桁架拱橋加固維修要點及維修實例
2015-06-15
一、 桁架拱橋的常見病害及產(chǎn)生原因
1、下弦桿拱腳處橫向裂縫。主要原因是橋臺、墩基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降，使拱腳處出現(xiàn)豎向剪切應(yīng)力，導(dǎo)致拱腳下弦桿件出現(xiàn)裂縫。
2、弦桿端部節(jié)點裂縫。主要原因是橋臺、墩基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降，造成上弦桿端部凸桿與橋臺、墩柱搭接扣死，使該節(jié)點出現(xiàn)豎向剪切應(yīng)力，導(dǎo)致節(jié)點出現(xiàn)裂縫。
3、橫系梁、橫拉桿、橫隔板豎向開裂。主要原因是由于原行架拱橋設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)較低，橫向聯(lián)系較薄弱，而近10年來交通量而且超載車輛比例，造成桁架豎向變形量，使橫向聯(lián)系的梁、桿、板出現(xiàn)豎向裂縫，甚至斷裂。
4、橋面板裂縫、破碎。主要原因是橋面板設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低，微彎板或拱波厚度不足，混凝土強度低，橋面鋪裝層薄弱，造成橋面剛度不足，隨著交通量的幅增加，特別是超載車輛的破壞作用，致使橋面鋪裝層和微彎板開裂，如不及時維修，部分微彎板發(fā)生破碎，形成橋面坑洞而影響行車安全。
5、伸縮縫損壞。主要原因是桁架拱橋設(shè)計時不設(shè)伸縮裝置或僅設(shè)置簡易伸縮縫，混凝土強度設(shè)計較低，橋面接縫處混凝土損壞嚴(yán)重，逐漸開裂、破碎，使接縫處面積逐漸擴(kuò)而影響橋梁的安全使用。
6、人行道變形、下垂。主要原因是桁架拱橋的人行道設(shè)計一般采用在邊桁片上弦桿上置挑梁承托人行道板的方法。隨著人群荷載的增加，挑梁受超載而彎矩過，致使下垂變形，如不及時進(jìn)行加固，可能發(fā)生人行道垮塌事故。
7、位于兩跨接縫處人行道和拉桿橫向裂縫。主要原因是設(shè)計時在該處未考慮斷開，并設(shè)置伸縮縫裝置，橋兩跨的振動破壞形成裂縫。2 維修加固方法
二、上弦桿端部節(jié)點和下弦桿拱腳處裂縫的維修加固方法
因橋梁臺、墩不均勻沉降產(chǎn)生的桁架上、下弦橋節(jié)點處的裂縫已基本穩(wěn)定，不再發(fā)展?？刹捎铆h(huán)氧樹脂灰漿在其兩面或三面粘貼鋼板的方法進(jìn)行維修加固，如圖1所示
加固時，首先將構(gòu)件混凝土的表面鑿毛，如節(jié)點處混凝土剝落嚴(yán)重，應(yīng)將混凝土保護(hù)層鑿除再粘貼鋼板，粘貼鋼板要進(jìn)行除銹處理。其次要先處理裂縫，即對裂縫先進(jìn)行灌漿（環(huán)氧灰漿）處理，然后再粘貼鋼板。第三，由于拱腳處常處于水位以下，為防鋼板銹蝕，粘貼鋼板后要立模澆筑外包混凝土。
三、橫系梁、橫拉桿、橫隔板開裂的維修加固方法
因桁架拱橋設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低，橫向聯(lián)系薄弱而不能適應(yīng)交通量或重載交通時，應(yīng)考慮對全橋的橫向聯(lián)系系統(tǒng)進(jìn)行整體加固。一方面可采取加截面法加固橫拉桿和橫系梁，同時還應(yīng)適當(dāng)增加全橋的橫向聯(lián)系桿件，如增加剪刀撐、橫系梁等。
1、加截面法。加橫系梁、橫拉桿截面，要先進(jìn)行加筋的焊接處理，要鑿開節(jié)點處的鋼筋保護(hù)層將需要增加的鋼筋按設(shè)計焊接到接點處。采用吊模法澆注混凝土?；炷林袘?yīng)適當(dāng)摻加膨脹劑。
2、剪刀撐、橫系梁的施工采用預(yù)制安裝即掛籃施工、流水作業(yè)的方法，其重點是濕接頭的施工。濕接頭施工包括接頭鋼筋的焊接和混凝土的澆注兩個方面。接頭鋼筋焊接主要是桁架節(jié)點處鋼筋保護(hù)層的鑿除要慎重，即要露出鋼筋便于焊接，更要注意不要鑿的太深、太，防止損傷桿件?；炷恋臐沧⒃谟诹⒛Ｒ?guī)范，嚴(yán)防漏漿；拆模時要對濕接頭混凝土及時進(jìn)行整修和養(yǎng)生，確保接頭混凝土強度達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
3、橋面微彎板及鋪裝層裂縫、破碎的維修加固
因微彎板混凝土強度不足而產(chǎn)生的橋面鋪裝層裂縫、破碎，應(yīng)撤換微彎板和鋪裝層；因橋面鋪裝層混凝土強度低而微彎板尚未損壞產(chǎn)生的橋面裂縫可撤換鋪裝層。為適應(yīng)現(xiàn)今交通量和重載交通需求，采用鋼纖維鋼筋混凝土加固橋面系的方法，簡易、可靠，可幅增強橋面系的整體抗載抗裂能力，效果顯著。設(shè)計時，橋面鋪裝層的布筋也要適當(dāng)增加。
鋼纖維混凝土的施工工序與普通混凝土基本一樣，關(guān)鍵是鋼纖維混凝土的拌和和攤鋪時的振搗。前者應(yīng)先干拌再加水濕拌，保證鋼纖維在混合料中均勻分布；后者應(yīng)避免鋼纖維聚集。
四、伸縮縫損壞的維修方法
設(shè)置簡易伸縮裝置及不設(shè)伸縮裝置的桁架拱橋已不能適應(yīng)現(xiàn)在交通安全的需要。因此，采用型鋼伸縮裝置或鋼板伸縮裝置改造桁架拱橋伸縮縫簡便、可靠。特別是與橋面鋪裝層同時改造時效果更加明顯：即采用伸縮縫混凝土與鋪裝層混凝土統(tǒng)一澆筑的方法一次成型，竣工后的伸縮縫與橋面鋪裝層高度一致，表面顏色一致，不存在斷縫（施工縫），整體性強，平整度好，行車舒適。
1、采用型鋼或鋼板伸縮裝置改造桁架拱橋伸縮縫時要注意兩點：一是錨固鋼筋的埋置要牢固，不能松動；二是混凝土強度設(shè)計要適當(dāng)提高并確?，F(xiàn)澆混凝土的質(zhì)量達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
2、如與橋面鋪裝層同時改造時，伸縮縫混凝土的澆筑應(yīng)與橋面鋪裝層同步進(jìn)行，即采用整體澆筑，一次成型工藝施工：先將型鋼或鋼板裝置按設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)安裝就位，然后與橋面鋪裝層同時立模，澆筑鋼纖維混凝土。
五、人行道下垂、變形及接縫處裂縫的維修加固
在邊桁片上弦桿上置挑梁承托人行道板，因懸臂過長，設(shè)計人群荷載偏低及其他原因引起人行道下垂、變形的病害可采用立鋼斜支承或體外補筋法加固。體外補筋法即在橋面鋪裝層中增加兩側(cè)挑梁的橫向抗拉鋼筋。原橋兩跨接縫處人行道板未分開的要進(jìn)行人行道與攔桿分離設(shè)計，使之適應(yīng)橋面系行車變形。
1、人行道挑梁的維修加固施工要先拆除欄桿和人行道板，后對挑梁進(jìn)行加固。采用槽鋼打斜支撐時要注意支撐下端固接鋼板與上弦桿的粘貼施工，包括箍筋的安裝等。如同時維修橋面鋪裝層時，可采用埋置鋼筋作抗拉筋以增強兩側(cè)人行道的橫向聯(lián)系。施工要點主要是增設(shè)鋼筋與挑梁鋼筋的聯(lián)接（焊接）要緊密，有條件時可適當(dāng)施加預(yù)應(yīng)力。
2、人行道極斷開施工要注意在上弦桿端頭增設(shè)的人行道挑梁的安裝施工，注意其穩(wěn)定性和安全性。
維修實例：
一、潁河大橋概況及存在的病害：
太和縣潁河大橋（潁河二橋）位于太和縣城南處，中心樁號K888+271，跨越淮河最大支流－潁河，是105國道一座重要的公路橋梁，也是太和縣城區(qū)內(nèi)重要的城市橋梁。該橋設(shè)計荷載為汽－20級，掛－100；橋面寬度為凈15+2×1.0米人行道；上部結(jié)構(gòu)為6孔凈跨徑50米三角形腹桿的桁架拱，全長344.56米；橋墩為石砌重力式配灌注樁基礎(chǔ)；南北岸橋臺均為組合式橋臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。
太和縣潁河大橋于1994年夏季動工興建，1996年建成通車。經(jīng)現(xiàn)場查看，潁河大橋仍存在以下主要病害：
1、主行車道橋面沿縱向的拱肋邊緣出現(xiàn)連續(xù)的縱向裂縫，嚴(yán)重的貫通全橋，在距橋跨兩端10米范圍內(nèi)并有多處橫向裂縫；2、部分微彎板底部出現(xiàn)裂紋，局部有水漬，并導(dǎo)致橋面出現(xiàn)坑洞破壞；多數(shù)微彎板底面鋼筋外露、銹蝕。全橋共有微彎板630塊，通過橋下實際調(diào)查了微彎板 417塊 ，其中裂紋48塊，露筋65塊，有水漬14塊， 共計114 塊微彎板存在病害，占調(diào)查數(shù)量的27％；
3、桁片之間的橫向聯(lián)系濕接頭混凝土多處剝落，鋼筋外露、銹蝕；
4、橋梁北端組合式橋臺的過梁出現(xiàn)下?lián)?，?dǎo)致橋面沉陷，橋頭跳車嚴(yán)重。
5、扶手欄桿尺寸尺寸偏薄，易損壞。
原設(shè)計采用預(yù)制安裝形式，與橋梁主體通過錨固鋼筋連接，防撞性能較差，加之橋梁兩端縱坡較大，在惡劣天氣情況下已多次出現(xiàn)車輛沖壞欄桿的交通事故，嚴(yán)重影響行車安全。
6、橋梁整體性減弱，車輛在行駛過程中橋梁的擺幅加大。
二、病害原因分析：
1、車輛超載的影響。根據(jù)交通量觀測結(jié)果顯示，2005年每天通過該橋的機動車輛已經(jīng)超過6000輛（折合成中型車），尤其是超載的煤車和運送砂石的超載車輛，對大橋造成了嚴(yán)重的傷害，使得橋面的薄弱部位屢屢出現(xiàn)問題。
2、由于桁架預(yù)制吊裝和其它原因，造成橋面的微彎板高低不平，使得橋面的鋪裝層厚薄不勻，最薄處只有3～5cm，成為橋面鋪裝層的薄弱點。
3、原橋梁設(shè)計中跨通航兩孔為平坡，邊孔為2％的縱坡。由于變坡處采用簡單的折線過渡，對橋梁沖擊作用過大，易造成伸縮縫的損壞。
4、拱肋間距較大，橫向聯(lián)系偏薄弱。
三、維修設(shè)計方案：
雖然潁河大橋橋面狀況較差，但橋梁的總體受力結(jié)構(gòu)良好。根據(jù)專家評審意見，對潁河大橋的維修加固主要包括以下幾個方面：
1、修復(fù)全橋的橫向聯(lián)系濕接頭混凝土，用聚合物水泥修補砂漿重新加固。
2、根據(jù)損壞情況及維修需要對部分微彎板進(jìn)行更換，并澆筑鋼纖維混凝土橋面鋪裝。
3、更換毛勒縫，橋梁變坡點處布設(shè)小半徑豎曲線。
4、更換北橋臺處的過梁。
5、更換扶手欄桿為防撞護(hù)欄。
四、施工注意事項：
一）微彎板施工：
1、根據(jù)設(shè)計圖紙，按板塊尺寸預(yù)制邊跨四孔需要更換的微彎板，并參考總體圖作出標(biāo)志；
2、拆除損壞的微彎板，并復(fù)核桁片頂面標(biāo)高，對高點的桁片頂面適當(dāng)鑿除；
3、將老混凝土表面清潔濕潤后架設(shè)微彎板，焊接鋼筋，澆筑混凝土；
4、拆除中跨需更換的微彎板，測量桁片之間的尺寸，根據(jù)間距的不同預(yù)制微彎板，并安裝。
5、為加強新、舊混凝土的結(jié)合，應(yīng)將原構(gòu)件的混凝土存在的缺陷清理至密實部位，并將構(gòu)件表面鑿毛，要求打成麻坑或溝槽。
6、原有混凝土表面應(yīng)沖洗干凈，澆筑混凝土前，原混凝土表面以水泥漿等界面劑進(jìn)行處理，以加強新、舊混凝土的結(jié)合。
二）橋面鋪裝施工：
1、鑿除原有橋面鋪裝時，不能使用振動機械來鑿除混凝土和大范圍施工，避免對老橋結(jié)構(gòu)造成損傷；
2、注意施工安全防護(hù)；
3、施工前應(yīng)先利用拱肋搭設(shè)支架，防止碎落的混凝土落入橋下；
4、橋面鋪裝鋼筋離鋪裝層頂面的距離要控制，可采用焊接鋼筋頭來固定。
三）鋼筋防銹處理：
對微彎板外露的鋼筋采用聚合物水泥修補砂漿進(jìn)行防護(hù),厚度為1cm。
1、先清除混凝土表面的粉塵、油污，用水濕潤混凝土表面，涂刷一層HY-SJ底涂以提高粘結(jié)力；
2、根據(jù)制造商提供的用水量現(xiàn)場配置聚合物水泥砂漿，攪拌均勻后須放置10分鐘，再略加攪拌即可使用；
3、涂刷。
4、在0℃以上施工。漿料終凝（約3小時左右）前，表面應(yīng)避免受雨水、風(fēng)及陽光直射的破壞。
四）鋼纖維混凝土施工
1、鋼纖維混凝土的鋼纖維體積率不應(yīng)小于0.35％，一般為0.4％～0.8％；
2、鋼纖維混凝土應(yīng)采用機械攪拌，攪拌時投料的次序和方法與普通混凝土相同，應(yīng)以保證一定的生產(chǎn)率為原則；
3、鋼纖維混凝土的攪拌時間由攪拌機類型決定，并應(yīng)較普通混凝土規(guī)定的時間延長10～30s。
五 結(jié)束語
該橋維修加固后，驗收時進(jìn)行了動靜載試驗檢測表明，該橋加固后剛度明顯加強，一次性通過了竣工驗收，被評為優(yōu)良工程，取得了良好的經(jīng)濟(jì)社會效益。
