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1、双曲拱桥加固方法综述刘国林罗锡国 向光忠宜昌市公路管理局湖北省公路管理局【摘要】本文对双曲拱桥的病害及加固方法进行了综合分析。【关键词】双曲拱桥加固方法综述1、概述双曲拱桥是我国最具民族特色的桥梁形式，自1964年创始以来，由于它节省材料，造价低廉，施工简便，造型美观等特点，在我国桥梁建设中得到了广泛应用。据统计，我国在60年代中期至80年代中期共建双曲拱桥4000余座，总长35万延米，这占同期全国公路桥梁的25%。但是，现有的双曲拱桥中，有相当一部分有这样或那样的缺陷，特别是在60年代、70年代早些时候修建的桥梁。由于当时的历史条件，设计上达不到规范要求，施工质量难以控制，理论研究不充分，结
2、构上不完善，特别是片面强调大跨径，省材料等，致使双曲拱桥存在不同程度的病害，而病害发展过程中又缺乏必要的维修整治，使结构承载力降低，成为危桥。近几年，随着交通流量的增加，荷载等级的提高，更加剧了双曲拱桥的病害。但是近十年来，我国在双曲拱桥加固改造方面投入巨资，先后对不少于40%的桥梁进行加固改造。除废弃、拆除了部分双曲拱桥外，尚有相当部分的桥梁有待加固或进行技术改造。因此，现阶段有必要对双曲拱桥的病害及加固方法加以总结。2、主要病害双曲拱桥存在以下几个方面的病害。2.1 横向联系脆弱这里指横向联系包括两个方面。其一是拱肋与拱波（拱板）联结方式不恰当或薄弱。比如拱肋中伸出的联贯钢筋数量不足，拱波
3、完全简支于拱助上等。其二是指横系梁或横隔板结构处理不当或刚度过小。这里包括三个方面：一是横系梁或横隔板在构造上不完整，即全桥横向不贯通。这与设计中过分强调“化整为零”有关，而施工不当使横梁（隔板）横向多呈折线，钢筋的不连续，横向联贯处混凝土不实等。二是横系梁（隔板）尺寸太小，即纵向刚度小，整体上起不到横向传递荷载的作用。三是起重要作用的拱板中之横向钢筋或分布钢筋太少。横向刚度小会带来一系列问题。主要是车轮荷载横向传递受阻，各拱肋不能共同受力，这导致：拱波顶纵的断裂；拱波与拱肋的脱离；系梁（隔板）在接头处断裂；各拱肋下挠不均。2.2 主拱圈正截面尺寸偏小由于历史的原因，以往双曲拱桥的设计过分强调
4、节省材料，即主拱圈截面均采用了过小的截面尺寸、配筋与较低的混凝土标号。由拱肋、拱波、拱板共同构成的组面截面尺寸并不小，但由于双曲拱桥多采用无支架施工法。而真正尺寸偏小的是拱肋。这是因为拱肋要承担自身重量外，还要承担架设拱波、拱板时所产生的应力，只有拱板浇筑完成并达到一定强度后，方能共同承担拱上载恒及活栽。由于拱肋先期应力累积太大，故较小截面尺寸的拱肋及很小的配筋使得拱圈正截面强度严重不足，这通常表现在：拱圈（拱肋）挠度过大，轴线偏离设计轴线过大；拱肋压应力过大，拱肋中纵向钢筋直径偏细，箍筋间距偏大，造成纵向钢筋失稳外鼓，特别是在锈蚀后。2.3 其它病害桥面结构不当。现有的双曲拱桥由于相对石拱桥
5、、箱拱桥而言，拱顶刚度较小，即全桥竖向刚度不均匀。而拱顶填料多为砂砾石、碎石、矿碴等透水性较好的材料填筑，但这些材料难以压实，加上前述不均匀的竖向刚度，使旧桥面破碎严重，并严重渗水，而修补材料又使恒载增加，加剧桥梁病害。拱上建筑结构不当。一般的拱桥设计是不考虑拱上建筑对拱圈的影响的，即结构上应保证边腹孔具有较小的抗推刚度和适量的自由变形。但有些双曲拱桥在修建过程中未设伸缩缝、变形缝或边腹孔的饺，或因设置不当而失去功能，这些均有可能使拱上结构对主拱产生不利影响。基础处理不当，当双曲拱桥的墩台置于较土地基上时，由于基础结构形式或对基础处理不当，墩台发生过量的不均匀沉降和水平位移，导致主拱圈过大的变
6、形与开裂。值得注意的是，基础处理不当造成的病害一般在成桥初期的35年即可完全实现。由于墩台变位引起的病害是双曲拱桥病害的一个重要原因，但经多年运营，这一病害原因不再成为一个主要因素，故本文所提的加固改造方法仅对上部结构。3、加固方法3.1 拱托加固法如图1所示即为拱托加固法。这一方法类似于桥梁中的大边梁加固法，即在原主拱外侧增加二条截面面积很大的拱肋，并通过强大的横向联系（如横向预应力）与旧拱圈共同作用，新肋对旧拱如同一个“拱托”。这方法有许多优点：“拱托”对旧拱圈有卸载作用，强大的横向预应力使新旧拱肋共同作用，而且使整体横向刚度大增，从而从根本上解决了双曲拱桥的横向刚度问题。方便施工。由于新
7、加拱肋均在旧桥外侧，拱肋施工不受工作影响，而且施工过程中无拆除旧结构、挠动旧结构等现象，故此法与传统加固法相比，施工便利是其最大优点。宜调整拱轴线。由于双曲拱桥中拱肋变位后不再是“合理拱轴”，故需根据现状对拱轴线进行调整，由于新加肋本身需要足够的高度，故其立面位置易据需要进行调整，以满足加固后的内力（应力）要求。方便桥梁加宽。由于大边肋本身使桥梁宽度有一定增加，而且很容易从边肋处外伸一定宽度的拱波，故易实现桥梁加宽。但这一方法也有其不足，主要表现在桥梁下构也需加宽加固，而且加宽加固均有难度。这一方法已在河南桐柏桥加固中得到应用，并取得相当成功。3.2 箱拱加固法如图2所示，箱拱加固法即是以钢筋
8、砼薄板将拱肋俩俩相连，使双曲拱变成封闲箱拱。显然，这一方法能显著增大桥梁的横向联系，使横向刚度大增，同时使拱肋承压面积增大许多，也能从根本上解决正截面面积不足和横向联系不足的问题。由于截面作用已具箱的特征，即抗拒刚度大增，使得拱肋与拱波、拱板相对变形显著减小。由于新增底板使拱圈截面重心下移一个常量，故拱桥轴线不变，但由于y上增大，使得截面承受负弯矩能力大增；由于新增底板位于正弯矩的接应力区，而底板内的纵向钢筋可具正弯矩需要进行布置，故该法也能提高截面承受正弯矩的能力。不过这一方法对浇底板砼有一定难度，通常还需分段分区浇筑，但这一方法对下构无特别要求，对下构及基础承载力足够时，完全不用对下构进行
9、处理。这一方法正在山东四合桥进行实施。3.3 传统的加固方法传统加固方法主要有加固拱肋、拱板或横向联系的方法。加固拱肋有贴钢板、贴钢筋或玻璃纤维等。也可采用外包钢筋砼的方法。加固拱板主要是在拱板内增设钢筋网。加固横向联系主要是加大横梁截面，使横梁改为横隔板或施加横向的预加力。3.4 微膨胀砼加固法无论是什么样的加固方法，新增砼在结构过程中对旧结构有加载作用，只有新加部分达到一定强度后才与旧结构共同作用。因此新加部分应采用微膨胀砼，线膨胀率易在1/100001/1000之间，采用适当膨胀率的新混凝土结构在结硬过程中可对旧结构起卸载作用，在结硬后也协同旧结构受力。但如膨胀率太大会使新结构过度受力而损坏，如果膨胀率过小则起不到卸载作用。膨胀剂有很多种，但工程中主要是用铝粉末和膨胀水泥。铝粉末用量一般为1/10000的水泥用量，而膨胀水泥的用量为水泥用量的50%。由于微膨胀混凝土在旧桥加固中尚处在研究阶段，该项技术还不成熟，但01/10000膨胀率在工程中很容易实现，而且对旧结构有或多或少的益处，故尽可在工程中应用。4、结束语我国对双曲拱桥加固的研究已有20余年历史，但这项技术还在发展，本文在这里介绍了近年来发展起来的三种新方法，以供在工程应用中参考。1
