双曲拱桥的病害分析与加固技术探讨

宋红革

摘 要：本文针对双曲拱桥的主要病害进行了原因分析，并通过近年来对本地区数座双曲拱桥的加固改造工程实践，主要探讨了双曲拱桥的加固技术。

关键词：双曲拱桥；病害分析；加固方法；探讨

中图分类号：U445.72 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）17-0092-02

据调查，在甘肃省乃至全国，修建于20世纪80年代以前的桥梁，尤其是双曲拱桥数量较多，但随着公路事业的不断发展，交通量以及超重车辆的迅速增加，大部分双曲拱桥都出现了不同程度的病害，许多已成为危桥。平凉市的旧双曲拱桥数量也比较多，很多分布在国、省道上，大部分修建于20世纪七八十年代，多属三四类不良状况或承载力不足的桥梁，这已严重影响公路行车安全和经济发展的需要，加固改造这些桥梁已是势在必行。为此，分析双曲拱桥的病害及原因，探讨其可行的加固改造方案就具有十分重要的意义。

1 病害及原因分析

按照病害發生部位的不同，双曲拱桥的常见结构性病害主要有主拱圈病害、拱上建筑病害及墩台、基础的病害等，而裂缝则是各种病害的主要表现形式。其原因主要有以下几个方面：（1）结构本身的不足。双曲拱桥的横向联系薄弱，整体性差，易开裂；各构件砼龄期相差较大，易形成裂缝；结构的用钢量少，使裂缝进一步发展恶化。（2）设计缺陷。双曲拱桥拱肋截面过小，强度、横向联系不足，拱上建筑构造、桥面结构不当以及以前设计荷载等级和标准偏低。（3）施工原因。施工方法不当，施工工艺简单，施工质量控制不严，施工设备简陋以及施工中所使用的材料质量不符合要求。（4）使用因素。长期大交通量、超重荷载的行驶是桥梁损坏的主要因素，而由于缺乏养护，重视程度不够等原因造成养护不及时导致桥梁病害不断发展。（5）环境因素。不可预见的交通碰撞事故，地震、洪水等自然灾害是造成桥梁损坏的主要因素之一，而长期在自然环境、化学腐蚀及周边出现不均匀沉降等作用下，会逐渐老化，产生损坏现象的破坏，这是一个不可逆转的过程。

2 主要的加固技术

2.1 增大截面法加固

根据不同的加固目的和要求，采用钢筋、砼或钢筋砼来增大构件的截面和配筋，以达到提高构件的截面承载力、刚度、稳定性和抗裂性目的，也可用来修补裂缝，主要有锚喷混凝土法、外包砼法、填芯加固法三种。

2.1.1 外包砼法

当拱肋的强度不足时，通常采用单侧、双侧或三侧加固，以及四周外包加固，用钢筋砼外包拱肋来增大拱肋的截面面积和配筋率，提高拱肋的刚度、强度及抗弯刚度和荷载等级，并限制或减少主拱肋的继续变形。如庄浪北河桥就采用外包砼局部加大边肋截面的方法进行加固补强的，原边拱肋截面为20cm×31.5cm，在不改变原拱轴线形的情况下，对边肋进行外包C25钢筋砼L型加固，边肋内侧粘贴10cm钢板补强，将拱肋截面加大为40cm×56.5cm，取得了较好的加固效果。

对于空腹式双曲拱桥，主拱圈在支承断面上存在较大的水平推力和负弯矩，而通常拱板内仅设置构造钢筋，抵抗负弯矩的能力较差。可通过在拱背上缘增设受力钢筋承受拉应力、现浇混凝土增大截面面积及抵抗矩，达到同时提高抵抗水平推力和负弯矩的能力。这种加固方法，它不仅加固了拱圈，而且将原貌开裂的拱连接在一起，有利于桥面排水。如庄浪南湖桥、北河桥都采用了这种拱背上缘现浇混凝土加固法，在距拱脚最近的两个腹孔范围内的拱背上缘现浇10-15cm厚C25钢筋混凝土，以增强主拱圈拱脚截面的承载能力，加固效果显著。

2.1.2 锚喷混凝土法

借助高速喷射机械，将新混凝土混合料连续地喷射到已锚固好钢筋网的受喷面上，凝结硬化形成钢筋混凝土，从而增大主拱圈的受力截面和补强钢筋，加强结构的整体性能，使其能够承受更大的外荷载作用。

2.1.3 填芯加固法

通过在双曲拱桥拱波内填筑混凝土，来增大主拱圈断面的面积，从而提高桥梁承载能力的一种加固方法。在加固过程中，上部结构必须先卸载，使原拱圈释放部分应力，然后才能施工拱波内腔填芯，庄浪南河桥、华亭南河桥就采用了这种加固方法，达到了预期的加固效果。

2.2 粘贴法加固

粘贴法有粘贴钢板法、粘贴钢筋法、粘贴碳纤维布加固三种，主要是通过在主拱肋受拉区底缘或受力薄弱部位粘贴钢板、钢筋或碳纤维布等材料，以提高主拱肋的抗拉能力和承载能力。

2.2.1 粘贴钢板法

粘贴钢板法是拱桥常用的加固方法，一般采用环氧树脂或专用粘钢胶将钢板或钢筋粘贴在砼拱肋表面，使钢板或钢筋与主拱肋形成整体来受力，从而有效地提高至拱圈的刚度和抗裂性。粘贴钢板法在我总段数座旧双曲拱桥加固改造中得到了广泛的应用，均在拱肋两侧及底面U型用专用粘钢胶粘帖钢板加固，加固效果显著，达到了补强的目的。

2.2.2 粘贴碳纤维布加固

碳纤维布是一种新型建材，因其质轻、耐腐蚀、片材很薄，抗拉强度高，而被广泛用于桥梁的补强和加固中，以提高构件的刚度，承载力及延性。碳纤维片材因排列方向不同而使各方向拉伸强度不相同，因此加固时必须正确掌握纤维的布置方向，并根据不同的结构部位和受力特性，选择相应的碳纤维布进行加固。

2.3 增强拱肋间横向联系

双曲拱桥主拱圈是由多个构件组合而成的，各构件间能否共同工作将直接影响主拱圈的承载能力。而早期修建的双曲拱桥，其拱肋间横向联系往往比较薄弱，因此需对横向联系予以加强。加强横向联系的方法包括增设横隔板（或横系梁）、对原横系梁外包混凝土等。新增槽钢横系梁法也在我总段数座旧双曲拱桥加固改造中得到了广泛的应用，加固效果显著。

2.4 体外预应力加固主拱圈

通过在拱顶附近增设直线形或折线形体外预应力筋，可以改善主拱圈拱顶截面的应力状态，将构件受力状态由受拉变为受压，从而主动地提高该截面的承载能力。还可通过新增主拱圈钢承托并施加预加压力，实现对原主拱圈的部分卸载，降低主拱圈的应力水平，达到有效提高承载能力的目的。

2.5 改变拱上建筑结构形式

对拱式拱上建筑双曲拱桥可以从主拱圈上（拱背）加固主拱圈，即通过拆除拱式拱上建筑中的传力结构（拱上填料、侧墙、护拱），使主拱和腹拱的拱背完全暴露，再在主拱圈的拱背上，根据需要浇筑钢筋混凝土或素混凝土，使主拱圈成为变截面的组合截面拱，然后接高立柱，按梁板式拱上建筑的程序完成改造施工。对于拱上建筑已经松动了的双曲拱桥，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、增设盖梁和腹拱墩后，再设置桥面板，形成梁板式拱式建筑。如庄浪南河桥就用了这种方法，拆除了拱肋以上的全部建筑，新建钢筋砼横墙，上铺预制桥的形式，达到了补强的效果。

2.6 拱上换填减轻主拱圈的荷载

将现有实腹段拱上填料予以挖除，以较轻的高强材料（如陶粒混凝土）换填，同时加设防水层。当然，拆除原拱上填料时应由跨中对称地向拱脚方向进行。华亭南河桥就采用这种方法，挖除原腹拱及拱上填料，在原护拱顶及拱背上新增混凝土横墙，横墙间采用炉渣回填密实，桥面改为防水钢筋混凝土铺筑层，加固效果显著。

3 结语

危旧桥梁加固改造任务繁重，意义重大，尤其是近年来双曲拱桥的加固技术不断发展，加固新工艺、新材料、新设备得到了广泛的应用。并且每座桥梁的损坏形式和程度各不相同，加固方案也不能一概而论，因此，加固前应科学分析桥梁病害原因，合理选择加固方案。平凉公路管理局近年来通过对庄浪南湖桥、南河桥、北河桥以及华亭北河桥等十几座双曲拱桥的加固，都取得了比较满意的加固效果，说明了这些加固方案是行之有效的。

参考文献

[1]谌润水.双曲拱桥加固改造成套技术[S].北京：人民交通出版社，2009.endprint