意在上弦杆端头增设的人行道挑梁的安装施工，注意其稳定性和安全性。
3、加固实例
3.1 桥梁及病害基本情况
颍河大桥位于界首市，为 6×30 m桁架拱桥，全长 206 m，宽 10.9 m，设计荷载汽车-13级，建成于1979年。该桥下部结构为柱式墩，组合式桥台，桥墩及北桥台为钻孔灌注桩基础，南台为扩大基础，上部构造每跨由6片桁架组成，每片桁架分两块预制，预埋钢板焊接，无支架缆索吊装，桁架闸由横系梁、横拉杆、横隔板相联接。
主要病害有：（l）1号～5号孔桁架拱顶下挠变形。其中2号孔最为严重，拱顶相对沉降达9 cm，而且该孔动载效应明显；（2）所有桥墩上部“门”形立柱及横梁断裂（横梁作为桁架的上支撑点）。立柱裂缝位于根部，与立面呈 30°～45°，缝宽1～5 mm，横梁裂缝一般位于1／3～l／2处，2～3条，缝宽0，2～lmm不等；（3）1号孔 6片桁架的北端上弦杆节点混凝土开裂；（4）桥面铺装层和微弯板严重裂缝破损；（5）桥面伸缩缝全部毁坏（原设计为自然缝）；（6）部分人行道挑梁混凝土开裂下垂，人行道栏杆毁坏；（7）北桥台帽梁及侧墙开裂，缝宽5mm.
3.2 病害成因分析
（1）超载破坏。
该桥设计荷载标准较低。随着交通流量的增长，特别是超载运输车辆的增多，桥梁不堪重负。另外，桁架的横向联系系统，在当今的车辆荷载作用下显得薄弱，已不能满足桁架的协同受力工作，即刚度不足。
（2）基础不均匀沉降。
该桥南台为扩大基础，其他墩台均为钻孔灌注桩基础，所以墩台沉降是不均匀的。如南台与相邻桥墩的相对高差达4cm，由于桁架是超静定结构，不均匀沉降产生的过大内力导致l号孔桁架端部节点全部开裂损坏，以及墩上“门”形立柱根部产生裂缝。
（3）部分结构施工处理不当。
该桥每跨桁架的上弦杆端部搭接在墩台上，施工时未断开而形成联接扣死，伸缩缝成假缝，改变了桥体的受力体系，使部分桁架上弦杆端部节点产生裂缝。
3.3 加固方法
（1）在桥梁每孔端部、L／4处各增设一道剪刀撑和一道上横系梁；拱顶处增设一道横隔板。剪刀撑采取预制安装，横系梁及横隔板采，浇方法施工。
（2）对所有墩上断裂的“门”形柱采用扩大截面法加固：即先用环氧树脂砂浆修复裂缝，然后在墩上横梁跨中新增立柱，以减小横梁跨度，新增立柱采用微膨胀混凝土现浇，以使新老构件结合。
（3）对桁片上弦杆端部节点裂缝采用环氧树脂灰浆粘贴钢板法加固修复。
（4）对桥面系进行全面加固：拆除更换已裂缝破损或不规则的微弯板，以及全桥铺装层，新做11cm厚钢纤维钢筋混凝土铺装层，同时增设7道型钢伸缝装置，以提高桥面系的整体承载能力。
（5）对人行道进行加固：拆除人行道上损坏的微弯板和所有拦杆，采用体外补筋法加固人行道挑梁后再安装人行道板和栏杆。
（6）拆除北桥台损坏的帽梁和侧墙，用20号钢筋混凝土浇筑修复，并按原样式进行表面修饰。
（7）在所有墩台上的拱脚处增设钢筋混凝土防震挡块，增强拱脚处的防震功能。
4、结语
该桥维修加固后，验收时进行了动静载试验检测表明，该桥加固后刚度明显加强，在汽车一15级动载作用下，桥体仍然处于弹性状态。因此一次性通过了竣工验收，被评为优良工程，并被省交通厅评为2000～2001年度全省优秀养护项目。
