懸吊法加固雙曲拱橋方法探討——以樂天溪雙曲拱橋為例

楊明秀，鄧興貴，李澐瓏 （宜昌通衢公路建設有限責任公司，湖北宜昌443100）

隨著國民經濟的發展，交通運輸量的大幅度增長，行車密度及車輛載重越來越大，一大批20世紀80年代以前修建的公路橋梁已滿足不了使用要求，其中雙曲拱橋的問題尤為突出，具體表現如下：①拱橋的徑向裂縫，拱橋徑向裂縫常發生在拱腳和拱頂2個部位，其方向與拱軸線垂直。②拱圈的縱向裂縫，這種裂縫通常在橋面中線附近順跨徑方向延伸，嚴重時有貫通全橋、將拱圈 “一分為二”之勢。

為改善交通環境，提高雙曲拱橋的承載能力，對有病害的雙曲拱橋進行加固改造勢在必行。下面，筆者樂天溪雙曲拱橋的加固改造為例，對懸吊法加固雙曲拱橋方法進行了探討。

1 工程背景

樂天溪雙曲拱橋全長130m，為20 世紀80 年代初修建，設計荷載為汽－15，掛－80，組合跨徑為（13＋30＋30＋13）m，橋高12m，枯水季節水深約3～4m，不通航，現已運行30多年，目前橋臺、橋墩無嚴重病害，主拱拱肋砼有侵蝕現象，主拱波為裝配式，橋面嚴重破損。荷載試驗檢測為主拱揉度變形過大，屬于危橋，需要加固后使用。圖1所示為原橋立面圖。

圖1 原橋立面圖

2 雙曲拱橋加固設計方案

針對雙曲拱橋不同部位出現的問題及其嚴重程度采取不同的應對措施。拱上建筑破壞或橋面系破損的橋梁主要是進行維修和養護，破損嚴重的進行更換。對橋梁上部結構病害采取的加固方法如下：①拱肋加固。包括環氧漿液粘貼鋼板加固拱肋、碳纖維布粘貼加固拱肋或拱圈、用增加鋼筋外包混凝土加大拱肋斷面以及壓漿灌縫等方法［2］。②加厚拱板。可以增加拱肋、拱波強度，增強拱圈的整體性和強度。③加強橫向連系。包括外包混凝土加大橫系梁斷面以及將橫系梁改造為橫隔板等方法［3］。④調整拱上的恒載分布和減輕拱上建筑自重。

對樂天溪雙曲拱橋來說，其具體加固設計方案如下：①墩臺植筋，外包高2．0m、寬9m、厚20cmC30鋼筋砼；②主拱肋植筋后外包C30U 型槽鋼筋砼 （舊肋斷面高30cm、寬20cm），底寬加厚15cm，全寬50cm，兩側各加寬15cm，全高45cm，肋底鋼筋4?16mm，兩側各2?16mm，沿肋布置；連系梁外包砼；③腹拱圈采用噴射砼；④挖除全橋的橋面砼和填料，填料采用C25陶粒砼，橋面為C30?12mm 鋼筋籠砼；⑤人行道和欄桿新建。圖2所示為擬加固立面圖。

圖2 擬加固立面圖

3 拱肋施工方法

因樂天溪雙曲拱橋所在溪流水流較深，且挖裝設備無法進場，不宜采用填筑河床后布設滿堂鋼管支架澆筑拱肋砼的方式，可以采用懸吊拱盔的辦法一次性澆筑拱肋和聯系梁砼。

3．1 懸吊軍用梁拱盔

1）在橋上自制油桶浮船，每4節油桶為1組，用L50角鋼焊接后吊車下放到墩臺處，做墩臺植筋的操作平臺。

2）在每跨的墩臺側面鉆孔安裝三腳架，采用膨脹螺栓固定，間距1m 為1道，架頂平行，鋪設20槽鋼，槽鋼兩端挑出墩臺外各約1m，做拱盔水平移動承臺。

3）選用六四式軍用梁按拱肋弧形自制成拱盔，每跨每條拱盔由9片軍用梁組成，上懸桿直接銷結，下懸桿由Ⅰ8工字鋼自制后銷結，每道拱盔重約3t，每跨設置3道拱盔；用吊車吊裝第一道拱盔，下放到槽鋼承臺上，手動葫蘆緩慢拖移至拱中，其他的拱盔拖移到外拱肋下。圖4所示為拱盔立面圖。

圖3 拱盔立面圖

4）在每跨的橋面上采用?75mm鉆頭鉆孔（按設計的吊桿位置），穿過腹拱圈和主拱波，做吊桿通道。

5）安裝懸吊系統。其上托在橋面，先墊雙肢枕木，枕木上安裝40cm 雙肢Ⅰ22b工字鋼；在拱盔拱腳處先用L型20mm 厚鋼板作托架 （長70cm），與軍用梁銷結，然后擰緊拱腳的?32mm 精軋螺紋鋼水平拉桿；在拱盔拱腳設12m 雙肢Ⅰ22b工字鋼做懸吊系統的下托。圖4所示為拱盔拱腳處懸吊大樣圖。

6）提升拱盔。每跨設6道懸吊，采用?32mm 精軋螺紋鋼做吊桿，JLM－32螺母，將每道拱盔提升到拱盔設計位置上。

7）布設拱盔橫向聯系梁。拱盔上每2m 布置橫向12m 長Ⅰ8工字鋼上下聯系梁，采用U 型鎖扣固定，下連系梁上安裝木方和跳板，做人行通道，圖5為拱盔橫向布置圖。

圖4 拱腳懸吊大樣圖

8）安裝模板和小型腕扣支架。在Ⅰ8工字鋼梁上縱向布置間距60cm?50mm 弧形鋼管，腕扣托架支撐在Ⅰ8 工字鋼梁上，在弧形鋼管上布置間距40cm 橫向6×9小方木，在方木上鋪設1．5cm 厚竹模板，做底模，側模和頂模也采用1．5cm 厚竹模板加工而成，每道拱肋和連系梁的模板須全封閉．

9）安裝砼導流通道。①墩臺身砼澆筑。在第1個腹拱中間鉆一個?100mm 孔洞，導管從橋面邊沿接入漏斗，砼可直接引流，附著振動器振搗。②邊肋砼澆筑。在邊肋拱頂處模板開孔，接入導管與橋面漏斗連接。中肋砼澆筑。在中肋頂部邊沿 （拱肋加寬部分），在橋面上鉆一個?100mm 孔洞，穿過拱波，直接引流入拱肋模板。

10）砼配置基本要求。選用細石砼，粉煤灰在水泥中的摻加量約為20%～30%，坍落度控制在220～240mm。

11）砼澆筑順序為先墩臺加固砼，后邊肋砼，再中肋砼，聯系梁同時完成。

12）拆除懸掛拱盔。待砼強度達到設計強度的80%以后方可拆除拱盔，具體方法如下：①在橋面上的每個懸掛點安排1個人負責擰動吊點螺母，統一指揮，松動幅度相同，落下50cm 后暫停；②拆除拱盔上的模板、方木、腕扣支架；③繼續同時下放拱盔，落至拱盔水平移動承臺，拆除拱盔間的橫向連系，臨時固定拱盔；④手動葫蘆將拱盔逐個緩慢拖移至拱圈外沿，吊車調到橋面，施工其他跨徑的拱肋砼。

3．2 滿堂臺階鋼管支架懸吊

1）將墩身加貼的植筋砼寬度由設計的20cm 加寬到40cm，其中20cm 做托架拱腳處支點。

2）在30m 跨徑長度范圍內、在第1條拱肋內側20cm 處，在橋面上鉆孔穿過主拱拱波，鉆孔直徑?75mm，間距 （0．4＋3．6）m、5．5m、5．5m、5．5m、5．5m、 （3．6＋0．4）m；在橋面橫斷面的間距0．7m、3．75m、3．75m，總共3道。圖6所示為滿堂支架立面圖。

3）上吊桿安裝。在鉆孔處現安裝雙肢枕木，在枕木上安裝雙肢Ⅰ22b工字鋼焊接，長40cm，加墊板后下放?32mm 精軋螺紋鋼吊桿，拎上JLM－32螺母。圖8所示為上吊桿安裝示意圖。

4）下吊桿安裝。浮船運雙肢Ⅰ22b工字鋼至吊桿處，橫橋向通長12m，吊桿穿過雙肢Ⅰ22b工字鋼上的預留的3個孔口，拎上JLM－32螺母，采用上拎螺母使工字鋼就位。圖8所示為下吊桿托架示意圖。

5）安裝縱梁。在雙肢Ⅰ22b工字鋼安裝Ⅰ16b工字鋼縱梁3道，邊跨長4．0m、中跨6．0m，間距3．75m，工字鋼之間采用U 型扣件。

圖5 拱盔橫向布置圖

6）安裝橫向分配梁。在Ⅰ16b工字鋼縱梁上安裝分配梁Ⅰ12工字鋼，邊跨間距60cm，中跨間距110cm，工字鋼之間采用U 型扣件。

圖6 滿堂支架立面圖

7）安裝滿堂鋼管支架。橫向間距100cm，水平掃地桿高度20cm，步長100cm；X 斜桿每排須布設，步長100cm，各臺階式拱架之間通過剪力斜桿連接為受力整體。

8）模板安裝。按常規方法制作拱肋模板，采用全密封系統，頂部預留2道砼進入口，可控制性的澆筑每條拱肋砼，主要以對稱為主。

9）砼澆筑順序。建議先澆筑中肋，砼引流管布置在跨中，在2個拱腳方向，砼的注入在每條拱肋上須平衡施工，這樣可以防止懸吊支架失穩。

4 結語

圖7 上吊桿安裝示意圖

為了解決雙曲拱橋運行多年后承重結構出現的常規病害問題，采用懸吊軍用梁拱盔和滿堂臺階鋼管支架的辦法對樂天溪雙曲拱橋進行進行一次性整體澆筑拱肋及聯系梁，該橋梁經過結構加固后，其承載能力得到很大提高。同時，利用懸吊法一次性施工拱肋砼還有如下優點：①利用拱肋加固構件重量輕的特點，選用懸吊拱盔，對拱盔結構強度要求低，操作簡單方便，能重復使用且節約成本；②施工工期短，比其他辦法至少節約2 周的施工期；③拱肋成型后強度完整，無砼施工縫；④不受施工場地條件限制，不受水位及河床地形影響。此外，該方法同樣適用于高架梁橋梁底的加固，如粘帖鋼板、貼碳纖維、體外預應力等。因此，該方法具有較好的應用前景。

圖8 下吊桿托架示意圖

［1］鐘勇．雙曲拱橋的加固設計與施工 ［J］．公路與汽運，2007，22 （1）：111～114．

［2］王敏初，李茂川，陳星．北京大關雙曲拱橋加固改造實踐 ［J］．山西建筑，2009，35 （15）：343～345．

［3］張道省，崔士強．雙曲拱橋加固應用技術 ［J］．遼寧交通科技，2002 （3）：31～32．