雙曲拱橋的病害分析與加固技術(shù)探討

宋紅革

摘 要：本文針對(duì)雙曲拱橋的主要病害進(jìn)行了原因分析，并通過(guò)近年來(lái)對(duì)本地區(qū)數(shù)座雙曲拱橋的加固改造工程實(shí)踐，主要探討了雙曲拱橋的加固技術(shù)。

關(guān)鍵詞：雙曲拱橋；病害分析；加固方法；探討

中圖分類號(hào)：U445.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）17-0092-02

據(jù)調(diào)查，在甘肅省乃至全國(guó)，修建于20世紀(jì)80年代以前的橋梁，尤其是雙曲拱橋數(shù)量較多，但隨著公路事業(yè)的不斷發(fā)展，交通量以及超重車輛的迅速增加，大部分雙曲拱橋都出現(xiàn)了不同程度的病害，許多已成為危橋。平?jīng)鍪械呐f雙曲拱橋數(shù)量也比較多，很多分布在國(guó)、省道上，大部分修建于20世紀(jì)七八十年代，多屬三四類不良狀況或承載力不足的橋梁，這已嚴(yán)重影響公路行車安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，加固改造這些橋梁已是勢(shì)在必行。為此，分析雙曲拱橋的病害及原因，探討其可行的加固改造方案就具有十分重要的意義。

1 病害及原因分析

按照病害發(fā)生部位的不同，雙曲拱橋的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)性病害主要有主拱圈病害、拱上建筑病害及墩臺(tái)、基礎(chǔ)的病害等，而裂縫則是各種病害的主要表現(xiàn)形式。其原因主要有以下幾個(gè)方面：（1）結(jié)構(gòu)本身的不足。雙曲拱橋的橫向聯(lián)系薄弱，整體性差，易開裂；各構(gòu)件砼齡期相差較大，易形成裂縫；結(jié)構(gòu)的用鋼量少，使裂縫進(jìn)一步發(fā)展惡化。（2）設(shè)計(jì)缺陷。雙曲拱橋拱肋截面過(guò)小，強(qiáng)度、橫向聯(lián)系不足，拱上建筑構(gòu)造、橋面結(jié)構(gòu)不當(dāng)以及以前設(shè)計(jì)荷載等級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)偏低。（3）施工原因。施工方法不當(dāng)，施工工藝簡(jiǎn)單，施工質(zhì)量控制不嚴(yán)，施工設(shè)備簡(jiǎn)陋以及施工中所使用的材料質(zhì)量不符合要求。（4）使用因素。長(zhǎng)期大交通量、超重荷載的行駛是橋梁損壞的主要因素，而由于缺乏養(yǎng)護(hù)，重視程度不夠等原因造成養(yǎng)護(hù)不及時(shí)導(dǎo)致橋梁病害不斷發(fā)展。（5）環(huán)境因素。不可預(yù)見(jiàn)的交通碰撞事故，地震、洪水等自然災(zāi)害是造成橋梁損壞的主要因素之一，而長(zhǎng)期在自然環(huán)境、化學(xué)腐蝕及周邊出現(xiàn)不均勻沉降等作用下，會(huì)逐漸老化，產(chǎn)生損壞現(xiàn)象的破壞，這是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的過(guò)程。

2 主要的加固技術(shù)

2.1 增大截面法加固

根據(jù)不同的加固目的和要求，采用鋼筋、砼或鋼筋砼來(lái)增大構(gòu)件的截面和配筋，以達(dá)到提高構(gòu)件的截面承載力、剛度、穩(wěn)定性和抗裂性目的，也可用來(lái)修補(bǔ)裂縫，主要有錨噴混凝土法、外包砼法、填芯加固法三種。

2.1.1 外包砼法

當(dāng)拱肋的強(qiáng)度不足時(shí)，通常采用單側(cè)、雙側(cè)或三側(cè)加固，以及四周外包加固，用鋼筋砼外包拱肋來(lái)增大拱肋的截面面積和配筋率，提高拱肋的剛度、強(qiáng)度及抗彎剛度和荷載等級(jí)，并限制或減少主拱肋的繼續(xù)變形。如莊浪北河橋就采用外包砼局部加大邊肋截面的方法進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)的，原邊拱肋截面為20cm×31.5cm，在不改變?cè)拜S線形的情況下，對(duì)邊肋進(jìn)行外包C25鋼筋砼L型加固，邊肋內(nèi)側(cè)粘貼10cm鋼板補(bǔ)強(qiáng)，將拱肋截面加大為40cm×56.5cm，取得了較好的加固效果。

對(duì)于空腹式雙曲拱橋，主拱圈在支承斷面上存在較大的水平推力和負(fù)彎矩，而通常拱板內(nèi)僅設(shè)置構(gòu)造鋼筋，抵抗負(fù)彎矩的能力較差。可通過(guò)在拱背上緣增設(shè)受力鋼筋承受拉應(yīng)力、現(xiàn)澆混凝土增大截面面積及抵抗矩，達(dá)到同時(shí)提高抵抗水平推力和負(fù)彎矩的能力。這種加固方法，它不僅加固了拱圈，而且將原貌開裂的拱連接在一起，有利于橋面排水。如莊浪南湖橋、北河橋都采用了這種拱背上緣現(xiàn)澆混凝土加固法，在距拱腳最近的兩個(gè)腹孔范圍內(nèi)的拱背上緣現(xiàn)澆10-15cm厚C25鋼筋混凝土，以增強(qiáng)主拱圈拱腳截面的承載能力，加固效果顯著。

2.1.2 錨噴混凝土法

借助高速噴射機(jī)械，將新混凝土混合料連續(xù)地噴射到已錨固好鋼筋網(wǎng)的受噴面上，凝結(jié)硬化形成鋼筋混凝土，從而增大主拱圈的受力截面和補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性能，使其能夠承受更大的外荷載作用。

2.1.3 填芯加固法

通過(guò)在雙曲拱橋拱波內(nèi)填筑混凝土，來(lái)增大主拱圈斷面的面積，從而提高橋梁承載能力的一種加固方法。在加固過(guò)程中，上部結(jié)構(gòu)必須先卸載，使原拱圈釋放部分應(yīng)力，然后才能施工拱波內(nèi)腔填芯，莊浪南河橋、華亭南河橋就采用了這種加固方法，達(dá)到了預(yù)期的加固效果。

2.2 粘貼法加固

粘貼法有粘貼鋼板法、粘貼鋼筋法、粘貼碳纖維布加固三種，主要是通過(guò)在主拱肋受拉區(qū)底緣或受力薄弱部位粘貼鋼板、鋼筋或碳纖維布等材料，以提高主拱肋的抗拉能力和承載能力。

2.2.1 粘貼鋼板法

粘貼鋼板法是拱橋常用的加固方法，一般采用環(huán)氧樹脂或?qū)Ｓ谜充撃z將鋼板或鋼筋粘貼在砼拱肋表面，使鋼板或鋼筋與主拱肋形成整體來(lái)受力，從而有效地提高至拱圈的剛度和抗裂性。粘貼鋼板法在我總段數(shù)座舊雙曲拱橋加固改造中得到了廣泛的應(yīng)用，均在拱肋兩側(cè)及底面U型用專用粘鋼膠粘帖鋼板加固，加固效果顯著，達(dá)到了補(bǔ)強(qiáng)的目的。

2.2.2 粘貼碳纖維布加固

碳纖維布是一種新型建材，因其質(zhì)輕、耐腐蝕、片材很薄，抗拉強(qiáng)度高，而被廣泛用于橋梁的補(bǔ)強(qiáng)和加固中，以提高構(gòu)件的剛度，承載力及延性。碳纖維片材因排列方向不同而使各方向拉伸強(qiáng)度不相同，因此加固時(shí)必須正確掌握纖維的布置方向，并根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)部位和受力特性，選擇相應(yīng)的碳纖維布進(jìn)行加固。

2.3 增強(qiáng)拱肋間橫向聯(lián)系

雙曲拱橋主拱圈是由多個(gè)構(gòu)件組合而成的，各構(gòu)件間能否共同工作將直接影響主拱圈的承載能力。而早期修建的雙曲拱橋，其拱肋間橫向聯(lián)系往往比較薄弱，因此需對(duì)橫向聯(lián)系予以加強(qiáng)。加強(qiáng)橫向聯(lián)系的方法包括增設(shè)橫隔板（或橫系梁）、對(duì)原橫系梁外包混凝土等。新增槽鋼橫系梁法也在我總段數(shù)座舊雙曲拱橋加固改造中得到了廣泛的應(yīng)用，加固效果顯著。

2.4 體外預(yù)應(yīng)力加固主拱圈

通過(guò)在拱頂附近增設(shè)直線形或折線形體外預(yù)應(yīng)力筋，可以改善主拱圈拱頂截面的應(yīng)力狀態(tài)，將構(gòu)件受力狀態(tài)由受拉變?yōu)槭軌?，從而主?dòng)地提高該截面的承載能力。還可通過(guò)新增主拱圈鋼承托并施加預(yù)加壓力，實(shí)現(xiàn)對(duì)原主拱圈的部分卸載，降低主拱圈的應(yīng)力水平，達(dá)到有效提高承載能力的目的。

2.5 改變拱上建筑結(jié)構(gòu)形式

對(duì)拱式拱上建筑雙曲拱橋可以從主拱圈上（拱背）加固主拱圈，即通過(guò)拆除拱式拱上建筑中的傳力結(jié)構(gòu)（拱上填料、側(cè)墻、護(hù)拱），使主拱和腹拱的拱背完全暴露，再在主拱圈的拱背上，根據(jù)需要澆筑鋼筋混凝土或素混凝土，使主拱圈成為變截面的組合截面拱，然后接高立柱，按梁板式拱上建筑的程序完成改造施工。對(duì)于拱上建筑已經(jīng)松動(dòng)了的雙曲拱橋，可以把除腹拱墩以外的拱上建筑全部拆除，在加高原腹拱墩、增設(shè)蓋梁和腹拱墩后，再設(shè)置橋面板，形成梁板式拱式建筑。如莊浪南河橋就用了這種方法，拆除了拱肋以上的全部建筑，新建鋼筋砼橫墻，上鋪預(yù)制橋的形式，達(dá)到了補(bǔ)強(qiáng)的效果。

2.6 拱上換填減輕主拱圈的荷載

將現(xiàn)有實(shí)腹段拱上填料予以挖除，以較輕的高強(qiáng)材料（如陶粒混凝土）換填，同時(shí)加設(shè)防水層。當(dāng)然，拆除原拱上填料時(shí)應(yīng)由跨中對(duì)稱地向拱腳方向進(jìn)行。華亭南河橋就采用這種方法，挖除原腹拱及拱上填料，在原護(hù)拱頂及拱背上新增混凝土橫墻，橫墻間采用爐渣回填密實(shí)，橋面改為防水鋼筋混凝土鋪筑層，加固效果顯著。

3 結(jié)語(yǔ)

危舊橋梁加固改造任務(wù)繁重，意義重大，尤其是近年來(lái)雙曲拱橋的加固技術(shù)不斷發(fā)展，加固新工藝、新材料、新設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用。并且每座橋梁的損壞形式和程度各不相同，加固方案也不能一概而論，因此，加固前應(yīng)科學(xué)分析橋梁病害原因，合理選擇加固方案。平?jīng)龉饭芾砭纸陙?lái)通過(guò)對(duì)莊浪南湖橋、南河橋、北河橋以及華亭北河橋等十幾座雙曲拱橋的加固，都取得了比較滿意的加固效果，說(shuō)明了這些加固方案是行之有效的。

參考文獻(xiàn)

[1]諶潤(rùn)水.雙曲拱橋加固改造成套技術(shù)[S].北京：人民交通出版社，2009.endprint