拱桥加固之拱桥的病害与加固方法

1　拱桥常见病害及成因

111　主拱圈开裂病害

拱圈裂缝是拱桥最常见的病害。主拱圈开裂严重影响 到桥梁的安全, 主要有主拱圈横向开裂与纵向开裂。主拱圈横向开裂病害对原结构的影响: 如果主拱圈出现横向裂缝后发展到拱厚的一定深度, 开裂面的抗弯惯性矩将大大降低, 相当于形成铰, 改变了原结构体系, 同时内力也将发生变化, 结构的稳定性降低。如果出现多条横向裂缝, 形成三铰以上时, 将导致结构失稳破坏。主拱圈纵向开裂病害对原结构的影响: 结构本身的横向抗力差; 外界的一 种或几种不利的横向力过大, 当超过拱圈横向抵抗强度则导致纵向开裂破坏。拱圈产生纵向裂缝后, 结构的整体性被破坏。裂缝两侧拱圈的受力、变形不均匀, 局部部位的 内力将增大。由于裂缝使横向受力性能减弱, 在横向力增 大的情况下, 裂缝将继续发展, 降低拱桥的承载能力。

112　拱上建筑、桥面系常见病害

拱上建筑和桥面系是拱桥主要传力构件, 同时也起着分布荷载的作用; 桥面系还承担了保护拱圈、拱上建筑, 避免它们受车辆冲击和雨水等侵蚀的作用。腹拱是拱上建筑中重要组成部分, 其受力形态与主攻圈类似, 因此腹拱的病害与主拱圈相当, 以下是除腹拱外的拱上建筑和桥面系主要病害。拱上侧墙开裂常出现顺桥向裂缝; 裂缝沿砂浆和石料发展, 裂缝也可能同时贯通砂浆和拱圈石料; 引 起侧墙开裂的主要原因有: 侧墙竖向开裂, 常见于L /4附 近, 一般由侧墙与桥台翼墙或侧墙之间未留变形缝、变形不一致引起; 侧墙与拱圈的结合面脱裂和水平开裂, 由拱上侧墙与台后侧墙之间未留变形缝且砌筑质量不好引起;侧墙开凸, 由于砌筑质量差, 抗推稳定性不够, 在侧土压 力下形成外凸。桥面破损影响行车安全, 放大了行车的动 力效应, 轻则使行车轻微颠簸, 重则产生跳车。且车辆经 过跳车处时, 会引起腹拱严重振动, 增加构件的疲劳, 势 必缩短桥梁的使用寿命。

113　墩台、基础病害

墩台和基础直接承担上部结构的荷载, 并将之传递给地基。下部结构的病害将直接引发桥梁承载能力不足(或降 低)和全桥其他病害。在桥梁的长期运营过程中, 由于外部 荷载太大或承载力不足等原因, 致使墩台、基础发生沉降、 位移、转动。基础长期遭冲蚀、材料强度下降、基础整体性被破坏; 防护构造设置不当或未采取措施保护等原因, 会造成基础被掏空、墩台冲蚀严重。

114　其他病害

(1) 全桥被冲垮。由于桥址选缝, 拱圈在下沉墩附近 的下缘开裂, 上缘与拱墙脱离。 (2) 拱圈漏水。防水处理欠佳, 在拱腹面结成碳酸钙 白色漏痕现象, 影响桥梁的耐久性和美观。 (3) 石料风化。石拱桥所选用的石质对石拱桥的耐久性有较大影响。同一种石材, 在不同的地区会出现较大的 风化差异。

2　拱桥加固方法

对有损伤的桥梁进行的加固较新结构更为复杂, 它不 仅要受到已有结构的种种限制, 还由于结构损伤和缺陷的 存在以及约束条件的变化等, 使得结构的处理更为艰难, 而且桥梁设计的各种参数(如材料强度、荷载状况等)的取值 取决于现场的调查等。因此, 在确定桥梁的加固方案时, 应考虑周密, 严格遵循有关的工作程序和原则, 选用的方 法不仅要安全可靠, 还要经济合理。

211　拱桥上部结构加固方法

(1) 增大主拱截面拱桥加固方法。当主拱圈承重构件的断 面不足, 或施工质量不佳, 或墩台地基沉降, 或桥梁长期 超载运营等原因引起开裂、变形时, 一般可采用增加主拱 截面的方法拱桥加固。 (2) 粘贴拱桥加固方法。在荷载作用下, 如果超过其承受 限度时, 将导致主拱圈开裂、破损, 丧失承载力, 甚至坍 塌; 除了可以通过增大截面法加固外, 还可以采用环氧砂 浆在主拱圈的受拉区段粘贴钢板钢筋, 或用环氧胶浆粘贴 玻璃纤维布、碳纤维布等高强材料, 增加主拱圈的强度, 提高桥梁的承载力。 (3) 调整主拱圈内力拱桥加固方法。如果遇到实际桥梁在 拱顶、拱脚两控制界面有一个弯矩很大, 另一个控制截面 弯矩较小时, 可以通过拱轴线与压力线的位置调整改善主拱圈的受力状况。做法是: 当拱脚负弯矩较大, 造成拱脚 上缘开裂, 而拱顶截面尚有一定富裕时, 采取减薄拱上填 料厚度和桥面厚度措施, 减轻桥面系重量, 亦可用轻质填 料更换原重质填料, 使恒载压力线上升, 达到提高承载力, 拱桥加固补强的目的。 (4) 外部预应力拱桥加固方法。目前采用的主要是钢板箍 套钢筋拉杆加固法, 或钢筋混凝土拉杆法。通过顺桥向设 置的钢筋混凝土拉杆和钢拉杆施加预应力进行加固, 降低 拱脚水平推力, 采用钢杆件拉紧法。

212　拱桥加固之拱桥下部结构加固方法

(1) 拱桥加固之扩大基础拱桥加固方法。此法适用于基础承载力不足, 或埋置太浅, 而墩台又是砖石或混凝土刚性实体式基础时的情况。扩大基础底面积应由地基强度验算确定。当地基 强度满足要求而缺陷仅仅表现为不均匀沉降变形过大时, 采用扩大基础面积的方法进行拱桥加固, 主要由地基变形计算来加以选定。

(2) 拱桥加固之旋喷加固方法。当基础下面的天然土基松软, 不 能承受很大荷载, 或上层土壤较好, 但深层土质不良引起 基础沉陷时, 可采用人工地基加固方法, 以提高基础的承 载能力。

(3) 桥台新建辅助挡土墙拱桥加固法。由于桥台背水平压 力过大, 引起桥台倾斜, 应设法采用平衡桥台后壁的土压力处理, 在台背之后加建一挡墙, 以抵御过大的土压力。

3　结　语

实践证明, 拱桥的承载潜力较大, 通过对大量旧危拱桥病害成因的分析以及经过恰当的改造与治理, 不仅能满足使用要求并使其耐久性得到保证和提高。通过对拱桥病 因的了解以及运用合理的拱桥加固方法, 会得到很好的效果。 总之, 在拱桥加固改造危旧拱桥时, 要充分分析病害产生的原 因, 针对相应的病害选择合理的加固措施, 以期达到拱桥加固的可行性以及最大的经济效应。

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