拱桥加固维修技术概述
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发布日期：2018-04-04 14:55:02【大 中 小】
针对当前拱式桥梁维修加固存在的许多误区，对拱式桥梁的病害进行调查分析，在此基础上提出对上部结构病害宜采用截面增大加固措施；对下部构造病害应采取扩大基础、抛石防冲刷等维修加固设计方案，并对维修加固过程中施工要点及注意事项作出详尽的要求。
1，拱桥的寿命与维修
拱桥属推力结构，能充分发挥块材抗压I生能强的优点，具有相当大的超载潜能，但也需要适时维修加固，就像汽车需要养护，需要小修，大修一样。中国桥梁图集的首页是河北赵县的赵州桥，又名安济桥，是一座空腹式石拱桥，净跨径37.02m，矢跨比1／5.14，建于公元601～605年，距今1408年，还能通车。现存28道拱圈，有20道是隋朝原物，历经12次大地震，仍不坠不毁、桥台地基为轻亚粘土，既无长后座，也未用桩加固，1979年在茅以升主持下，经钻探勘查，电子计算机验证其地基刚好能承受桥梁荷重，令人叹为观止。
该桥在构造上，采用九根铁拉杆，六条长锲石，横贯桥身，把二十八道依势独立合拢的拱圈紧紧拉扯到一起。其拱背纵向砌缝还采用哑铃式铸铁卡嵌固，以防分开。
2， 病因分析
虽然许多桥梁检测报告罗列出各种病害情况，但皆属表象，仅极少检测报告在结论中谈及到全部病因。
2.1上部结构
这些桥多建于上个世纪八十年代，那时的桥梁设计理念囿于经济欠发达，多偏重强调强度一承载能力，以尽量节省材料，但随着车辆荷载和车流量的不断增大，刚度不足的问题便暴露无遗。在重车过桥时震动强烈，而砌体结构，薄壁结构(箱形拱)是经不住如此震动的，这就导致砌缝砂浆脱落、连接受损，主拱圈、腹拱圈出现纵向裂缝、渗水、泛浆、桥面铺装过早破坏等，此时承载能力相对刚度对该桥的影响已退居第二位。
2.2 下部结构
建桥后，桥下必然要发生一般冲刷、局部冲刷，流向桥墩的水流受到墩身阻挡，流向将发生剧变，上升水流在墩前冲高，下降水流在河床底将形成螺旋流，导致墩前(也含墩周)出现冲刷坑，这属正常水文现象。只要基底埋深尚在《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30．2002)所规定的安全值内，桥墩无碍使用，可不处治。如果由于某种特殊原因，如桥梁位于河源段、长期采砂、河槽变迁，造成河床下切，基底埋深不够，甚至桩柱裸露(即所谓基底淘空)造成基底承载能力下降，严重时将引发整座桥轰然坍塌，这也是近年来几座跨江大桥垮塌的主要原因之一，必须高度重视。按《公路桥梁加固设计规范》(JTG／TJ22—2008)采取抛石、砌石防护或增设、调整构造物等。
3， 维修加固设计方案
3.1上部结构
(1)宜采用截面增大法。按《公路桥梁加固设计规范》(JTGFF J22—2008)对实腹圬工拱桥才可以在拱圈下增设新拱圈，但如何才能保证新老拱圈紧密结合，成功的经验是搭拱架、做模板，从老拱圈顶开孔灌筑；对空腹式圬工拱桥，则利用原拱圈作变形较小的拱架，在拱圈上增设新拱圈；对箱板(肋)拱桥则采用增大拱箱顶板厚度、同时将拱脚段适度改为实心箱。
(2)不主张仅在拱脚、腹拱所对应的范围内增设一段不合拢的新拱圈。该作法之弊端有：造成原有拱轴线(拱轴系数)发生改变；新增拱圈在此突变为零，未形成一个拱环，其受力与变截面拱圈显然不能等同；更为重要的是如此加固其刚度能否达到要求?皆属变数，不可靠。
(3)在拱圈上增设新拱圈的施工要点。新增拱圈采用钢筋砼， 其厚度不宜小于200mm，将原主拱圈视作变形较小的拱架，先拆除栏杆、人行道、桥面铺装、拱上填料等，让主拱圈的弹性变形尽可能多恢复一些。凡与新拱圈相交的桥台、桥墩、腹拱墩、拱上侧墙均视作新拱圈的组合体，在凿毛洗净，并适度植筋后(其拱背砌缝宜凿去5~7cm，再适度嵌人一些扁钢，以形成新老拱圈“径向错缝”)，互相咬合。新拱圈与组合体之间，宜扩大截面(高度)与之相交，因二者强度等级不一样，以此扩散应力传递给组合体，再分段浇筑。在砌缝中植筋源自配筋砌体和赵州桥。
(4)腹拱加固。先勾缝，再压力灌浆，待拱上填料完成，形成护拱后，其强度、稳定性皆得以加强。一般不主张加厚腹拱圈。
3.2下部构造(基础)
(1)扩大基础加固法。
适于基础承载力不足或埋置太浅，近似于长期采沙后造成河床下切。最简单又适用的办法，莫过于护壁套箍式加深扩大基础(相当于在原基础四周加设圈梁)。具体做法是先围堰(必要时设降水井)、沿原基础襟边开挖，宽约1.2m，深2.0m以上(视新的最低冲刷线与地质状况而定)待原基础凿毛洗净后，用片石砼回填，其高出床底部分，则以粗料石镶边，以形成金钟罩式加固。必要时亦可适度按构造要求布筋，并做成圆端型。对柱式桥墩同样适用，相当于以增大桩径来提高其承载能力，受力明确，且对既有水流没影响。
当河床下切后，地质状况发生变化，或基岩埋置深度减少，甚至裸露，或卵石层胶结相对更加密实，故必要时，还可以将同墩数桩联合做成条形基础以增大其承载能力，又加强了横向联系。以上措施均要通过地基承载能力验算确定。
(2)抛石防冲刷加固法。
适于一般性的局部冲刷坑(无采沙河段)。以江油神龙河大桥基础上游侧受冲刷“严重” (此系检测报告用语)为例，冲刷深度2-3m，是因为该桥上游不远处，还有一座溢流式拦河坝(亦称滚水坝)，虽然不高，却能在汛期引起挑流，加剧墩前冲高和下降螺旋流，也就加大了局部冲刷。此桥采取抛人头石回填冲刷坑，经济效果显著。
(3)针对病因，有的放矢。
以江油市打抢湾大桥江油岸引道挡土墙(靠桥台侧墙尾端)为例：该挡墙位于斜坡上， 高3.6～9.3 m，向下游倾斜，其墙顶位移已达12cm，虽倾斜、其墙面投影仍为一直线。其倾斜原因为挡墙和侧墙尾端之问有一条沟渠，涵洞渗漏，地下水活跃所致。按《公路桥梁加固设计规范》(JTG／TJ22—2008)，其地基可采用高压旋喷注浆或土体注浆加固，其原理是利用压力将硅酸钠溶液和氯化钙溶液注人土中，将土粒胶结起来；结合该地形甚至还可采用更简单的办法：沿挡墙外侧开挖长约2.0m，宽约1.2m， 深2.0m左右(视地质状况而定)的基坑，待挡墙(含基础)凿毛洗净后，以片石砼回填(注意在地面线以上须设泄水孑L)形成大脚趾基础抗倾。大可不必按原设计采用预应力锚索框架梁进行加固防护。
4， 施工要点及注意事项
4.1 主拱圈加固
(1)拆除。按《公路桥梁加固施工技术规范》(JTG／TJ23—2008)，其拆除与分段浇筑程序正好相反：先上后下，左右对称且注意观测。
(2)新拱圈浇筑。将原主拱圈视为变形较小的拱架，采取分段间隔浇筑，先下后上，左右对称，分段长度6～15m(即以1-3个腹孔为一段)，其横桥向钢筋要沿桥宽贯通，以确保主拱圈的整体稳定性。水灰比宜低，以减少砼的收缩。本着“先试验，后使用” 的原则，控制收缩量在0．24～0．38范围内，尤其注意保湿覆盖养生，充分利用“砼在空气中结硬体积会缩小，在水中结硬体积会增大”这个原理。
4.2 桥面铺装
考虑行车舒适、顺畅，按《公路桥梁加固施工技术规范》(JTG／T J23—2008)采用10cm厚的C40砼，带肋钢筋网， 钢筋直径d／,8～12，间距100mm x 100mm 。
4.3 拱上填料
为减轻拱上恒载，可采用轻质陶粒砼，由于拱上填料相当于梁体，故应预埋足够的Ⅱ形锚筋，用于定位和支撑桥面铺装钢筋网，此亦桥面之抗剪钢筋，以防止其错动。
4.4 伸缩逢
按《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)条文说明第5.2.2条： “人行道栏杆，缘石和砼桥面在腹拱铰上方，或侧墙有变形缝处，均应设置贯通全桥宽度的伸缩缝或变形缝，以适应主拱圈的变形” 。此变形与简支梁桥的水平伸长，缩短变形不同，故没必要按梁桥设置成型钢伸缩缝，做成胀缝或用柔性材料隔断即可。
4.5 缺陷修复
按《公路桥梁加固设计规范》(JTG／T J22-2008)， 《公路桥梁加固施工技术规范》(JTG／TJ23.2008)设计，宜加一条特别说明：请业主代表、监理工程师进场后，敦促并配合施工单位对所有缺陷(病害)逐一详查，登记造册，列出清单，编入施工组织设计，纳入质量检测评定体系，以确保质量、且一处不漏，工艺到家，让其焕然一新。
4.6桥面排水、防水层
桥面排水的排水管直径不宜小于150mm，顺桥向距离不宜大于6m；空腹式拱桥，防水层应沿腹拱上方与主拱圈跨中实腹段的拱背设置，泄水管也宜布置在1/4跨径处，以保证拱圈不受水侵蚀，作为旧桥维修加固，敷设合理的防水层，是拱圈不再渗水、泛浆的重要保证之一。
4.7 栏杆
多数拱桥的栏杆皆已破损，需要更换。为减轻拱上恒载，宜采用轻型管管式碳纤维合金栏杆，高度不应小于1.1m。
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