过渡湾大桥加固技术研究

刘书义 鄂德军

0 引言

双曲拱桥的建设起源于20世纪60年代。在我国桥梁的早期建设中，因其具有造价低廉、材料节约、施工简便、结构轻巧美观等优点，被广泛的采用，并对我国桥梁发展事业起到了积极作用。

双曲拱桥虽然轻巧简便，但随着理论研究的不断深入，交通量与车辆载重的不断增加，其缺点愈发明显。双曲拱桥由于当时片面强调节省材料，结构用钢量普遍偏少，且施工质量也未能达到有效的控制，随着社会经济的发展，交通量急剧增大，双曲拱桥结构整体性差，易开裂的缺点十分明显。大部分双曲拱桥都出现了不同程度的病害，对交通安全产生了巨大的隐患。因此，对于双曲拱桥的加固具有重要的意义。传统的加固方法，对于桥梁承载能力的提升效果不大，同时在经济上的耗费偏多，本文以过渡湾大桥为例，阐明拱背加固在双曲拱桥加固中具有良好的加固效果，并能使得桥梁加固经济、合理、适用。

1 工程概况

过渡湾大桥位于湖北省保康县境内S222省道上，于1973年1月建成通车。桥梁全长180 m，桥面总宽8.9 m，即0.95 m(栏杆及人行道)+7.0 m(行车道)+0.95 m(栏杆及人行道)。上部构造为3×50 m钢筋混凝土双曲拱，主孔矢跨比1/6，主拱圈由6根拱肋、5道拱波组成，每孔拱肋之间设置9道横系梁。下部构造为重力式墩台，扩大基础。原设计荷载等级为汽车—15级，挂—80。桥梁加固前如图1所示。

2 桥梁病害分析

该桥建成年代久远，已投入使用多年。由于近年来，随着经济发展的进步，交通量增加速度迅速，同时该桥的保养措施未能到位，桥梁出现了不同程度的病害，对于桥梁结构安全已经造成了一定的危害，故对于该桥的病害查明与分析十分重要，将给后续加固工作提供一定保障。

2.1 桥梁病害调查

技术人员对桥梁进行了现场调查，该桥主要存在以下几点病害:

1)桥梁整体刚度差，主拱圈施工时存在一定问题，混凝土风化剥落现象较为严重，多处存在钢筋外露的现象，拱波存在一定的纵向开裂，腹拱圈预制件大部分松动、错位。2)1号桥墩受水流冲刷严重，桥台锥坡破损较严重。3)人行道板和栏杆柱大部分损坏，桥面铺装损毁严重。

2.2 病害分析

该桥出现的病害主要是由于原设计荷载偏低，横向联系较弱，尺寸较小等原因造成的。其钢筋含量偏低，拱肋受力不均匀，同时该桥受雨水冲刷较为严重，桥梁排水受阻也是产生较大病害的原因之一。

3 加固措施

3.1 主要加固思路

1)主拱圈加固方法众多，拱圈下部加固施工难度较大，且质量不容易控制。拱背加固对于该类型桥梁加固效果明显，而采取重点加强拱脚、拱顶两个控制截面，则能够充分节省加固材料，利用主拱圈的富余截面。

2)由于双曲拱桥“化整为零”的施工方法，截面的整体性较差，特别是采用预制安装法施工的横系梁，更为突出，因而增强横向联系的意义更为重大。加固时应从增加横系梁数目或横系梁尺寸考虑，对桥梁进行加固。

3.2 加固方法

3.2.1 主拱圈及腹拱圈加固

为了有效地加强拱脚截面，采用钢筋混凝土加强拱背的方法。加强拱背的现浇钢筋混凝土，在拱脚截面处厚度为45 cm，在2号腹拱墩处厚度为25 cm，其间逐渐变化，使拱圈的抗弯能力提高50%以上。同时，对于露筋部分，需用环氧树脂混凝土进行补强。拆除侧墙及拱上填料，更换破损的腹拱圈。

采用此法加强拱脚，可显著增大拱脚区段的截面刚度，在受力方面，有变截面无铰拱的特性。与等截面无铰拱比较，变截面无铰拱拱脚的负弯矩随拱脚刚度的增加而增大，对拱顶的正弯矩有“卸载”的作用，即拱脚刚度愈大，拱顶的正弯矩愈小。因此按此法在加强拱脚这个控制截面的同时，实际上也帮助了拱顶截面，即减少了拱顶截面的正弯矩。利用拱顶弯矩影响线同样也可看出加强拱脚后，控制拱顶截面强度验算的正弯矩实际是减小的(见图2)。因此这种加固方法有利于改善拱脚、拱顶两个控制截面的受力状态，从而提高拱桥的承载能力。

上部结构加固示意图见图3。

3.2.2 横系梁

原横系梁截面尺寸偏小，为了增强横向联系，需对原横系梁的尺寸进行加大。增强横向联系之后，可使荷载在横桥向分布比较均匀，避免因横向联系不足而产生的各种问题。

3.2.3 桥墩、桥台

桥墩处冲刷严重，需增设桥墩处海底铺砌;拆除旧的桥台锥坡后新建。

3.2.4 桥面铺装及栏杆

凿除旧的桥面铺装，拆除人行道、栏杆，重新浇筑桥面铺装，设置必要的胀缝、缩缝，浇筑人行道、栏杆，敷设排水系统，利用旧的人行道挑梁。

4 加固效果

采用此方法对该桥进行加固，不仅使得桥梁抗力强度得到了有效的增加，同时提高了桥梁的整体性能，增加了桥梁通行荷载，加强了结构刚度。该桥加固完成后，至今已使用近2年了，通行状况良好，桥梁性能得到了充分的发挥，桥梁病害得到了有效的治理与控制。桥梁加固后效果图见图4。

5 结语

1)我国大部分双曲拱桥投入使用多年，绝大部分都出现了不同程度的病害，对于双曲拱桥的加固维修势在必行。合理的加固方法，对于提高桥梁的使用寿命，加强桥梁承载能力十分重要。

2)拱桥加固时，应重点加固主拱圈及上部结构;对于下部结构，由于其计算时存在富余的原因，可针对情况，选择适当加固方法，或不进行加固。

3)采用加厚拱背方法对双曲拱桥进行加固，施工工艺简单，节约材料，造价低廉，加固效果明显，是一种能够针对该桥型有效增强其承载能力的加固方法。

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