公路拱橋常見(jiàn)病害與加固技術(shù) 應(yīng)用

王葆茜，王 沖

（東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，江蘇 南京 210096）

0 引言

近年來(lái)在統(tǒng)計(jì)的危橋中，有相當(dāng)數(shù)量為拱式橋梁結(jié)構(gòu)。病害調(diào)查結(jié)果表明，導(dǎo)致在役拱橋承載潛力相對(duì)不足的主要原因可歸納為三類，一是活載“超載”，即橋上實(shí)際通行車輛荷載遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)荷載，對(duì)橋梁已造成事實(shí)上的“超載”，這種情況在鋼筋混凝土危橋中比較普遍；二是恒載“超載”，主要指老路改造過(guò)程中一次或多次直接加鋪半剛性基層與面層而導(dǎo)致的后期恒載“超載”，有的拱橋拱頂填料厚度比原設(shè)計(jì)多出近50cm，這種情況在上報(bào)的圬工或混凝土危舊拱橋中比較突出；三是后期恒載增加與活載“超載”綜合作用的情況。在拱橋加固設(shè)計(jì)中，必須首先分析發(fā)生病害或承載潛力不足的原因，然后才能“對(duì)癥下藥”，從根本上提高橋梁的承載能力，有效恢復(fù)橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性能[1-3]。下面以典型拱橋加固為例，系統(tǒng)闡述各種拱橋加固技術(shù)的原理與技術(shù)要點(diǎn)。

1 圬工拱橋的套拱加固技術(shù)

圬工拱橋是部分山嶺地區(qū)的主要橋型之一。該類橋具有承載潛力大、耐久性能好、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。然而，近年來(lái)，橋上通行的車輛荷載已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原設(shè)計(jì)荷載，加上部分公路改建過(guò)程中隨意加大拱上填料厚度，使得部分石拱橋、混凝土板拱橋承載潛力相對(duì)不足，出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的縱橫向開(kāi)裂，而圬工拱橋的加固一直是困擾公路養(yǎng)護(hù)部門(mén)的難點(diǎn)，套拱加固技術(shù)是解決這一難題的有力工具[4]。

套拱加固法是采取保留原橋不拆，而在拱圈下面套建新拱圈的加固方法（見(jiàn)圖1）。確保新老拱圈的可靠粘結(jié)是該加固方法的技術(shù)關(guān)鍵。要解決這一問(wèn)題，通常有兩種途徑：一是采用隧道襯砌工藝澆注；二是采用在老橋面上開(kāi)“天窗”的方法新澆拱圈混凝土。由于在老路改造過(guò)程中，大都在石拱橋橋面上直接加鋪半剛性基層及面層，大大增加了拱頂填料的厚度，部分石拱橋橋面比設(shè)計(jì)增加近50cm甚至更多，加上原拱頂填料及拱圈厚度，總厚度一般超過(guò)1m。因此，針對(duì)石拱橋的使用狀況，一般不宜采用第二種途徑澆注新拱圈。大量的工程實(shí)踐表明，用套拱法加固石拱橋，其技術(shù)可行，施工方便，經(jīng)濟(jì)合理，對(duì)交通影響小，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益非常顯著，是中小跨徑圬工拱橋的理想加固方法。

圖1 石拱橋套拱加固

2 鋼筋混凝土拱橋加固技術(shù)

2.1 雙曲拱橋綜合加固技術(shù)

20世紀(jì)60～70年代，我國(guó)修建了大量的雙曲拱橋，該類橋普遍存在縱、橫向剛度差的缺陷。多年來(lái)，公路技術(shù)人員一直在尋找提高該類橋梁承載能力的合理加固方案，取得了大量的應(yīng)用研究成果。除采用常規(guī)加固技術(shù)加強(qiáng)主拱圈、橫梁等構(gòu)件外，還創(chuàng)造性地運(yùn)用過(guò)多種整治措施，包括頂推復(fù)位加固法、改變結(jié)構(gòu)體系加固法[5,6]。

2.1.1 頂推復(fù)位加固法

對(duì)于修建在軟土地基或基底處理不當(dāng)?shù)碾p曲拱橋，往往發(fā)生橋臺(tái)位移而影響上部結(jié)構(gòu)的正常使用，此時(shí)可采用頂推法來(lái)消除由于橋臺(tái)位移引起的病害（其他拱式體系也可采用此法）。它的基本方法是在一端橋臺(tái)的拱腳處安裝頂推裝置，將拱肋自拱腳向跨中方向頂推，使兩拱腳間已發(fā)生的相對(duì)位移減小以至完全消除，減輕或消除因橋臺(tái)位移對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的危害，同時(shí)也調(diào)整了上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。在頂推前，需對(duì)頂推的力度和需要恢復(fù)的位移量進(jìn)行計(jì)算，在頂推過(guò)程中需要對(duì)拱頂撓度等進(jìn)行觀測(cè)和控制。

2.1.2 改變結(jié)構(gòu)體系加固法

改變結(jié)構(gòu)體系加固法適用于拱上建筑破壞嚴(yán)重而主拱圈質(zhì)量尚好的雙曲拱橋，通過(guò)改變結(jié)構(gòu)體系恢復(fù)或提高結(jié)構(gòu)的承載能力。這種改變結(jié)構(gòu)體系的方法一般是將原拱上建筑拆除，以原主拱圈作為下弦桿，增設(shè)腹桿及上弦桿后將原雙曲拱橋改造為桁架拱橋，腹桿一般采取三角形，以減少下節(jié)點(diǎn)。這樣一方面改變主拱圈的受力體系，另一方面采用輕型拱上建筑而減輕其自重，從而改善橋梁的受力條件。采用此法加固雙曲拱橋時(shí)，必須要特別注意拆除拱上構(gòu)造的順序，保證拱上受力平衡，防止倒塌。

2.2 剛架拱橋的綜合加固技術(shù)

剛架拱橋是在桁架拱及斜腿剛架等橋型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種輕盈橋梁結(jié)構(gòu)。它具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、自重小、整體性好、施工簡(jiǎn)單、外形美觀等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)多年的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，剛架拱橋出現(xiàn)的病害形式具有較高的一致性，主要包括大小節(jié)點(diǎn)開(kāi)裂、主次拱腿現(xiàn)澆接頭處脫落或松動(dòng)、拱頂下緣開(kāi)裂以及橋面微彎板出現(xiàn)縱橫裂縫等形式。部分剛架拱橋甚至發(fā)生了次拱腿脫落的嚴(yán)重破壞，而主拱腿現(xiàn)澆接頭或鋼板焊接接頭的銹蝕脹裂現(xiàn)象更為普遍，嚴(yán)重威脅著此類橋梁的安全運(yùn)營(yíng)[7]。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，針對(duì)不同的病害特征，總結(jié)出一整套成熟的剛架拱橋加固改造技術(shù)方案，主要包括大小節(jié)點(diǎn)的粘貼異型鋼板加固、橫系梁和橫隔板的增大截面或粘貼鋼板加固、主拱腿與拱腳部位的加固補(bǔ)強(qiáng)、橋面微彎板的預(yù)制更換或整體現(xiàn)澆橋面板補(bǔ)強(qiáng)、橋面鋪裝層補(bǔ)強(qiáng)及橋面伸縮縫改善等措施（見(jiàn)圖2）。

圖2 剛架拱橋綜合整治施工技術(shù)

2.3 拱式組合體系橋增設(shè)吊桿技術(shù)

拱式組合體系橋是將主要承受壓力的拱肋和行車道梁組合起來(lái)共同承受荷載，充分發(fā)揮拱肋和行車道梁的共同作用以達(dá)到節(jié)省材料的目的。拱式組合體系橋由拱肋、吊桿（或立柱）、行車道梁、橋面系組成。根據(jù)拱肋與行車道梁的聯(lián)接不同，可分為有推力和無(wú)推力兩種拱式組合體系，其中，無(wú)推力拱式組合體系又稱為系桿拱橋。這兩種結(jié)構(gòu)形式江蘇省均有采用。

隨著“超載”車輛的不斷增多，六十年代修建的系桿拱橋普遍存在相對(duì)承載潛力不足的缺陷。同時(shí)，早期的系桿拱橋大多采用鋼筋混凝土吊桿，抗裂性能差，鋼筋銹蝕嚴(yán)重，存在較大的安全隱患。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)已發(fā)生多起此類橋梁因耐久性不足導(dǎo)致的惡性事故，嚴(yán)重危及公路交通的安全運(yùn)營(yíng)。某鋼筋混凝土系桿拱橋吊桿破碎不堪，鋼筋普遍銹蝕外露。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，在原鋼筋混凝土拉桿兩側(cè)對(duì)稱增加兩根高強(qiáng)鋼筋吊桿，以降低原鋼筋混凝土拉桿的受力，通過(guò)加固，大大增加了主橋的承載潛力，達(dá)到了預(yù)期的加固目的（見(jiàn)圖3）。

3 結(jié)語(yǔ)

圖3 系桿拱橋吊桿加固工程

危舊橋梁改造任務(wù)日益嚴(yán)峻，公路拱橋是橋梁加固領(lǐng)域的難點(diǎn)之一。加強(qiáng)對(duì)公路橋梁的養(yǎng)護(hù)、維修加固與改造，提高橋梁的承載能力和行車性能，延長(zhǎng)使用年限是公路管理部門(mén)亟待解決的問(wèn)題。搞好這項(xiàng)工作不僅需要加強(qiáng)橋梁加固維修技術(shù)的研究和推廣，也需要科學(xué)的管理和決策。本文提出的加固方法對(duì)國(guó)內(nèi)同類拱式橋梁結(jié)構(gòu)的加固維修有一定的借鑒作用。

[1]胡釗芳，諶潤(rùn)水，帥長(zhǎng)斌.公路舊橋加固技術(shù)與實(shí)例[M].北京：人民交通出版社，2002.

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[6]JTG/T J22—2008，公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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