圬工拱桥病害及加固方法研究

储兵　杨未蓬

摘 要：为能够有效地处理圬工拱桥的缺陷，对主拱圈裂缝、拱圈石料风化脱落、腹拱变形开裂、侧墙外凸移位进行了研究分析，提出了针对主拱圈和石砌拱上建筑在不同适用范围的加固技术方法，为圬工拱桥的加固提供参考。

关键词：圬工拱桥；病害分析；加固方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.089

随着我国交通行业的迅速发展，对公路等级的要求的日渐提升，对那些低等级公路的改建加固也迫在眉睫。圬工拱桥因其取材方便、造价低、外形美观、施工工艺要求低等特点，在我国20世纪中期桥梁建设中迅速涌现，特别是在县乡道上所占比例较大。经过多年的运营，圬工拱桥受施工质量的不确定性、营运荷载不断增加和养护维修的缺陷等不利因素的影响，使得结构的自然老化以及损伤的积累，现役圬工拱桥渐渐地已经不能满足承载能力要求。针对这种情况，如果直接拆除重建，是最简单的方法，但是由于旧圬工桥拆除会耗费大量人力物力，中断交通；所以采取一种可行有效的方法，在不中断交通的情况下，对圬工拱桥进行相应的加固，恢复乃至提高圬工拱桥的极限承载力，延长桥梁的使用寿命。本文主要是对主拱圈和拱上建筑的病害类型及加固方法进行探索。

1 病害分析

1.1 主拱圈裂缝

主拱圈是最重要的受力构件，主要承受拱上建筑的荷载，以截面受压为主，主拱圈是决定拱桥的承载力和稳定性的关键因素，在圬工拱桥中主拱圈的纵、横向裂缝最为常见。横向裂缝主要发生在拱底截面，部分裂横向裂缝在荷载作用下逐步向上扩展成全截面裂缝，最主要的原因是主拱圈厚度值未达到设计要求；所开产的石块的力学强度值不够，使得主拱圈局部混凝土强度偏低；由外界环境如基础沉降等影响容易使得拱圈内部受力不均匀，造成主拱圈拱底开裂。

因修建年代久远，设计标准和施工质量较低，极易造成主拱圈纵向裂缝的产生。还有部分原因是桥梁受本身的特殊结构和特殊材料的因素影响，主拱圈在弯桥的离心力作用下会产生纵向裂缝；桥面铺装破损开裂，在雨水、温度、车辆冲击等外荷载作用下容易形成纵向裂缝[1]。

1.2 拱石风化、脱落

拱石风化是一个自然界中风化的过程，主要是石料在空气和水的作用下发生物理化学反应，石料的表面逐渐剥落。

在圬工拱桥大量修建的年代，由于施工人员技术水平较低，或者不重视施工过程中各种材料的质量检测，在主拱圈砌筑过程中砂浆强度不够，随着时间的流逝，在重车和超载车作用下形成巨大的冲击作用造成局部拱石脱落。

1.3 腹拱圈变形、开裂

拱桥的腹拱圈的功能要求是要满足在荷载作用下能够自由地变形，且腹拱圈的矢跨比设计要合理，否则易使腹拱脚处产生较大的水平推力，从而形成裂缝[2]；施工过程中主拱圈在哪个阶段落架对腹拱圈有着较大的影响，如果在腹拱修建完成后落架，主拱圈的变形将会对腹拱圈造成开裂。开始时腹拱圈只是出现较短的裂缝，长此以往，当腹拱圈的裂缝继续扩散到一定程度时，因受力过大而产生裂缝，主拱圈的强度降底。

1.4 侧墙变形、外凸

侧墙最常见的病害是开裂、外凸。在拱上填料的积水膨胀及汽车荷载作用下对侧墙容易造成水平推力，进而侧墙向外倾斜和侧移，桥面则产生塌陷或沉降[3]，最主要的原因是由于施工质量不过关造成的砌筑材料整体性差和抗推稳定性不够。

2 主拱圈加固方法

目前国内外对主拱圈的加固采用的方法有：增大截面加固法、体外预应力加固法、粘贴加固法。

2.1 增大截面法

增大截面法主要用于提高主拱圈的承载力，使之满足正常的使用要求。这种方法适用于拱圈变形开裂、拱石脱落等病害。对于主拱圈的加固施工中可以选择多种方法来实现截面增大的目的，其中以钢筋混凝土材料套箍封闭主拱圈加固技术较为成熟，即沿主拱圈外环增设一层钢筋混凝土套箍层，加固效果最为明显来达到提高原拱桥承载力的目的[4]。

2.2 体外预应力加固法

梁式桥梁中体外预应力加固法最为常用，在拱桥主要适用于拱圈裂缝和拱顶产生向下的挠度的情况。用于拱桥体外预应力加固一般是选择钢筋、钢绞线或高强度钢丝等材料，张拉预应力后对拱桥产生的内力效应能够抵消自重和外荷载的作用[5]，进而提高主拱圈的承載能力。加固法可以根据预应力张拉方向分为纵向、横向张拉两种：沿桥梁横向张拉预应力钢筋可以解决主拱圈纵向开裂的问题；沿桥梁纵向张拉预应力钢筋可以解决主拱圈横向开裂或桥台位移、拱顶下挠的问题。

2.3 粘贴加固技术

粘贴技术主要是选用抗拉强度较大的材料，其中包括钢板、钢筋、碳纤维，再利用环氧树脂或建筑结构胶等粘粘剂使之与原有旧主拱圈粘贴形成一个整体结构，进而提高圬工拱桥主拱圈的抗弯拉和抗剪强度，改善桥梁的应力分布状态从而有效地抑制裂缝扩散。

3 拱上建筑加固方法

对于石砌拱上建筑的加固方法，通常改建轻型拱上建筑法、侧墙对拉钢筋法、设置斜锚杆法或竖向锚杆法等。

3.1 改建轻型拱上建筑法

对于拱桥的石砌拱上建筑结构部分，如果出现比较严重的病害缺陷，或者主拱圈的承载力降低，急需减轻拱上建筑的重量，可将其替换为低密度的钢筋混凝土梁式结构形式。则需要在主拱圈中植入立柱钢筋，对主拱圈损伤较大，且造价较高。

3.2 侧墙钢筋对拉法

在拱桥两侧墙上钻孔植入钢筋，锚固并对称张拉钢筋，施加横向预应力。在不影响交通的情况下，钻孔施加预应力，能够减少对桥梁结构的扰动影响，加固时间短，但对于拱上建筑填料如果采用的是鹅卵石等大块石料，在钻孔过程中不利于很好地控制钻头位置，容易出现偏位。所以此种方法主要适用于便于钻孔的窄桥。

3.3 设置斜锚杆或竖向锚杆

对于不利于钻孔或者不利于控制钻孔精度的宽桥可以采用打入斜锚杆的方法，在侧墙上钻孔打入一定深度的主拱圈，施加预应力，对主拱圈的要求是有一定厚度，侧墙的整体性较好，整个拱上建筑部分有较好的抗推刚度。

对于侧墙位移量小病害发展稳定的圬工拱桥，从拱底垂直于拱底径向插入锚杆，可以起到约束侧墙侧向位移，从而增强侧墙和主拱圈的承受荷载的承载。

4 结语

作为历史代表性建筑结构的圬工拱桥，大多数已经出现不同程度的病害，考虑到拆除重建工作费事费力，可以使用较为经济的加固技术。在进行圬工拱桥加固之前，应进行全面的分析调查研究，针对不同的病害缺陷采用不同的加固方法，达到恢复乃至提高拱桥极限承载力的目的。

参考文献：

[1]宋远君，尹仲平.圬工拱桥常见病害分析[J].西藏科技，2016（11）

：69-70+80.

[2]潘正鹏.空腹式圬工拱桥病害分析及加固应用[J].工程技术研究，2017（03）：175-176.

[3]高瞻，王驷猛.浅谈圬工拱桥的病害及养护维修[J].技术与市场，2012，19（01）：70.

[4]姜波.圬工拱桥病害机理及耐久性加固技术[J].交通建设与管理，2014（18）：149-151.

[5]吴毅翔.圬工拱桥主拱圈病害机理及加固方法[J].交通科技，2012

（02）：61-63.

作者简介：储兵（1965-），重庆酉阳人，理学学士，中级，主要研究方向：农村公路建设。