拱桥加固技术的研究及改造措施

曹柯

摘要：对拱桥加固技术研究的意义进行了简要分析，并从拱桥上部结构改造措施（拱上建筑加固法、减轻拱上建筑自重法、粘贴加固法、改变上部结构体系法）及拱桥下部结构改造措施（钢筋混凝土加套处理法、扩大基础结构法、增加桩基础数量法）两个角度出发来探讨拱桥的加固改造措施，主要目的就是有效提升拱桥的安全性和实用性，并对拱桥加固改造的设计、施工有一定的参考意义。

Abstract： In this paper， the significance of research on reinforcement technology of arch bridge are analyzed briefly， the reinforcement measures of arch bridge are discussed from two aspects： the upper structure reformation of arch bridge（building reinforcement on the arch， reducing self-weight on the arch， Pasting and reinforcement， changing the superstructure system） and the lower structure reformation of arch bridge（adding casing of reinforced concrete， expanding the foundation structure， increasing the number of pile foundation）. The main purpose is to improve the safety and practicability of the arch bridge effectively， and it has certain reference significance for the design and construction of the reinforcement and renovation of the arch bridge.

关键词：拱桥；加固技术；改造措施

Key words： arch bridge；reinforcement technique；reformation measures

中图分类号：U445.7+2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）02-0126-03

0 引言

在我国经济的高速发展下，道路交通量在不断增加，许多公路桥梁破损严重，其中有多数桥梁是根据20世纪70～80年代的设计标准修建的拱桥。这些拱桥的设计荷载较低，然而随着车辆载重增加，桥梁负载加重，桥体出现了各种破损及老化现象，已经无法适应现有交通量的需求，对在役拱桥的加固改造已经迫在眉睫。在役拱桥中许多已经出现混凝土碳化剥落，裂缝、基础不均匀沉降等病害问题。这些缺陷针对各个拱桥所处的环境不同而体现各自的复杂性。拱桥的改造措施对于延长桥梁使用寿命及保障交通安全都有巨大影响。因此加速发展拱桥加固技术及改造措施的研究，不仅能更好地为建设单位带来巨大地社会及经济效益，还能更及时地为现代交通服务。

1 拱桥加固技术研究的意义

20世纪50～70年代限于当时的经济条件和工艺水平，我国修建了大量的双曲拱桥和石拱桥，至今大都运营了四五十年，随着社会工业化水平的提高，科技的进步，车辆载重量增加，人们对道路桥梁的荷载等级也提出了更严格的要求。但在早期建造的桥梁中，由于当时建设标准较低，承载能力不能达到现有的荷载水平，通行能力急剧下降，已经满足不了社会快速发展的需求，对旧桥进行维修加固已经迫在眉睫，否则会对现有交通的正常运行造成严重影响，制约了社会及经济的发展。因此，用加固改造的方式提高现有桥梁的通行能力和服务质量，以缓解交通压力，来保证经济可持续发展有着极其重要的意义。

危桥旧桥的加固改造是一项十分繁重的任务，通过对旧桥危桥采用加固改造的方法后能保持交通通行的正常运营，那的确是一个经济合理且有效的方法。拆除全部旧桥重建新桥的方法手段既不科学，也不现实。经实践工程证明，对桥梁用适当的加固技术进行改造，不仅能恢复旧桥的使用能力，还能提高承载能力，并延长了桥梁的使用年限，满足现有的交通运输需求。旧桥危桥加固的效果不仅能体现在桥梁结构功能的完善及承载能力的提高，还能节约资金，产生巨大的经济及社会效益。

2 拱桥上部结构改造措施

拱桥上部结构的病害主要出现在主拱圈截面较小不能满足新规范承载力等级要求及拱上建筑的严重破损[1]。

2.1 拱上建筑加固法

对于一些拱桥的拱上建筑出现了严重的破损情况时，可将旧拱桥的拱上破损结构全部或部分拆除，在旧拱圈上重新建造新的结构。拱上建筑加固法的优点是能在尽可能地保留原有的受力体系及构造的基础上提高拱桥的使用寿命。在此方法的施工过程中应注意对称进行，否则会因荷载不均衡而失去稳定性[2]。

2.2 减轻拱上建筑自重法

减轻拱上建筑自重法是拆除旧拱桥的拱上空腹段普通砼构件，将原构件改造成预应力构件，清理原实腹段填料后进行换填新型材料。该方法主要了改变填料及结构尺寸，使得拱橋上部的自重减少，在不改变原有主拱圈的体系内力的基础上，拱桥的承载能力有了显著的提高。

减轻拱上建筑自重的加固方法主要有：

①改变拱上填料厚度；②采用轻型拱上建筑；③采用预制的空心板或T梁等轻质桥面系取代腹拱体系；④改造钢筋砼立柱或挖空腹孔的重力式横墙；⑤换填新型填料减轻拱上建筑自重。

2.3 粘贴加固法

该加固方法主要包括粘贴钢板加固法及粘贴碳纤维布、玻璃钢加固法。让碳纤维布、玻璃钢或钢板与主拱圈形成一个整体[3]。将钢板或用环氧胶浆粘贴碳纤维布、玻璃钢等高强材料粘贴在主拱圈的受拉区段，能提高主拱圈的抗拉能力。

①粘贴钢板加固法。

用环氧树脂将钢板粘贴在结构受拉构件的表面，让钢板和桥梁结构形成一个整体，使两者共同受力。将钢板的抗拉能力和混凝土的抗压能力充分地展现出来，使得桥梁的抗剪、抗弯能力有个明显的提高，有效地阻止拱桥中裂缝的产生和发展。一般情况下，钢板是粘贴在主拱圈的受拉区域，通过对主拱圈的受力情况分析计算出所需补强钢板的数量，补强范围宜沿整个负弯区或正弯区导致截面出现拉应力的范围，并向外延伸1至2m。对跨径较小的拱桥一般用钢板将整个拱圈贴满，对跨径较大的拱桥宜将钢板粘贴在受拉应力较大的拱脚附近。

由于钢板的强度远远高于原拱圈材料的强度，粘贴范围的大小可根据结构受力状况采用全拱圈宽度粘贴，亦可间隔分肋粘贴。注意截面换算系数计算，钢板与料石截面换算比，考虑到桥梁使用年限过久，对换算系数进行相应的折减。

②粘贴碳钎维布、玻璃钢加固法。

用环氧胶浆将碳钎维布、玻璃钢、芳纶纤维布等轻质高强材料粘贴在主拱圈圈下缘受拉应力较大的部位。这种方法在施工时比较方便，在加固之后的使用效果也非常显著。在采用粘贴碳纤维布、玻璃钢加固法时，需要对拱桥的病害部位仔细地了解，在具体加固部位上制定合理有效的加固改造措施。

2.4 改變上部结构体系法

改变上部结构体系法是一种变被动为主动的桥梁加固方法。通过桥梁结构受力体系的改变，来提高桥梁整体机构的承载能力。这种改变结构体系法需要对旧桥的受力状况进行现场勘查及分析，再对结构体系转换后的桥梁进行受力分析，最后确定改变结构体系后的桥梁结构承载力能否达到规定桥梁荷载等级的要求。其中如何有效地减少桥梁各个控制截面的计算内力是改变上部结构体系加固法的关键技术。

①将拱桥转化为拱桁结合拱。

拱肋、拱波、拱板及横向联系等4种构件组合成了拱桥的主拱圈，主拱圈主要用来承受桥梁荷载及跨越河道。主拱圈承担了拱上填料、侧墙、腹拱圈、立柱或立墙等全部拱上建筑。在体系转化改造中增设了桁架片或刚架片，将桁架片的腹杆或刚架片的立柱以及实腹段与原拱桥的主拱圈连成一个整体。增设的桁架片可将原主拱圈类比为桁架拱桥的下弦杆，增设的刚架片可将原主拱圈类比为刚架拱桥的主拱腿，转化后的拱桁结合拱可以大大减少原主拱圈的负担，这样的新结构体系的承载能力大大超过了原主拱圈。

②将拱桥转化为梁桥。

由于拱桥的主拱圈在承受过大荷载时发生形变，导致拱桥的承载能力降低，可以采用梁式建筑来取代旧桥的拱上建筑。这种体系转化方法的优点是将减小的恒载用于活载，但是该法的施工较复杂、影响交通且对整个桥梁结构有很大的影响。将拱桥转化为梁桥的方法适用于恒载大、填料厚的中小型拱桥。

3 拱桥下部结构改造措施

3.1 钢筋混凝土加套处理法

在拱桥墩台的施工质量监控不严或基础埋深不够的情况下，会造成墩台的开裂或破损，严重时会出现贯通裂缝。在出现这类病害的情况下，可以采用钢箍加固或钢筋砼围带处理法。当拱桥墩台出现大面积混凝土剥落、表面破损及严重裂缝时，可以在整个拱桥墩台周围设置钢筋混凝土加套法进行加固处理。

3.2 扩大基础结构加固法

扩大基础结构加固法是通过增大地基的受力接触面积，来提高拱桥基础的承载能力，进一步防止拱桥基础发生下沉。这种加固法适用于拱桥墩台为混凝土或砖石刚性实式基础，且埋深较浅、承载力不足的情况。通过地基变形计算来选定是否采用扩大基础结构加固法。在刚性实体时基础结构周围增加混凝土或圬工结构，来扩大拱桥基础的承载面积[4]。

3.3 增加桩基础数量法

当桥梁墩台基础没有到达坚硬的岩层或基础底部为软卧层时，桥梁墩台会发生沉降，可以采用扩大原拱桥的承台、增加打入钢筋砼预制桩、或在桩基础的周围增加一些钻孔桩，来提高基础的承载力，使得拱桥基础的稳定性增强。增加桩基础数量法的优点是不用进行水下作业，降低了施工难度，且加固后能有明显的使用效果。缺点是在施工时需要开凿桥面及搭设桩基支架，会对拱桥路上、水上及原有路线交通产生一定的影响。

4 结语

拱桥的加固改造对于提搞拱桥承载能力、延长拱桥的使用寿命有着极其重要的作用。可以通过许多拱桥加固改造的方法对各种类型的拱桥损坏情况进行加固。但对于以上加固改造技术的运用还需要具体探查和讨论拱桥损坏和开裂的原因，并且需要了解以往的工程项目解解决此类问题的经验，综合各方面因素决定最终需要使用的加固方法，最大限度地发挥加固改造的作用。虽然既有拱桥的加固改造方法有很多，但没有一种加固方法是适用于所有拱桥结构的，都需要根据拱桥病害的具体情况来确定最适合的方法。

参考文献：

[1]郭永琛，叶见曙.桥梁技术改造[M].北京：人民交通出版社，1991.

[2]王杰昭.老桥梁加固及改造[J].城市道桥与防洪，2016（12）：128-130.

[3]李云岭，蒙云.粘贴钢板法在石拱桥加固中的应用[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2007，26（S1）：21-25.

[4]陈兴帅.桥梁的加固研究[J].江西建材，2018（2）：180-183.