桁架拱桥加固维修要点及维修实例
2015-06-15
一、 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年来交通量而且超载车辆比例，造成桁架竖向变形量，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，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
二、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。
三、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、加截面法。加横系梁、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，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。
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。
四、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。
五、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。
维修实例：
一、颍河大桥概况及存在的病害：
太和县颍河大桥（颍河二桥）位于太和县城南处，中心桩号K888+271，跨越淮河最大支流－颍河，是105国道一座重要的公路桥梁，也是太和县城区内重要的城市桥梁。该桥设计荷载为汽－20级，挂－100；桥面宽度为净15+2×1.0米人行道；上部结构为6孔净跨径50米三角形腹杆的桁架拱，全长344.56米；桥墩为石砌重力式配灌注桩基础；南北岸桥台均为组合式桥台，钻孔灌注桩基础。
太和县颍河大桥于1994年夏季动工兴建，1996年建成通车。经现场查看，颍河大桥仍存在以下主要病害：
1、主行车道桥面沿纵向的拱肋边缘出现连续的纵向裂缝，严重的贯通全桥，在距桥跨两端10米范围内并有多处横向裂缝；2、部分微弯板底部出现裂纹，局部有水渍，并导致桥面出现坑洞破坏；多数微弯板底面钢筋外露、锈蚀。全桥共有微弯板630块，通过桥下实际调查了微弯板 417块 ，其中裂纹48块，露筋65块，有水渍14块， 共计114 块微弯板存在病害，占调查数量的27％；
3、桁片之间的横向联系湿接头混凝土多处剥落，钢筋外露、锈蚀；
4、桥梁北端组合式桥台的过梁出现下挠，导致桥面沉陷，桥头跳车严重。
5、扶手栏杆尺寸尺寸偏薄，易损坏。
原设计采用预制安装形式，与桥梁主体通过锚固钢筋连接，防撞性能较差，加之桥梁两端纵坡较大，在恶劣天气情况下已多次出现车辆冲坏栏杆的交通事故，严重影响行车安全。
6、桥梁整体性减弱，车辆在行驶过程中桥梁的摆幅加大。
二、病害原因分析：
1、车辆超载的影响。根据交通量观测结果显示，2005年每天通过该桥的机动车辆已经超过6000辆（折合成中型车），尤其是超载的煤车和运送砂石的超载车辆，对大桥造成了严重的伤害，使得桥面的薄弱部位屡屡出现问题。
2、由于桁架预制吊装和其它原因，造成桥面的微弯板高低不平，使得桥面的铺装层厚薄不匀，最薄处只有3～5cm，成为桥面铺装层的薄弱点。
3、原桥梁设计中跨通航两孔为平坡，边孔为2％的纵坡。由于变坡处采用简单的折线过渡，对桥梁冲击作用过大，易造成伸缩缝的损坏。
4、拱肋间距较大，横向联系偏薄弱。
三、维修设计方案：
虽然颍河大桥桥面状况较差，但桥梁的总体受力结构良好。根据专家评审意见，对颍河大桥的维修加固主要包括以下几个方面：
1、修复全桥的横向联系湿接头混凝土，用聚合物水泥修补砂浆重新加固。
2、根据损坏情况及维修需要对部分微弯板进行更换，并浇筑钢纤维混凝土桥面铺装。
3、更换毛勒缝，桥梁变坡点处布设小半径竖曲线。
4、更换北桥台处的过梁。
5、更换扶手栏杆为防撞护栏。
四、施工注意事项：
一）微弯板施工：
1、根据设计图纸，按板块尺寸预制边跨四孔需要更换的微弯板，并参考总体图作出标志；
2、拆除损坏的微弯板，并复核桁片顶面标高，对高点的桁片顶面适当凿除；
3、将老混凝土表面清洁湿润后架设微弯板，焊接钢筋，浇筑混凝土；
4、拆除中跨需更换的微弯板，测量桁片之间的尺寸，根据间距的不同预制微弯板，并安装。
5、为加强新、旧混凝土的结合，应将原构件的混凝土存在的缺陷清理至密实部位，并将构件表面凿毛，要求打成麻坑或沟槽。
6、原有混凝土表面应冲洗干净，浇筑混凝土前，原混凝土表面以水泥浆等界面剂进行处理，以加强新、旧混凝土的结合。
二）桥面铺装施工：
1、凿除原有桥面铺装时，不能使用振动机械来凿除混凝土和大范围施工，避免对老桥结构造成损伤；
2、注意施工安全防护；
3、施工前应先利用拱肋搭设支架，防止碎落的混凝土落入桥下；
4、桥面铺装钢筋离铺装层顶面的距离要控制，可采用焊接钢筋头来固定。
三）钢筋防锈处理：
对微弯板外露的钢筋采用聚合物水泥修补砂浆进行防护,厚度为1cm。
1、先清除混凝土表面的粉尘、油污，用水湿润混凝土表面，涂刷一层HY-SJ底涂以提高粘结力；
2、根据制造商提供的用水量现场配置聚合物水泥砂浆，搅拌均匀后须放置10分钟，再略加搅拌即可使用；
3、涂刷。
4、在0℃以上施工。浆料终凝（约3小时左右）前，表面应避免受雨水、风及阳光直射的破坏。
四）钢纤维混凝土施工
1、钢纤维混凝土的钢纤维体积率不应小于0.35％，一般为0.4％～0.8％；
2、钢纤维混凝土应采用机械搅拌，搅拌时投料的次序和方法与普通混凝土相同，应以保证一定的生产率为原则；
3、钢纤维混凝土的搅拌时间由搅拌机类型决定，并应较普通混凝土规定的时间延长10～30s。
五 结束语
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，一次性通过了竣工验收，被评为优良工程，取得了良好的经济社会效益。
