雙曲拱橋的病害分析與加固技術探討

宋紅革

摘 要：本文針對雙曲拱橋的主要病害進行了原因分析，并通過近年來對本地區數座雙曲拱橋的加固改造工程實踐，主要探討了雙曲拱橋的加固技術。

關鍵詞：雙曲拱橋；病害分析；加固方法；探討

中圖分類號：U445.72 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）17-0092-02

據調查，在甘肅省乃至全國，修建于20世紀80年代以前的橋梁，尤其是雙曲拱橋數量較多，但隨著公路事業的不斷發展，交通量以及超重車輛的迅速增加，大部分雙曲拱橋都出現了不同程度的病害，許多已成為危橋。平涼市的舊雙曲拱橋數量也比較多，很多分布在國、省道上，大部分修建于20世紀七八十年代，多屬三四類不良狀況或承載力不足的橋梁，這已嚴重影響公路行車安全和經濟發展的需要，加固改造這些橋梁已是勢在必行。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

按照病害發生部位的不同，雙曲拱橋的常見結構性病害主要有主拱圈病害、拱上建筑病害及墩臺、基礎的病害等，而裂縫則是各種病害的主要表現形式。其原因主要有以下幾個方面：（1）結構本身的不足。雙曲拱橋的橫向聯系薄弱，整體性差，易開裂；各構件砼齡期相差較大，易形成裂縫；結構的用鋼量少，使裂縫進一步發展惡化。（2）設計缺陷。雙曲拱橋拱肋截面過小，強度、橫向聯系不足，拱上建筑構造、橋面結構不當以及以前設計荷載等級和標準偏低。（3）施工原因。施工方法不當，施工工藝簡單，施工質量控制不嚴，施工設備簡陋以及施工中所使用的材料質量不符合要求。（4）使用因素。長期大交通量、超重荷載的行駛是橋梁損壞的主要因素，而由于缺乏養護，重視程度不夠等原因造成養護不及時導致橋梁病害不斷發展。（5）環境因素。不可預見的交通碰撞事故，地震、洪水等自然災害是造成橋梁損壞的主要因素之一，而長期在自然環境、化學腐蝕及周邊出現不均勻沉降等作用下，會逐漸老化，產生損壞現象的破壞，這是一個不可逆轉的過程。

2 主要的加固技術

2.1 增大截面法加固

根據不同的加固目的和要求，采用鋼筋、砼或鋼筋砼來增大構件的截面和配筋，以達到提高構件的截面承載力、剛度、穩定性和抗裂性目的，也可用來修補裂縫，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

當拱肋的強度不足時，通常采用單側、雙側或三側加固，以及四周外包加固，用鋼筋砼外包拱肋來增大拱肋的截面面積和配筋率，提高拱肋的剛度、強度及抗彎剛度和荷載等級，并限制或減少主拱肋的繼續變形。如莊浪北河橋就采用外包砼局部加大邊肋截面的方法進行加固補強的，原邊拱肋截面為20cm×31.5cm，在不改變原拱軸線形的情況下，對邊肋進行外包C25鋼筋砼L型加固，邊肋內側粘貼10cm鋼板補強，將拱肋截面加大為40cm×56.5cm，取得了較好的加固效果。

對于空腹式雙曲拱橋，主拱圈在支承斷面上存在較大的水平推力和負彎矩，而通常拱板內僅設置構造鋼筋，抵抗負彎矩的能力較差。可通過在拱背上緣增設受力鋼筋承受拉應力、現澆混凝土增大截面面積及抵抗矩，達到同時提高抵抗水平推力和負彎矩的能力。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澆混凝土加固法，在距拱腳最近的兩個腹孔范圍內的拱背上緣現澆10-15cm厚C25鋼筋混凝土，以增強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

借助高速噴射機械，將新混凝土混合料連續地噴射到已錨固好鋼筋網的受噴面上，凝結硬化形成鋼筋混凝土，從而增大主拱圈的受力截面和補強鋼筋，加強結構的整體性能，使其能夠承受更大的外荷載作用。

2.1.3 填芯加固法

通過在雙曲拱橋拱波內填筑混凝土，來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。在加固過程中，上部結構必須先卸載，使原拱圈釋放部分應力，然后才能施工拱波內腔填芯，莊浪南河橋、華亭南河橋就采用了這種加固方法，達到了預期的加固效果。

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，主要是通過在主拱肋受拉區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，一般采用環氧樹脂或專用粘鋼膠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座舊雙曲拱橋加固改造中得到了廣泛的應用，均在拱肋兩側及底面U型用專用粘鋼膠粘帖鋼板加固，加固效果顯著，達到了補強的目的。

2.2.2 粘貼碳纖維布加固

碳纖維布是一種新型建材，因其質輕、耐腐蝕、片材很薄，抗拉強度高，而被廣泛用于橋梁的補強和加固中，以提高構件的剛度，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度不相同，因此加固時必須正確掌握纖維的布置方向，并根據不同的結構部位和受力特性，選擇相應的碳纖維布進行加固。

2.3 增強拱肋間橫向聯系

雙曲拱橋主拱圈是由多個構件組合而成的，各構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，其拱肋間橫向聯系往往比較薄弱，因此需對橫向聯系予以加強。加強橫向聯系的方法包括增設橫隔板（或橫系梁）、對原橫系梁外包混凝土等。新增槽鋼橫系梁法也在我總段數座舊雙曲拱橋加固改造中得到了廣泛的應用，加固效果顯著。

2.4 體外預應力加固主拱圈

通過在拱頂附近增設直線形或折線形體外預應力筋，可以改善主拱圈拱頂截面的應力狀態，將構件受力狀態由受拉變為受壓，從而主動地提高該截面的承載能力。還可通過新增主拱圈鋼承托并施加預加壓力，實現對原主拱圈的部分卸載，降低主拱圈的應力水平，達到有效提高承載能力的目的。

2.5 改變拱上建筑結構形式

對拱式拱上建筑雙曲拱橋可以從主拱圈上（拱背）加固主拱圈，即通過拆除拱式拱上建筑中的傳力結構（拱上填料、側墻、護拱），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。對于拱上建筑已經松動了的雙曲拱橋，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、增設蓋梁和腹拱墩后，再設置橋面板，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，上鋪預制橋的形式，達到了補強的效果。

2.6 拱上換填減輕主拱圈的荷載

將現有實腹段拱上填料予以挖除，以較輕的高強材料（如陶粒混凝土）換填，同時加設防水層。當然，拆除原拱上填料時應由跨中對稱地向拱腳方向進行。華亭南河橋就采用這種方法，挖除原腹拱及拱上填料，在原護拱頂及拱背上新增混凝土橫墻，橫墻間采用爐渣回填密實，橋面改為防水鋼筋混凝土鋪筑層，加固效果顯著。

3 結語

危舊橋梁加固改造任務繁重，意義重大，尤其是近年來雙曲拱橋的加固技術不斷發展，加固新工藝、新材料、新設備得到了廣泛的應用。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，加固前應科學分析橋梁病害原因，合理選擇加固方案。平涼公路管理局近年來通過對莊浪南湖橋、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，說明了這些加固方案是行之有效的。

參考文獻

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