淺談雙曲拱橋的加固改造技術(shù)

周宏寧

（北京華路祥交通技術(shù)有限公司太原分公司，山西 太原 030032）

淺談雙曲拱橋的加固改造技術(shù)

周宏寧

（北京華路祥交通技術(shù)有限公司太原分公司，山西 太原 030032）

雙曲拱橋是20世紀60—70年代我國橋梁工程師為解決特殊年代經(jīng)濟建設(shè)的需求，經(jīng)過自主實踐首創(chuàng)的一種橋型。當時在全國范圍內(nèi)進行推廣，建設(shè)了數(shù)量眾多的雙曲拱橋。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，在長期荷載的作用下，再加上交通量的不斷增加，這些橋梁逐漸成為危橋，出現(xiàn)各種病害。以某一出現(xiàn)病害的雙曲拱橋為例，分析了該橋的病害成因，并根據(jù)病害情況進行維修方案的設(shè)計，對維修過程及施工過程中應(yīng)注意的事項進行詳細敘述，總結(jié)出雙曲拱橋加固改造的常規(guī)方法。

雙曲拱橋；加固；改造技術(shù)

雙曲拱橋是我國獨有的一種橋型，由于其自身的結(jié)構(gòu)特點，使得該橋型施工難度小，工藝簡單，材料節(jié)省，造價較低，因而在20世紀60—70年代得到了大力推廣。由于雙曲拱橋自身存在的劣勢，加之交通量的不斷增大，使得目前仍在使用的大量雙曲拱橋出現(xiàn)了各種病害，急需加固維修。

1 工程概況

該橋建成于1973年10月1日，是一座空腹式雙曲拱橋。通車至今已有30余年，隨著交通量的不斷增加，現(xiàn)有汽車荷載已遠遠超出原有設(shè)計荷載，橋梁結(jié)構(gòu)已出現(xiàn)不同程度的損壞。該橋凈跨徑為10孔20m，矢跨比1/8，橋梁全長227m。主拱圈橫向由7肋6波組成，拱肋及拱波均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，拱波呈半圓形，按50 cm寬度分塊預制安裝，拱板為60 cm厚磚砌體。每道拱肋間均設(shè)有橫系梁。腹拱橫墻為磚砌體砌筑，其上腹拱圈凈跨徑為2m，矢跨比1/2，按50 cm分塊預制安裝。下部結(jié)構(gòu)橋臺為U型橋臺，橋墩為鋼筋混凝土蓋梁配樁基礎(chǔ)。

2 現(xiàn)狀分析

橋梁存在的病害情況匯總?cè)缦拢?/p>

2.1 橋面系病害

橋面破損嚴重，有隆起、沉陷、縱橫向開裂和積水現(xiàn)象，橋面排水系統(tǒng)失效。

原因分析：①橋面破損后未及時修補，橋面積水沿破損處滲入拱上填料，導致拱上填料發(fā)生不均勻沉降，使得橋面鋪裝病害越來越嚴重。②車輛重量及交通量大于設(shè)計車輛荷載和計算交通量。③橋面排水管均堵塞、銹蝕，喪失排水能力。

2.2 主拱圈病害

2.2.1 主拱拱肋

拱肋未發(fā)現(xiàn)有超出規(guī)范允許值的裂縫，但部分拱肋局部水侵蝕嚴重，混凝土表面泛堿，局部混凝土剝落，鋼筋外露銹蝕。

原因分析：混凝土因長期受到水侵蝕而風化和剝落，混凝土剝落后鋼筋失去保護層而銹蝕。

2.2.2 主拱拱波

①主拱圈拱波縱向裂縫。每道拱波波頂均有縱向裂縫出現(xiàn)，裂縫沿拱軸線通長分布，兩側(cè)拱腳至1/4跨附近開裂較嚴重，裂縫寬度約1.5～3mm，拱頂至1/4跨裂縫寬度約1mm。裂縫處伴有滲水、泛堿現(xiàn)象。沿主拱圈橫斷面，兩側(cè)邊波相對4個中波裂縫較細。②肋、波連接處裂縫。拱波與拱肋連接處局部開裂，伴有滲水泛堿現(xiàn)象，接縫處水泥砂漿脫落。③拱波間砌縫裂縫，并有滲水現(xiàn)象。

原因分析：①早期修建的填平式拱板，由于波頂為最薄弱截面，波腳拱板厚度大，這種剛度的懸殊極易產(chǎn)生縱向收縮裂縫，也不利于橫向撓度及內(nèi)力的傳遞，給重車偏載造成的中波縱向裂縫提供了條件。②拱肋為混凝土，拱板為磚砌體，兩種材料差異過大，增加了收縮差和溫差應(yīng)力。③截面纖細的橫向聯(lián)系相對肋、波、板而言，只是柔性構(gòu)件，對拱圈的整體性作用有限，荷載橫向分布很不均勻。

2.2.3 橫系梁病害

橫系梁根部出現(xiàn)環(huán)向裂縫，部分橫系梁混凝土完全脫落，僅留存1根橫系梁鋼筋。

原因分析：橫系梁尺寸較小，抗剪和抗彎的強度和剛度相對較弱，與拱肋連結(jié)處的抗剪能力偏小，當內(nèi)力和位移過大時，產(chǎn)生的較大內(nèi)力和變形，將導致橫系梁開裂、脫落。

2.2.4拱板

拱板采用平板式斷面，拱板材料為磚砌體，兩側(cè)外露部分抹灰層脫落，局部沿砂漿層開裂，砌體表面水侵蝕嚴重，表面風化、剝落、粉化。

原因分析：橋梁建成年代久遠、養(yǎng)護不及時，表層抹灰層脫落，導致磚砌體暴露于空氣中受到氣候條件影響，加之磚砌體自身耐久性較差，從而使材料逐漸老化，這是產(chǎn)生裂縫、砌體剝落等病害的主要因素。

2.3 腹拱病害

2.3.1 腹拱圈

部分腹拱圈出現(xiàn)橫向裂縫及沿拱圈分塊接縫分布的環(huán)向裂縫，拱圈預制塊之間水泥砂漿脫落，拱腳沿橋梁縱向錯位，拱腳混凝土破損。

原因分析：主拱圈橫向不均勻變形，而腹拱圈分塊過多且整體性差，預制塊連接縫開裂后，各塊拱圈間內(nèi)力和變形也不能有效傳遞，從而導致靠近腹拱圈開裂。

2.3.2 腹拱橫墻

腹拱橫墻為磚砌體結(jié)構(gòu)，砌體表面抹灰層脫落，砌體風化嚴重，局部開裂，粉化脫落。

原因分析：①雙曲拱圈橫向整體性不好，主拱圈各拱肋的變形不統(tǒng)一，這樣就使得橫墻產(chǎn)生不均勻的沉降，以至于出現(xiàn)豎向裂縫。②磚砌體表面抹灰層脫落，砌體結(jié)構(gòu)長期受到氣候條件的影響，加之磚砌體自身耐久性較差，長期的風化和水侵蝕導致砌體自身強度不斷下降，直至開裂，粉化脫落。

3 維修方案

3.1 主拱圈

①拱波、拱肋上寬度＜0.15mm的裂縫用環(huán)氧砂漿封閉，寬度≥0.15mm的裂縫采用化學灌漿法修補，其中寬度＞2mm還需沿裂縫發(fā)展方向設(shè)置騎縫鋼筋控制裂縫發(fā)展，并用環(huán)氧砂漿抹面。②拱肋露筋部分先將周圍松散的混凝土鑿除并清洗干凈，直至露出新鮮堅硬的混凝土，然后對外露的鋼筋進行除銹處理，最后用環(huán)氧樹脂砂漿修復補強。③橫系梁混凝土缺損部分利用環(huán)氧砂漿修補，裂縫用環(huán)氧砂漿封閉；混凝土完全脫落的，對外露鋼筋進行除銹處理后，重新澆筑混凝土。④拱板外露部分，先用鋼刷將松散、酥化的砌體清除，直至露出新鮮堅硬的砌體表面，并用高壓水沖洗干凈，清理后出現(xiàn)的嚴重坑槽部位，局部可沿拱軸線梅花型錨入錨固鋼筋，接著用環(huán)氧砂漿對鑿除后的坑槽部分進行修補，修補時環(huán)氧砂漿層比砌體表面凹陷5mm左右，待環(huán)氧砂漿到達一定強度后，用普通水泥砂漿將整個拱板外表面抹平。

3.2 腹拱加固

腹拱的加固補強是本次設(shè)計的要點，先處理腹拱圈和橫墻上的裂縫，然后按一定間隔設(shè)置掛網(wǎng)錨噴混凝土加強層，最后用水泥砂漿對橫墻進行抹面。①腹拱圈橫向裂縫用化學灌漿修補，并在裂縫兩側(cè)設(shè)置騎縫鋼筋，最后采用環(huán)氧砂漿抹面；腹拱圈預制塊間環(huán)向裂縫灌注M12水泥砂漿。②橫墻水平、豎向裂縫，在裂縫兩側(cè)設(shè)置騎縫鋼筋，然后壓力灌注環(huán)氧砂漿，并采用環(huán)氧砂漿抹面。③沿橋?qū)挿较?，依次設(shè)置3道6 cm（厚）×100 cm（寬）的噴錨混凝土加強帶，采用錨固鋼筋網(wǎng)后噴射混凝土的方法增強腹拱圈的承載力和整體性。④錨噴混凝土以外部分橫墻表面用鋼刷清除松散、酥化的砌體面層，用高壓水清洗干凈后，做一層厚2 cm的普通水泥砂漿抹面。

3.3 側(cè)墻

開裂嚴重的部分沿開裂的砌縫，壓力灌注M12水泥砂漿，勾縫脫落的部分鑿除松散部分后重新勾縫。

3.4 橋面系

①清除橋面垃圾、雜草。②拆除橋面人行道及欄桿，重新制作安裝。③人工鑿除瀝青混凝土面層，露出基層并清洗干凈，在其上重新鋪設(shè)防水層及3 cm厚瀝青混凝土面層。④橋面破損嚴重的部位，將破損區(qū)域內(nèi)面層及基層全部挖除，重新鋪設(shè)基層、防水層及瀝青混凝土面層。⑤恢復伸縮縫，縫內(nèi)填料可用鋸末、瀝青按1∶1配制成預制板，將預制板嵌入縫內(nèi)，也可采用瀝青砂或其他適當材料。⑥更換全橋泄水管。

4 結(jié)束語

雙曲拱橋自身“化整為零、集零為整”的特點決定了其存在許多先天不足之處，影響最大的就是其整體性較差，因而雙曲拱橋出現(xiàn)的病害類型也是基本相同的，若能對目前國內(nèi)現(xiàn)存的大量雙曲拱橋進行加固改造，使其能夠繼續(xù)使用，不但能節(jié)約大量的重建資金，而且能使這種具有中國特色的橋型長期保留，從這兩方面來說都是極有意義的。

[1]中交公路規(guī)劃設(shè)計院.JTG D60—2004 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[2]中交公路規(guī)劃設(shè)計院.JTG D62—2004 公路鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3]中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司.JTG D60—2004公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2008.

[4]諶潤水，周錦平.雙曲拱橋加固改造成套技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2009.

Technical Retrofitting of Hyperbolic Arch Bridge

Zhou Hongning

Doublearch bridge isa bridge-typeof the1960sand 1970s,Chinese bridge engineers to address the needsofa specialera ofeconomic construction,first through independentpractice.At that time,many double arch bridge had been built.With the developmentofsocial-economic,and in the roleof long-term load,coupledwith the increasing traffic,thesebridgesarebecominga dangerousbridge,theemergenceofvarious diseases.A curved arch bridge ofdisease,forexample,the paperanalysisofa bridge causes the disease,andmaintenance program designed according to the disease situation.Based on the disease situation,the paper describes in detail about precautions in themaintenance process and the construction process,and summed up the Double Arch Bridge retrofitting conventionalmethods.

doublearch bridge;reinforcement;modification techniques

U 445.7+2

A

1000-8136（2013）02-0043-02

周宏寧，女，1986年11月出生，甘肅天水人，2008年畢業(yè)于蘭州交通大學土木工程專業(yè)，助理工程師。

（編輯：李慧）