過渡灣大橋加固技術研究

劉書義 鄂德軍

0 引言

雙曲拱橋的建設起源于20世紀60年代。在我國橋梁的早期建設中，因其具有造價低廉、材料節約、施工簡便、結構輕巧美觀等優點，被廣泛的采用，并對我國橋梁發展事業起到了積極作用。

雙曲拱橋雖然輕巧簡便，但隨著理論研究的不斷深入，交通量與車輛載重的不斷增加，其缺點愈發明顯。雙曲拱橋由于當時片面強調節省材料，結構用鋼量普遍偏少，且施工質量也未能達到有效的控制，隨著社會經濟的發展，交通量急劇增大，雙曲拱橋結構整體性差，易開裂的缺點十分明顯。大部分雙曲拱橋都出現了不同程度的病害，對交通安全產生了巨大的隱患。因此，對于雙曲拱橋的加固具有重要的意義。傳統的加固方法，對于橋梁承載能力的提升效果不大，同時在經濟上的耗費偏多，本文以過渡灣大橋為例，闡明拱背加固在雙曲拱橋加固中具有良好的加固效果，并能使得橋梁加固經濟、合理、適用。

1 工程概況

過渡灣大橋位于湖北省保康縣境內S222省道上，于1973年1月建成通車。橋梁全長180 m，橋面總寬8.9 m，即0.95 m(欄桿及人行道)+7.0 m(行車道)+0.95 m(欄桿及人行道)。上部構造為3×50 m鋼筋混凝土雙曲拱，主孔矢跨比1/6，主拱圈由6根拱肋、5道拱波組成，每孔拱肋之間設置9道橫系梁。下部構造為重力式墩臺，擴大基礎。原設計荷載等級為汽車—15級，掛—80。橋梁加固前如圖1所示。

2 橋梁病害分析

該橋建成年代久遠，已投入使用多年。由于近年來，隨著經濟發展的進步，交通量增加速度迅速，同時該橋的保養措施未能到位，橋梁出現了不同程度的病害，對于橋梁結構安全已經造成了一定的危害，故對于該橋的病害查明與分析十分重要，將給后續加固工作提供一定保障。

2.1 橋梁病害調查

技術人員對橋梁進行了現場調查，該橋主要存在以下幾點病害:

1)橋梁整體剛度差，主拱圈施工時存在一定問題，混凝土風化剝落現象較為嚴重，多處存在鋼筋外露的現象，拱波存在一定的縱向開裂，腹拱圈預制件大部分松動、錯位。2)1號橋墩受水流沖刷嚴重，橋臺錐坡破損較嚴重。3)人行道板和欄桿柱大部分損壞，橋面鋪裝損毀嚴重。

2.2 病害分析

該橋出現的病害主要是由于原設計荷載偏低，橫向聯系較弱，尺寸較小等原因造成的。其鋼筋含量偏低，拱肋受力不均勻，同時該橋受雨水沖刷較為嚴重，橋梁排水受阻也是產生較大病害的原因之一。

3 加固措施

3.1 主要加固思路

1)主拱圈加固方法眾多，拱圈下部加固施工難度較大，且質量不容易控制。拱背加固對于該類型橋梁加固效果明顯，而采取重點加強拱腳、拱頂兩個控制截面，則能夠充分節省加固材料，利用主拱圈的富余截面。

2)由于雙曲拱橋“化整為零”的施工方法，截面的整體性較差，特別是采用預制安裝法施工的橫系梁，更為突出，因而增強橫向聯系的意義更為重大。加固時應從增加橫系梁數目或橫系梁尺寸考慮，對橋梁進行加固。

3.2 加固方法

3.2.1 主拱圈及腹拱圈加固

為了有效地加強拱腳截面，采用鋼筋混凝土加強拱背的方法。加強拱背的現澆鋼筋混凝土，在拱腳截面處厚度為45 cm，在2號腹拱墩處厚度為25 cm，其間逐漸變化，使拱圈的抗彎能力提高50%以上。同時，對于露筋部分，需用環氧樹脂混凝土進行補強。拆除側墻及拱上填料，更換破損的腹拱圈。

采用此法加強拱腳，可顯著增大拱腳區段的截面剛度，在受力方面，有變截面無鉸拱的特性。與等截面無鉸拱比較，變截面無鉸拱拱腳的負彎矩隨拱腳剛度的增加而增大，對拱頂的正彎矩有“卸載”的作用，即拱腳剛度愈大，拱頂的正彎矩愈小。因此按此法在加強拱腳這個控制截面的同時，實際上也幫助了拱頂截面，即減少了拱頂截面的正彎矩。利用拱頂彎矩影響線同樣也可看出加強拱腳后，控制拱頂截面強度驗算的正彎矩實際是減小的(見圖2)。因此這種加固方法有利于改善拱腳、拱頂兩個控制截面的受力狀態，從而提高拱橋的承載能力。

上部結構加固示意圖見圖3。

3.2.2 橫系梁

原橫系梁截面尺寸偏小，為了增強橫向聯系，需對原橫系梁的尺寸進行加大。增強橫向聯系之后，可使荷載在橫橋向分布比較均勻，避免因橫向聯系不足而產生的各種問題。

3.2.3 橋墩、橋臺

橋墩處沖刷嚴重，需增設橋墩處海底鋪砌;拆除舊的橋臺錐坡后新建。

3.2.4 橋面鋪裝及欄桿

鑿除舊的橋面鋪裝，拆除人行道、欄桿，重新澆筑橋面鋪裝，設置必要的脹縫、縮縫，澆筑人行道、欄桿，敷設排水系統，利用舊的人行道挑梁。

4 加固效果

采用此方法對該橋進行加固，不僅使得橋梁抗力強度得到了有效的增加，同時提高了橋梁的整體性能，增加了橋梁通行荷載，加強了結構剛度。該橋加固完成后，至今已使用近2年了，通行狀況良好，橋梁性能得到了充分的發揮，橋梁病害得到了有效的治理與控制。橋梁加固后效果圖見圖4。

5 結語

1)我國大部分雙曲拱橋投入使用多年，絕大部分都出現了不同程度的病害，對于雙曲拱橋的加固維修勢在必行。合理的加固方法，對于提高橋梁的使用壽命，加強橋梁承載能力十分重要。

2)拱橋加固時，應重點加固主拱圈及上部結構;對于下部結構，由于其計算時存在富余的原因，可針對情況，選擇適當加固方法，或不進行加固。

3)采用加厚拱背方法對雙曲拱橋進行加固，施工工藝簡單，節約材料，造價低廉，加固效果明顯，是一種能夠針對該橋型有效增強其承載能力的加固方法。

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