双曲拱桥加固方式研究

薛浩伟

（益阳市公路局，湖南 益阳 413000）

1 工程概况

某大桥位于某河上，于1972年建成通车。主桥为3×50m（净）等截面悬链线双曲拱桥，矢高6.25m，全长 178m；桥面宽度：净 9m＋2×1.5m（人行道），墩台为片石混凝土，见图1。

原设计荷载等级：汽－18，拖80。矢跨比：f/l= 1 /8。

图1 某大桥示意图（单位：m）

2 主要病害

经过外观检测与评定，大桥主要病害见表1：

表1 大桥主要病害

综合评定结论：该桥病害情况较严重，已不能满足设计和规范要求，为了保证该桥的安全运营，对该桥应进行全面的维修加固处理。

3 结构承载力分析与加固方案设计

3.1 计算假定

结构分析时，作如下假定：忽略横系梁的重量；整体温升考虑15℃，整体温降考虑10℃；考虑拱顶上部为实腹；上部温度升降速度比下部慢，取局部温差为10℃；考虑活载布置，设置虚拟水平桥面，不计重量，与下部结构铰接，腹拱实际与下面的盖梁连接为铰接，按实际情况处理；桥墩与拱身刚度比较大，取三跨中的一跨进行分析，不考虑连拱影响；主拱圈按无铰拱处理，分为36个单元，单元划分时考虑尽可能平均划分并注意与立柱的连接点，具体单元、结点划分见图2。

图2 有限元法单元划分

3.2 加固方案设计

（1）加固维修方案一

①主拱圈

拱肋从底面加高10cm，侧面两侧加宽8cm，锚喷C30混凝土；在拱背距拱脚约1/4跨内固定一层钢筋网，并现浇 10cm厚混凝土，以提高拱脚段抗负弯矩的能力；拱波底面外包钢筋网，锚喷C30混凝土，厚8cm。

主拱圈加固结构布置详见图3。

图3 主拱圈加固示意图

②横向联系

原横系梁改为横隔板，横隔板的加强筋钢筋网分别与拱波、拱肋焊接，并与原横系梁通过锚筋连接，并且在薄弱部位相应新增横隔板；横系梁加固构造详见图4。

图4 横系梁加固构造

③拱上立柱

采用钢丝网套箍加强，抹3cm厚水泥砂浆。

④腹拱

采用6cm厚C30锚喷混凝土加固，对于裂缝部位注C40水泥浆加固。

⑤0号桥台

采用15mm厚钢板锚固粘贴胸墙，对于裂缝部位注C40水泥浆加固。

⑥桥面系：铲除桥面铺装层19cm厚，对原桥填料进行压实，并铺筑9cm厚沥青混凝土桥面铺装。

（2）加固维修方案二

①拱波

对拱波的裂缝采用壁可法进行封闭处理。

②主拱肋

加大主肋截面，即将原拱肋之间用 15cm厚的加劲底板连结起来，以满足提高荷载等级的需要，具体方案见图5、图6。

图5 一般位置钢筋横断面布置图

图6 拱脚钢筋横断面布置图

③腹拱

将原腹拱植筋，并喷射C30砼层6cm，以增强其截面刚度。

（3）加固方案确定

经理论计算分析，方案二优于方案一，加固效果明显，加固后满足公路二级要求。

（4）设计施工要点

①加固施工顺序：加固横系梁－桥面卸载－加固主拱圈－加固立柱、横墙、腹拱圈（待主拱圈加固混凝土达到设计强度的70%后，再进行拱上建筑的加固施工）。

②拱肋、拱波、腹拱圈采用外包钢筋网，并用锚喷混凝土加大截面，施工时应严格按照下列锚喷混凝土施工工艺要求进行。

③凿毛并清洗被加固构件表面，以使喷射混凝土表面与原结构间有足够的粘结力，保证两种混凝土达到整体受力的设计要求；

④构件表面钻孔，锚杆设计直径为 φ10mm（Ⅱ级螺纹钢），选择直径为φ14.5mm的钻头，设计孔深度为8cm，孔中灰尘要冲洗干净；

⑤插入锚杆。锚杆作用：挂设钢筋网、加强新旧混凝土结合和增大结合面抗剪能力。锚杆设计直径为φ10mm，锚入深度为8cm，外露长度为6cm。用水泥砂浆将锚固钢筋嵌固在孔中；

⑥挂设钢筋网。钢筋网满布于主拱圈腹面，最小网格尺寸为30cm×25cm，纵筋直径为φ12mm及φ16mm（每拱肋下缘3根），横向钢筋直径为φ8mm。挂设时，单根钢筋紧靠锚杆就位，先绑扎后点焊于锚杆上，钢筋接头为搭接焊。

⑦喷射过程。喷射混凝土时，喷枪距离构件表面约0.8m至1.5m左右，先在构件表面喷一层水泥砂浆，再喷射混凝土，以利新旧混凝土更好地结合受力。喷射混凝土厚度每次 2cm～3cm，逐步加厚至设计厚度。

⑧隔板的施工

横隔板的加强筋钢筋网应分别与拱波、拱肋焊接，并与原横系梁通过锚筋连接。

⑨桥面施工

分层、分段对称均衡地拆除桥面荷载；彻底清除伸缩缝并重新铺设；原桥面铺装层剥离应从跨中位置开始分段对称地向支座方向进行，然后重新铺装沥青混凝土。

加固施工过程中，要保证新旧混凝土的可靠连接，使新旧混凝土协同受力。

4 加固前后效果试验对比

4.1 静载试验

大桥通过改变截面形式，加固前后，共动用20t重车6辆，进行了二种工况的静载试验，试验结果如下：

工况Ⅰ：拱顶截面最大正弯矩，各点变形见表2。

表2 挠度值

②工况Ⅱ：拱脚最大负弯矩，各点变形见表3。

表3 挠度值

从表2、表3可以看出，加固后的挠度实测值与加固前的挠度实测值相比，拱顶截面最大正弯矩最大挠度减少0.95mm，约占23.6%，拱脚最大负弯矩挠度减少0.15mm，约占22.4%。加固效果明显。

4.2 动测试验

经加固处理后全桥结构刚度明显增加，一阶自振频率加固前、后分别为2.93Hz、3.94Hz。表明一阶自振频率明显提高，说明结构刚度提高改变截面法加固双曲拱桥的方法切实可行。

5 结束语

某大桥为双曲拱，桥设计年份已久，经检测评定：主要存在设计荷载等级低，钢筋保护层偏低，钢筋锈蚀严重，拱肋、拱波开裂严重等，大部分结构呈现老化趋势，承载能力下降明显。为提高公路桥梁通行能力，对该桥加固提质研究显得日益重要，并对其进行了加固处理，经加固方案综合比较，该桥采用改变截面形式方案，通过加固处理完工后，最后进行荷载试验评定了该桥加固效果，发现该桥加固前后结构刚度与强度明显提高，改变截面法加固双曲拱桥的方法切实可行，收到了良好的社会和经济效果。

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