石拱橋病害成因分析與加固措施研究

李漢平

摘 要：本文分析了石拱橋需要加固的原因，就加固和維修方案進行了論述，對提高石拱橋的承載能力，有實際意義。

關(guān)鍵詞：石拱橋；病害原因；分析；加固措施

1 常見病害及成因分析

1.1 橋面破損

橋面破損對行駛車輛的舒適性和安全性造成一定影響，且可能加劇其他部位損壞。

分析成因如下：

對實腹式拱橋來說，與拱上填料有關(guān)，填料施工時未按設(shè)計和規(guī)范要求，容易在受力的情況下，發(fā)生不規(guī)則變形，或者臺后排水沒有處理好，滲入填料，使其變形，造成橋面破損。

空腹式拱橋腹由于拱鉸的存在，這些部位往往是裂縫的起源，應(yīng)在橋面或者與側(cè)墻設(shè)置伸縮縫或變形縫。

1.2 防水層失效或破壞

防水層失效或破壞，無法起到防水功能，拱圈漏水，縮短了橋梁的使用壽命。原因分析如下：

實腹式拱橋易找到的一般亞粘土作為防水層，防水施工效果不佳；橋面有滲水，防水層易失效；空腹式拱橋施工時防水層采用油毛氈等易老化材，無法保證瀝青麻絮密實。

1.3 拱圈開裂

主拱圈開裂按照拱圈開裂方向可以分為橫向裂縫和縱向裂縫。

橫向裂縫分析原因如下：

①主拱圈截面石料強度不夠或太薄。對其進行內(nèi)力分析可知，拱腳承受最大負彎矩，拱頂承受最大正彎矩，當(dāng)荷載內(nèi)力大于截面抗力時，拱腳上部或拱頂下部容易開裂。

②當(dāng)主拱圈水平設(shè)置，坡橋坡度較大，造成拱圈受力不平衡，容易造成拱圈彎道外側(cè)開裂。

③石拱橋基礎(chǔ)均勻沉降、墩臺移動，造成拱圈橫向開裂，且多發(fā)生在L/4處。

④設(shè)計時拱軸系數(shù)選擇不當(dāng)。

⑤由于施工質(zhì)量差，出現(xiàn)砌筑工藝不規(guī)范、砂漿不飽滿等現(xiàn)象。

主拱圈的縱向裂縫成因分析如下：

①基礎(chǔ)非均勻沉降；

②結(jié)構(gòu)自身的受力特征影響，如彎橋受離心力作用；

③拱圈在施工時，環(huán)與環(huán)沒有交錯搭接，容易橋拱腹發(fā)生縱向開裂。

拱橋主拱圈橫向裂縫使橫向受力性能減弱，即使橫向力不變，裂縫也將繼續(xù)發(fā)展，繼而導(dǎo)致拱橋承載能力的降低。

主拱圈橫向裂縫如果發(fā)展到一定深度，開裂面的抗彎慣性矩將大大降低，如果出現(xiàn)開裂嚴重，結(jié)構(gòu)將失穩(wěn)破壞。

腹拱圈裂縫：腹拱圈由于開裂現(xiàn)象普遍嚴重，其主要成因分析如下：

①拱與拱上建筑的聯(lián)合作用顯著；

②鉸縫施工不當(dāng)。施工時，対鉸石的選擇應(yīng)挑選質(zhì)地堅硬強度高無裂縫的石料，并且在施工時對石料進行俢鑿以增大接觸面積，以防止因施工原因造成石料開裂。

2 主拱圈常用加固措施

石拱橋加固措施較多，主要是增強拱肋、增大拱圈截面、拱波之間的聯(lián)系等幾種基本方法。加固措施原理：

加固方法主要通過增大截面面積、減小截面應(yīng)力或通過增大容許應(yīng)力來提高橋梁的承載能力。

目前，常用的加固措施有錨噴混凝土加固、體外預(yù)應(yīng)力加固及鋼筋混凝土套箍加固。

2.1 錨噴混凝土加固的原理

用錨入原主拱圈內(nèi)的錨桿掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，噴射速凝混凝土至結(jié)構(gòu)面層，構(gòu)成復(fù)合主拱圈，與原主拱圈共同作用，提高橋梁承載力。

工藝流程：處理原有裂縫→設(shè)置砂漿錨固→主拱圈鑿毛、沖洗→掛設(shè)鋼筋網(wǎng)→噴射混凝土→養(yǎng)生。

施工要點：每次噴護厚度不宜超過5～8cm。若需加厚，需反復(fù)多噴幾次。

2.2 碳纖維粘貼加固的原理

用鋼絞線或高強鋼絲等鋼材進行預(yù)應(yīng)力施工，使其產(chǎn)生的彎矩和拉力抵銷外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，達到加強和提高橋梁使用性能及承載能力的目的。

①工藝流程：安裝錨固板→安裝箍圈或定位梢→布設(shè)鋼絲束→張拉→進行必要的防護處理。

②施工要點：需重視鋼材防銹處理。

③鋼筋混凝土套箍加固

其原理在于：增大原主拱圈的截面尺寸，新增設(shè)鋼筋混凝土層與原主拱圈共同作用，分擔(dān)了橋梁荷載，該加固方法使原主拱圈環(huán)狀封閉，結(jié)構(gòu)三向受壓，提高結(jié)構(gòu)抗壓強度，并使橋梁防水蝕、抗風(fēng)化能力得到增強。

①工藝流程：拆除拱上建筑→沖洗干凈→注漿加固→拱圈頂鑿毛→拱圈鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)→澆筑混凝土

②施工要點：a套箍封閉層采用移動架模現(xiàn)澆施工；b縱向鋼筋在拱腳區(qū)段予以加密；c砼澆筑時，拱腹面和拱圈兩側(cè)面完成后，再進行拱背澆筑；然后由拱腳向拱頂方兩側(cè)對稱澆筑。

3 結(jié)語

石拱橋加固是我國危舊橋梁改造的重要內(nèi)容和重要課題，針對既有橋梁的損傷、缺陷及使用情況，掌握石拱橋病害形成的原因，并對癥下藥，制定合理的加固維修方案來提高石拱橋的耐久性、安全性及使用性具有重要意義。

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