混凝土拱桥的病害分析与加固方案选择

混凝土拱桥的病害分析与加固方案选择

摘要：文章对江油市团山大桥病害原因进行分析，建立有限元模型对原桥承载能力进行计算，采用不同的加固方法对该桥主拱圈进行加固，从加固前后桥梁结构承载能力提高方面对加固方法进行评价，以此说明拱桥加固需根据桥梁现状选择合适、可靠经济的加固方案。文章提出的维修加固方法可为同类型桥梁的加固提供技术参考。

关键词：主拱圈；有限元，加固；极限承载力 20世纪80年代，我国修建了许多钢筋混凝土箱拱桥，尤其是西部地区，这些拱桥由于车辆超载严重，超负荷运行，养护未跟上及原桥施工和所用材料可能存在某些缺陷等诸多原因，大都出现或多或少的病害，存在安全隐患，已不能满足现有交通要求。对于这些桥梁，全部拆除重建是不可取的，必须对桥梁出现的病害进行分析，采取可靠、经济的加固方案对其加固补强，提高荷载等级。本文以团山大桥的加固实例，来说明钢筋混凝土拱桥的病害分析及加固方案的选择。

1工程概况

团山大桥位于江油市武都镇。主桥为5×45 m钢筋混凝土箱形拱桥，桥梁全长290 m。主桥矢跨比为1‥7，拱圈为C30混凝土，箱高1.1 m，拱圈为等截面悬链线。原桥设计荷载为：汽车荷载：汽-20，挂车-100；人群荷载：3.5 kN/m2。团山大桥如图1所示。

该桥建于1986年，运营期间经历了“5·12”特大地震及数次特大洪水，经检测机构2013年检测和评估评定为4类危桥，处于较差的状态，后经某检测单位于2014年2月荷载试验，该桥不能满足原设计荷载汽-20，挂车-100，要求必须进行维修加固，提高荷载等级。

该桥主要病害为：主拱圈底板较毛，拱圈砼蜂窝麻面、渗析且多处渗水；上、下游侧腹板均有多条竖向裂缝；板间最大高差8 cm，拱上侧墙竖向开裂。各跨腹拱均有腹拱拱顶开裂、渗水，接头处勾缝脱落，拱上填料竖向开裂，桥面板破损严重，桥面排水设施功能下降，人行道板空洞、露筋，栏杆破损。

2病害分析

2.1裂缝分析

主拱圈裂缝产生的主要原因是施工时现浇混凝土与预制箱体结合不好，导致两者不能共同受力，整体性较差。特别是运营之后，由于汽车荷截的反复作用，拱圈截面的整体性问题日渐突出，截面整体性差了，而荷载等级又不断地增大，拱圈必然产生超过允许宽度的径向裂缝。腹拱拱顶开裂的主要原因是施工时未按要求设置断缝，近年来超载车辆日益增多，导致腹拱拱顶开裂。

2.2原桥有限元分析

为了分析团山大桥病害原因，本文利用有限元分析软件MIDAS/Civil2010对原桥进行模拟，采用原设计验算荷载对结构进行了验算，验算结果见表1，结构表明：主拱圈拱脚截面的承载能力不能满足要求，L/4截面与拱顶截面的承载能力虽满足要求，但是安全系数较低。

3加固设计方案

3.1主拱圈加固方案

根据原桥主拱圈病害分析以及桥梁荷载试验结果，对团山大桥主拱圈的加固采用了以下两种加固设计方案。

3.1.1主拱圈加固方案一

加固措施为：对主拱圈裂缝及破损进行修补，拱背用25 cm厚C40钢筋砼增强层补强。拆除拱上填料，对腹拱圈裂缝及破损进行修补，重新修建拱上填料,并加固横墙底座，如图2所示。

为了保证加固质量，采用如下施工工艺：

①清除泥土，洗净拱背。

②放样。在钻孔之前，现场施工技术人员先按图放样，标定钻孔位置。

③用电锤或凿岩机钻孔，钻头直径应在22 mm以上，注意按图施工，钻孔的位置和斜度都要准确。

④清孔。用水清洗孔眼，清除孔中的粉尘和碎渣。清孔后用植筋胶植筋。

⑤洗刷拱背。为使新老混凝土有较好的粘结，应用钢刷将拱背混凝土表面刷洗干净，并用水冲洗。对于光滑的混凝土表面（如腹拱墩的侧面），还应进行人工凿毛（凿些小坑），小坑的间距为3 cm，深度5 mm。

⑥绑扎钢筋。刷洗后，可绑扎分布钢筋和主筋。钢筋位置应正确并防止在浇筑混凝土时挪动。全部绑扎好之后可再冲洗一次拱背。

⑦用525普通硅酸盐水泥配成的水泥浆刷在拱背上，然后再浇筑混凝土。注意混凝土的密实度和拱背的外形。

⑧混凝土的养护。浇完混凝土之后应注意洒水养生，务使混凝土表面经常处于湿润状态。洒水养护时间不得少于7 d。

3.1.2主拱圈加固方案二

加固措施为：对主拱圈裂缝及破损进行修补，拱圈底部用25 cm厚钢筋砼增强层补强。拆除腹拱圈及拱上建筑，保留拱上横墙并加固加高，并在横墙上增设盖梁，桥面采用预制安装钢筋砼简支实心板，改拱式建筑为梁板式建筑，减轻上部自重。如图3所示。

3.2加固注意事项

在施工过程中，始终要保持对称、均衡施工。前一道工序没有完成，不得进行下一道工序，新老混凝土的结合面一定要凿毛，清洗干净后才能浇注混凝土。拱圈加强层浇筑采用分段间隔浇筑，先下后上，左右对称。

4加固后有限元分析

利用利用有限元分析软件MIDAS/Civil2010建立计算模型，如图4所示。分别选取主拱圈的拱脚、L/4截面以及拱顶截面进行验算，通过MIDAS/Civil软件的影响线加载，可得出在最不利荷载作用下的作用效应，见表2与表3。

通过表2、表3可得出，在最不利荷载作用下，方案一与方案二各验算截面的承载力均较原桥的承载能力提高较大，方案一承载能力提高幅度比方案二大。

5方案比较

两种加固方案中，方案二拱圈下部加固的方法，由于需要搭设满堂支架，用锚喷混凝土加固又需要空压机、喷射机等施工设备，增大了加固的费用；方案一拱圈上部（拱背）加固时，不需搭设支架，具有速度快、质量好、造价低的优点，且方案一比方案二提高原桥承载能力的幅度大，是较为优选的方案。所以最终选用方案一对主拱圈进行加固。

6结语

本文采用的方案一与方案二均能较大程度的提高原桥主拱圈的承载能力，两中方案均可利用在桥梁加固中。方案一比方案二提高原桥承载能力的幅度大，是较为优选的方案。该方案不仅可利用原主拱圈作为支架，避免了搭设满堂支架，工期较短且经济效益较好，最终选用方案一对主拱圈进行加固。所以，旧桥加固应该在充分了解分析原桥状况的基础上，对桥梁结构采取适合、可靠、经济的加固方案进行加固。

参考文献：

[1] 张开鹏,蒋玉龙,曾雪芳.桥梁加固的发展与展望[J].公路,2010,(8).

[2] 蒙云,卢波.桥梁加固与改造[M].北京:北京人民交通出版社,2011.