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，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。基礎(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，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，強度儲備高，在極端超載下無異常；自重大，活載影響相對小；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，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)威檢測機構(gòu)檢測認證，各項性能指標滿足現(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，為了保證補加的混凝土正常工作，也需要適當配置構(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強部位結(jié)構(gòu)內(nèi)，掛設(shè)補強鋼筋網(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強鋼筋、加強結(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。或者在拱圈的跨中和1/4處主拱圈拱背和拱腹植筋，施工一圈鋼筋混凝土進行局部加固。

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)護維修的工作嚴重滯后，經(jīng)常出現(xiàn)橋梁垮塌，影響生命財產(chǎn)的事故。