某混凝土拱桥检测及承载力评估
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摘 要：结合某混凝土拱桥实例，通过对桥梁病害调查、混凝土强度评定、碳化深度测试等以及承载力的评估，为同类桥梁的设计及施工积累技术资料及检测评估提供依据。
中图分类号：U441 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）006-003-02
（西南交通大学土木工程学院 四川·成都 610031）
1 桥梁概述
桥为单孔30m斜交（15？混凝土拱桥。主拱为等截面悬链线无铰拱，矢跨比为1/6，矢高5m，主拱圈厚0.8m。桥面总宽40m，桥面布置为人行道4.5m+车行道31m+人行道4.5m，两侧人行道各挑出1.8m。主拱两端各有3个腹拱，腹拱圈厚0.30m。评估计算荷载等级为汽-20，挂-100。全桥总体布置图如图1。
2 桥梁检测
2.1 检测内容
（1）拱轴线测量。采用前方交会法，使用全站仪测量拱轴线。主拱测点从主拱拱脚下缘开始，沿天星路至竹公溪路方向按1/12主拱跨径等间距布置，腹拱测点从腹拱拱脚下缘开始，沿天星路至竹公溪路方向，按1/5～1/6腹拱跨等径间距布置。
（2）主桥几何尺寸及桥面线性测量检测。
（3）混凝土强度与碳化深度检测。采用回弹法对各构件进行了混凝土强度检测，用1%～2%酚酞指示剂进行碳化深度检测。
（4）主拱、腹拱、挑梁病害检测。
（5）桥面铺装及桥面附属设施检测。
2.2 检测结果
（1）主桥实测上游、下游拱轴线线形存在一定的偏差，最大偏差出现在L/4及3L/4附近，下游侧比上游侧高出约10cm。
（2）主拱圈实测混凝土强度推定值大于设计25号混凝土强度等级；腹拱圈、腹拱横墙与0#、1#桥台实测混凝土强度推定值大于设计20号混凝土强度等级；两侧挑梁实测混凝土强度推定值为40.9～41.9MPa。
（3）主拱拱圈底面部分区域混凝土不密实、在拱顶附近开裂形成2条宽度1～3mm的横向贯通裂缝，并有局部浸水痕迹；主拱拱圈上下游侧面大面积浸水、局部混凝土脱落、破损，存在多条竖向贯通裂缝，裂缝宽度约为1.20～1.80mm；拱脚附近拱圈和拱上横墙冲刷剥蚀粗骨料外露；受填料挤压作用，侧墙侧向变形移位，使侧墙与主拱圈产生水平错位约2～3cm，侧墙与主拱圈间界面出现大量渗水，并在附近有大量植物生长；拱上填料部分开裂、脱落。
（4）腹拱拱圈底面普遍存在大面积渗水、钙化及局部混凝土不密实现象，拱圈底面有多条纵向裂缝和少量横向裂缝，大部分裂缝由拱顶沿纵向向两端拱脚发展，其中部分腹拱裂缝延伸到两端横墙，并沿竖向贯通两端横墙；腹拱两端横墙存在大面积渗水、钙化和混凝土局部开裂现象。
（5）上游侧2#、3#、5#、8#、10#和11#挑梁底面均局部混凝土破损、露筋，2#、3#挑梁底面混凝土破损、露筋较为严重；下游侧2#、9#挑梁底面破损、露筋较为严重。
（6）桥面开裂较严重，并存在较多修补痕迹。桥面车行道上存在多条横向裂缝，其中在桥跨1/4附近存在宽度0.4mm的横向贯通裂缝，并有多条竖向贯通裂缝，裂缝宽度约2mm；人行道板上存在多处横向裂缝，裂缝宽度约0.3～2.0mm，长度约160～450cm，并有竖向贯通裂缝，裂缝宽度约3mm，存在修补痕迹。主桥桥面栏杆表面局部破损、露筋。
3 承载力计算评估
3.1 计算荷载参数
主要计算荷载参数为：
（1）计算荷载等级为：汽-20，挂-100，按8车道布置，人群荷载集度3.5kN/m2。
（2）温度变化考虑升温20埃滴？5埃恍毂淇悸悄晗？0年。
（3）永久荷载包括结构材料自重（容重取值为25kN/m3）、二期恒载（容重取值为24kN/m3）、拱上填料（容重取值为22kN/m3）。
（4）承载能力验算荷载组合：组合Ⅰ（永久荷载+汽车荷载+人群荷载）、组合Ⅱ（永久荷载+汽车荷载+人群荷载+温度影响）和组合Ⅲ（结构自重+挂车荷载）。
3.2 计算方法
采用midas civil程序建立模型，主拱共划分70个单元，编号自左向右为57#～126#，对桥梁结构进行加载，计算出主腹拱内力，将结构抗力与内力进行比较，得到结构安全储备系数。
3.3 承载力评估计算
（1）经计算主拱在不同的荷载组合下的安全储备系数分别为：主拱在组合Ⅰ作用下安全储备系数介于2.54～9.86之间；在组合Ⅱ作用下安全储备系数介于0.55～12.98之间；在组合Ⅲ作用下安全储备系数介于3.75～12.49之间。由此可知在组合Ⅱ作用下，竹公溪路端拱脚单元安全储备不足，不满足规范要求。由于篇幅限制，在表1中只将不符合要求的数据列出。
（2）自竹公溪路端至天星路端腹拱依次编号为1#～6#，1#腹拱划分为16个单元进行计算，2#腹拱划分为18个单元进行计算，3#腹拱划分为13个单元进行计算。由计算结果看出：
1#、6#腹拱在组合Ⅰ、Ⅱ作用下安全储备系数介于3.48～217.51之间，在组合Ⅲ作用下安全储备系数介于1.71～217.51之间，安全储备系数大于1。
2#、5#腹拱在组合Ⅰ作用下安全储备系数介于1.48～158.26之间，在组合Ⅱ作用下安全储备系数介于1.57～105.3之间，在组合Ⅲ作用下安全储备系数介于6.30～155.97之间，安全储备系数大于1。
3#、4#腹拱在组合Ⅰ作用下安全储备系数介于1.39～166.56之间，在组合Ⅱ作用下安全储备系数介于1.99～208.45之间，在组合Ⅲ作用下安全储备系数介于3.99～208.45之间，安全储备系数大于1。
计算表明，对于三铰腹拱，主要由4分点截面最小弯矩情况控制，1#、3#、4#和6#腹拱安全储备系数为1.48～1.71左右；对于两铰腹拱，主要由4分点与2分点截面最大弯矩情况控制，2#、5#安全储备系数为1.39左右。由此可知，腹拱有一定安全储备，满足规范要求。
4 结论及建议
（1）主桥上下游侧拱轴线线形、桥面线形存在一定偏差；主拱部分混凝土不密实、脱落，横向贯通开裂较严重，腹拱存在较大面积渗水，部分混凝土不密实、开裂，横墙部分混凝土开裂；桥面行车道与人行道铺装开裂 较为严重，栏杆部分破损。
（2）桥跨主体结构承载能力不能满足汽-20，挂-100荷载等级要求，并存在耐久性缺失。
（3）建议对该桥进行补强加固或拆除重建或者禁止单车重量超过10吨通行。
参考文献：
[1] 交通部.公路桥涵设计通用规范（JTJ021-89）[S].
[2] 交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ023-85）[S].
[3] 交通部.公路砖石及混凝土桥涵设计规范（JTJ022-85）[S].
[4] 公路旧桥承载能力鉴定方法（试行1988）[S].