雙曲拱橋病害原因及加固方法

李峻嶺　代宇勇

[摘要]以國(guó)道311公路永城段大曹溝雙曲拱橋的資料為樣本，通過(guò)對(duì)其現(xiàn)狀描述和病害分析，提出處理雙曲拱橋病害的相關(guān)對(duì)策，更有效的利用和管理上世紀(jì)六、七十年代建設(shè)的雙曲拱橋。

[關(guān)鍵詞]雙曲拱橋 病害 加固方法

中圖分類(lèi)號(hào)：TB1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0320083－01

一、引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸量的大幅度增長(zhǎng)，行車(chē)密度及車(chē)輛載重越來(lái)越大，重型車(chē)輛日益增多，一大批20世紀(jì)80年代以前修建的公路橋梁已滿(mǎn)足不了使用要求。上世紀(jì)六十年代，我國(guó)建造了大量雙曲拱橋，它是具我國(guó)民族特色的一種橋型。在當(dāng)時(shí)的歷史條件下，起過(guò)一定的作用。雖然結(jié)構(gòu)新穎、輕巧、省料、方便施工，但是整體性差，配筋少，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)低，以及施工等方面的原因，該橋型在使用一定時(shí)期后出現(xiàn)了不同程度的病害，原有的雙曲拱橋已不能適應(yīng)當(dāng)前大交通的使用要求。本文針對(duì)項(xiàng)目中遇到的雙曲拱橋加固設(shè)計(jì)對(duì)雙曲拱橋提出一些相應(yīng)的對(duì)策和加固措施。

二、病害形式及原因

雙曲拱橋因其建橋年代的情況和要求，設(shè)計(jì)荷載偏低、橋面窄小、功能不全、承載力不足，后由于運(yùn)輸量的增加和荷載標(biāo)準(zhǔn)的提高，雙曲拱橋出現(xiàn)了各種各樣的病害，成為交通運(yùn)輸發(fā)展的潛在隱患。雙曲拱橋的常見(jiàn)病害及成因分析如下：

（一）墩臺(tái)位移引起破壞

雙曲拱橋由于設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)時(shí)，往往容易引起墩臺(tái)的較大位移和沉降。由于位移和沉降較大，必將出現(xiàn)拱圈下沉，拱肋、拱波、拱板開(kāi)裂形成徑向裂縫，拱肋與拱波分離產(chǎn)生環(huán)向裂縫，邊空腹小拱拱頂、拱腳開(kāi)裂，立柱出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫等損壞現(xiàn)象。

（二）拱肋強(qiáng)度不足而引起承載能力降低

拱肋是拱橋主拱圈的重要組成部分，它與拱波、拱板共同承受全部恒載和活載，是主要受力構(gòu)件。因此，當(dāng)其抗彎強(qiáng)度和剛度不足時(shí)，往往使承載能力降低，出現(xiàn)拱肋徑向裂縫，同時(shí)也會(huì)引起其它構(gòu)件的損壞。

（三）橫向聯(lián)系不足而引起失穩(wěn)

雙曲拱橋中設(shè)置橫向聯(lián)系梁是很重要的，它使拱肋、拱波、拱板形成整體共同受力。當(dāng)拱肋間無(wú)橫向聯(lián)系時(shí)或無(wú)填平層，在集中荷載（車(chē)輛荷載）作用下，各片拱肋的變形在橫橋方向是很不均勻的，并且出現(xiàn)拱波頂部的縱向裂縫。有橫向聯(lián)系或填平層的拱圈，各肋間的變形就比較均勻。而且，隨著橫向聯(lián)系的加強(qiáng)，各肋間的變形就更趨一致。由于橫向聯(lián)系的設(shè)立，使單片的拱肋在橫向聯(lián)成整體，拱波頂部一般也不會(huì)出現(xiàn)縱向裂縫，形成一個(gè)拱肋的穩(wěn)定性。當(dāng)橫向聯(lián)系布置不夠或強(qiáng)度不足而產(chǎn)生損壞時(shí)，將會(huì)使拱橋橫向穩(wěn)定性減低，拱波頂出現(xiàn)縱向裂縫。

（四）填平式拱板引起的開(kāi)裂

早期修建的雙曲拱橋，采用填平式拱板，拱波頂部形成薄弱截面，現(xiàn)澆填平層混凝土厚度達(dá)，收縮力也大，會(huì)使拱波頂產(chǎn)生縱向裂縫。

（五）拱背徑向裂縫

拱背徑向裂縫多產(chǎn)生在拱腳附近負(fù)彎矩區(qū)段。橋臺(tái)水平位移較大時(shí)，常出現(xiàn)拱背裂縫。

拱背設(shè)有鋼筋并伸入臺(tái)座的雙曲拱橋，也應(yīng)防止過(guò)寬過(guò)密的拱背徑向裂縫，使裂縫寬度不要超過(guò)0.2mm。

（六）拱上填料、排水不暢等原因引起的側(cè)墻膨脹破壞

雙曲拱橋側(cè)墻發(fā)生鼓脹，一般是由于排水不良，填土內(nèi)聚積大量水分及填料抗剪強(qiáng)度低而造成膨脹，或是砌筑質(zhì)量不佳引起的。

三、加固措施和方法

對(duì)于雙曲拱橋加固近些年做了很多，針對(duì)橋梁不同部位出現(xiàn)的問(wèn)題及其嚴(yán)重程度采取不同的應(yīng)對(duì)措施。拱上建筑破壞或橋面系破損的橋梁主要是進(jìn)行維修和養(yǎng)護(hù)，破損嚴(yán)重的進(jìn)行更換。對(duì)上部結(jié)構(gòu)病害采取的加固方法有以下幾種：

（一）拱肋加固

1．環(huán)氧漿液粘貼鋼板加固拱肋；

2．碳纖維布粘貼加固拱肋或拱圈；

3．用增加鋼筋外包混凝土加大拱肋斷面；

4．壓漿灌縫。

（二）加厚拱板

有的雙曲拱橋拱肋截面比較強(qiáng)，但拱波顯得薄弱，尤其是當(dāng)橫向聯(lián)結(jié)較弱時(shí)，往往在拱波頂部產(chǎn)生縱向裂縫。采用加厚拱板的方法，可以增加拱肋、拱波強(qiáng)度，增強(qiáng)拱圈的整體性和強(qiáng)度。加固時(shí)先將拱上填料拆除，用混凝土將波谷填平，再沿全橋?qū)挐仓炷凉鞍?，?nèi)設(shè)鋼筋網(wǎng)和縱向主筋。如果是拱肋下緣抗拉強(qiáng)度不夠，也可以在下緣用混凝土將拱波填平，增大斷面。內(nèi)設(shè)縱向主筋和橫向分布鋼筋，且錨固筋可將原拱肋主筋鑿露連接，也可采用植筋技術(shù)加設(shè)錨筋。

（三）加強(qiáng)橫向聯(lián)結(jié)

加強(qiáng)橫向聯(lián)接的具體加固方法一般有以下幾種：

1．用外包混凝土加大橫系梁斷面；

2．將橫系梁改造為橫隔板；

3．對(duì)于原來(lái)設(shè)置套管拉桿橫向聯(lián)結(jié)或未設(shè)橫向聯(lián)結(jié)的雙曲拱橋，其套管只起橫向拉結(jié)作用，又對(duì)拱波的抗扭剛度作用不大：加固時(shí)可拆除原套管而改為橫隔板，也可沿拱圈增加橋的橫系梁或橫隔板。

（四）調(diào)整拱軸線(xiàn)和壓力線(xiàn)

1．調(diào)整拱上的恒載分布；

2．減輕拱上建筑自重。

四、實(shí)例分析

國(guó)道311公路永城段大曹溝雙曲拱橋是在1968年修建的，其原設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽－15，掛-80級(jí)。為了充分利用舊橋，節(jié)約資金，當(dāng)?shù)毓芾聿块T(mén)擬將該橋保留利用，并希望把荷載等級(jí)提高至汽－20，掛-100級(jí)。