石拱橋病害分析及加固方法探討

康宇環(huán)

(黑龍江省公路勘察設(shè)計院，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 石拱橋常見的主要病害及原因分析

1.1 主拱圈開裂

主拱圈常見的開裂分為縱向開裂和橫向開裂，主拱圈縱向開裂形成的原因主要有由于主拱圈厚度不足或者材料強(qiáng)度不夠，無法抵抗設(shè)計荷載內(nèi)力；石拱橋處在彎道或者坡道上，造成拱上建筑不對稱，從而使主拱圈受力不對稱，另外車輛轉(zhuǎn)彎產(chǎn)生的離心力，造成主拱圈彎道外側(cè)開裂；設(shè)計拱軸系數(shù)不當(dāng)或施工造成拱圈變形，使荷載壓力線和拱軸線偏離過大而開裂。主拱圈橫向開裂的主要原因有拱上建筑土橫向壓力的作用；主拱圈采用分環(huán)多層砌筑，未注意交錯搭接的問題等。

1.2 腹拱圈開裂

腹拱圈開裂是石拱橋主要的病害之一，形成的原因主要有施工過程中鉸縫處理不當(dāng)，鉸縫一般選擇質(zhì)地堅硬無裂縫的石材，劣質(zhì)的石材破壞后，拱腳變形從而引起腹拱圈開裂；腹拱圈拱軸線形不合理，腹拱過坦產(chǎn)出較大的拱推力，造成跨中無法抵消正彎矩，從而產(chǎn)生開裂。

1.3 橋墩臺基礎(chǔ)破壞

墩臺基礎(chǔ)破壞主要是由于地基被河水沖刷等因素，導(dǎo)致基礎(chǔ)沉降、傾斜或者滑移等?；A(chǔ)破壞會導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的開裂，上部結(jié)構(gòu)的破壞又加劇了墩臺基礎(chǔ)破壞，這是一個惡性循環(huán)。

1.4 橋面破損

橋面破損影響行車的舒適性，加劇了車輛對橋梁的沖擊作用，增加構(gòu)件的疲勞，影響結(jié)構(gòu)的壽命。另外橋面破損會導(dǎo)致橋面的水滲透到主拱圈之上，導(dǎo)致砌體砂漿流失，嚴(yán)重者會導(dǎo)致主拱圈滲水漏水。橋面破壞形成的主要原因有拱上填料采用柔性材料，在車輛荷載作用下產(chǎn)生壓縮變形或排水處理不當(dāng)，引起填料積水，從而導(dǎo)致橋面破壞；其次橋面不平順和線形不平順都會導(dǎo)致其過早破壞。

1.5 主拱圈巖石

主拱圈巖石風(fēng)化、水蝕、剝落，砌縫脫落、空洞也是石拱橋常見的病害。在橋梁的施工過程中，應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)的石材，同時砂漿應(yīng)砌筑飽滿。

2 石拱橋的安全性問題

石拱橋受力特性有兩個極端，第一，承載能力極大，強(qiáng)度儲備高，在極端超載下無異常；自重大，活載影響相對??；截面大，局部損傷影響小。第二，無預(yù)兆破壞。石拱橋由多人在不同環(huán)境條件下完成，其界面處理、砌縫材料、工藝、質(zhì)量不一，各種作用效應(yīng)致結(jié)構(gòu)性能不同程度退化，主拱圈實際拱軸線與設(shè)計理論拱軸線發(fā)生偏離(宏觀尺度無變化)，量變到質(zhì)變直至突然垮塌。

3 石拱橋加固具有挑戰(zhàn)性

橋梁設(shè)計時間為3～5個月，施工時間為1～3年，管養(yǎng)則需100年，橋梁能否100年安全使用的關(guān)鍵就落到維護(hù)與加固上。由于舊橋加固改造受到原有結(jié)構(gòu)的干擾(如結(jié)構(gòu)形式、材料狀況、通行荷載、新舊結(jié)構(gòu)連接等)，加固改造設(shè)計方案、加設(shè)設(shè)計計算方法以及施工技術(shù)都面臨新的挑戰(zhàn)！

4 石拱橋維修加固的原則

第一、根據(jù)不同橋梁的結(jié)構(gòu)形式和材料特點(diǎn)，在成本可控的前提下，采取不同的加固維修方法，更換或修復(fù)損壞的橋梁構(gòu)件，使橋梁整體恢復(fù)到原有的設(shè)計承載能力，保證橋梁的設(shè)計使用壽命。第二、對一些通過加固維修不能恢復(fù)到原有設(shè)計承載能力但有必須繼續(xù)使用的橋梁，要確定好加固后橋梁的實際荷載等級和橋梁的剩余使用壽命。第三、一般情況下，不宜通過橋梁加固提高原有橋梁的設(shè)計承載能力。第四、用于橋梁加固維修的材料必須通過國家權(quán)威檢測機(jī)構(gòu)檢測認(rèn)證，各項性能指標(biāo)滿足現(xiàn)行規(guī)范和設(shè)計要求。

5 石拱橋常用的加固方法

5.1 增大主拱圈截面

加強(qiáng)主拱圈是拱橋加固中最常用的方法， 對于加大截面為主的加固，為了保證補(bǔ)加的混凝土正常工作，也需要適當(dāng)配置構(gòu)造鋼筋。一般在拱圈下部加固，用鋼筋混凝土或環(huán)氧砂漿，形成新拱圈，要保證新舊拱圈緊密貼合。從經(jīng)濟(jì)角度考慮的話，可采用在主拱圈下部施工幾道鋼筋混凝土拱肋的加固方法。

5.2 錨噴混凝土加固

錨噴混凝土是將錨桿錨入擬補(bǔ)強(qiáng)部位結(jié)構(gòu)內(nèi)，掛設(shè)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋網(wǎng)，然后再噴射一定厚度的混凝土，形成與原結(jié)構(gòu)共同承受外載作用的組合結(jié)構(gòu)。錨噴混凝土加固實質(zhì)就是增大受力斷面和補(bǔ)強(qiáng)鋼筋、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，使其能承受更大的荷載。

5.3 拱圈套箍加固法

石拱橋可在拱圈的跨中和1/4處加設(shè)3道或多道鋼板箍或鋼拉桿。用螺栓在拱圈底部及拱圈側(cè)鉆孔錨固，并注意將錨固點(diǎn)設(shè)在拱圈厚度的1/3處，其錨固孔用膨脹水泥砂漿填塞牢靠?；蛘咴诠叭Φ目缰泻?/4處主拱圈拱背和拱腹植筋，施工一圈鋼筋混凝土進(jìn)行局部加固。

5.4 減載法

改造拱上建筑，將拱式拱上建筑改為輕型的板式拱上建筑；采用輕質(zhì)的拱上填料、縱向穿孔等方法，減輕拱上建筑的重量，對拱頂下沉過多或拱頂正彎矩過大可收到明顯的效果。

6 結(jié)束語

石拱橋在農(nóng)村公路所占有的比例較大，且養(yǎng)護(hù)維修的工作嚴(yán)重滯后，經(jīng)常出現(xiàn)橋梁垮塌，影響生命財產(chǎn)的事故。