三跨连续双曲拱桥病害原因分析及加固措施

刘超

摘 要 钢筋混凝土双曲拱桥是上世纪60～70年代建设最多的一种拱桥型式，对我国的交通事业做出了巨大贡献，然而至今此类桥型病害较多，对交通安全构成威胁。本文以某双曲拱桥维修加固案例为工程背景，提出了有效的加固方法，并对该桥加固前后结果做荷载试验对比验证。

关键词 双曲拱桥 病害分析 荷载试验 维修加固

中图分类号：U445 文献标识码：A

双曲拱桥最早出现于20世纪60年代初期，由于它造型美、造价低、施工快、材料省等优点，当时在全国范围内得到大量推广使用，由于双曲拱存在先天不足，特别是在大交通量、长期重荷载作用下，大部分双曲拱桥出现不同程度的病害。对比拆除重建，维修加固更具有显著的经济效益和社会效益，本文以某双曲拱桥维修加固案例为工程背景，并对该桥加固前后结果做荷载试验对比。

1加固桥梁概况

该桥为三跨连续钢筋混凝土双曲拱桥，跨径组合为3？3m，矢跨比1/6，横向4肋3波，主拱肋及拱上建筑为钢筋混凝土结构，拱墙为砖石料砌体结构，该桥全长46m，其中两端各有3.5m实腹段，桥面总宽8.0m，桥面布置为0.25m（防护栏）+7.5m（车行道）+0.25m（防护栏）。下部结构为重力式实体桥墩和加后座的U形桥台。设计荷载等级为汽车-10级，验算荷载为履带-50。

2病害状况及其荷载试验

2.1桥梁病害状况

2.1.1主拱圈病害

主拱圈拱顶普遍下挠，下降1～2cm，而且上、下游下降值很不一致。拱波波腹顶部出现局部纵向裂缝；拱波与拱肋连接处多处开裂。边拱肋出现长约50cm的环向裂缝。

2.1.2腹拱、横墙病害

腹拱跨中多处出现横向裂缝，腹拱拱波連接处多处纵向开裂。拱波波腹顶部出现局部纵向裂缝；拱波与拱肋连接处多处开裂。

2.1.3桥面系病害

桥面破损现象比较严重，分散裂缝较多，伸缩缝处裂缝尤其发达，桥梁两端桥面破碎特别严重。个别路缘石移位，栏杆损坏严重。

2.2桥梁荷载试验鉴定

在设计荷载“汽车-10级”车道荷载（无人群荷载）作用下，应用动态规划加载法计算出各片拱肋在设计荷载作用下的内力效应，求得1#拱肋（边拱肋）拱脚最大轴压力和负弯矩力分别为-9.20E+04N和-1.38E+04N.m，1#拱肋拱顶受正弯矩最大为1.12E+04 N.m。本次试验采用沙包加载，共需要460个沙包（单包重50？kg；总重约23t），试验步骤分为3级加载和1级卸载共4个工况，鉴于结构状态较差病害较多，试验荷载加载效率取0.95。

在使检测跨拱顶最大正弯矩、拱脚最大轴压力和最大负弯矩达到加载效率工况下，拱顶位置的测点的最大弹性挠度实测值为0.78mm，而对应的理论计算挠度为0.72mm，两者的比值为1.09，测试结果总体比较离散，挠度测试指标均不能满足《大跨径混凝土桥梁的试验方法》和校验系数的要求。

残余变形的测试结果及实测应变与荷载效率关系的实测结果表明，该桥结构弹性工作性能明显退化；

动载试验测试拱跨各测点的地脉动实测加速度时程曲线及频谱，动测数据分析表明：测试跨（3#～4#拱跨）的一阶自振频率值为5.402，而对应的理论计算一阶频率为6.766Hz，实测值小于理论计算值，表明该桥实际刚度较小，工作性能较差，振动响应微弱，主频峰值不明显。

从变形实测结果来看，由于该桥桥龄较老，裂缝较宽，使得实测结果与理论计算值间的偏差增大并出现较大的离散性。总体说来该石拱桥主要承重结构的整体性能较差，结构材料性能退化非常严重。应变及裂缝实测结果表明，该桥主要承重结构的拱圈性能严重受损。

3维修加固措施

3.1主拱圈维修加固

拱肋加固采用粘结钢板法，将钢板粘结在原结构受拉侧，采用环氧树脂作为粘结剂，钢板和混凝土之间采用加压膨胀螺栓紧固。拱波裂缝宽度普遍大于0.15mm，先采用注胶法对裂缝修补，再粘贴碳纤维布补强。拱肋和腹拱维修加固见图2，拱波维修加固见图3。

3.2拱上建筑维修加固

腹拱采用锚喷混凝土法加固，首先凿除原腹拱混凝土保护层，直至露出主筋，然后种植锚固筋，焊接钢筋网，清除界面残渣，最后一次喷射完成混凝土保护层，确保新旧混凝土形成整体。腹拱维修加固见图2。

3.3横系梁维修加固

通过荷载试验，发现该桥横向联系较弱，不拆除原有的横向联系梁，而是用喷锚技术施工每跨增加两道预应力混凝土横系梁，提高桥跨的整体受力性能，拱波的纵向开裂也得到有效控制。

3.4桥面系整治

将原桥的桥面铺装凿除，拆除原有栏杆、路缘石，安装预制的栏杆、灯柱、路缘石、热融式无缝伸缩装置。分左右两幅依次浇筑成型新的防水性能良好的钢筋混凝土路面。

4维修加固效果

整治加固后的大桥重新进行静、动荷载试验，试验方法、加载量级均不变。静载试验的主要检测数据见表1（挠度值向下为正，单位为mm）。

表1：加固前后试验荷载工况下各测点挠度的实测值和计算值比较（mm）

从表1可以看出，加固后实测挠度值比加固前要小，而且还小于理论计算值。通过动载试验测得加固后的一阶自振频率为7.12Hz，加固后自振频率有所提高。

通过加固前后荷载试验结果表明，结构刚度和整体性得到较大提高，桥梁的实际承载力能满足设计荷载等级要求，维修加固效果良好。

参考文献

[1] 铁组YC4-4/1978科研专题，大跨径混凝土桥梁的试验方法[S].

[2] 交通部.公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）[M].人民交通出版社，1989.