双曲拱桥加固方法探讨

摘　要: 近年来,随着我国路网改造、旧路改建和公路等级的提升,交通量的日益增大,重型车 辆的日渐增多,对原有公路、桥梁通行能力的要求愈来愈高,如何对桥梁结构进行质量检测评定和 加固已成为国内外学术界、工程界研究的热点。文中主要探讨了双曲拱桥的加固技术。

关键词: 桥梁; 双曲拱桥; 加固

目前,我国公路桥梁实际承受的负荷具有3 个 特点: ①交通量不断增大; ②重型车辆增加及超载 现象严重; ③ 超限运输的出现和增加。旧桥加固, 提高旧桥的承载能力,确保交通安全是目前和今后 面临的重要任务。本文主要探索双曲拱桥各结构的 加固对策和施工方法。

1 　上部结构的加固

1. 1 　桥面补强加固法 对于钢筋砼拱桥,桥面铺装层开裂或剥离等病 害将造成桥面雨水下渗,加大拱上填料的含水量,使 拱圈出现渗水现象;桥面平整度变差,车辆通行时产 生振动,加重桥面铺装层的病害。可根据具体情况, 采取不同的加固方法。对于使用年限长、破损严重 的,采用拆除、修复的加固方案;对于病害较轻、使用 年限短、砼强度仍符合设计要求的,则先处治病害, 在不降低设计荷载标准的前提下,采用加铺沥青碎 石层的方案,改善桥梁荷载横向分布能力,达到提高 桥梁承载能力的目的。具体做法: ① 清缝,灌环氧 树脂浆; ②洒粘层沥青; ③铺装3 cm 厚改性沥青碎 石层。

1. 2 　拱圈、拱肋加固方法

1. 2. 1 　增大拱肋截面和配筋 当拱肋的强度、刚度、稳定性和抗裂性能不足 时,通常采用钢筋和砼外包加大拱肋,扩大拱肋的截 面尺寸,增加拱肋断面的含筋率或变无筋拱肋为有 筋拱肋,提高拱肋的刚度、强度及抗弯刚度和荷载等 级,并限制或减小主拱肋的继续变形。设计施工要 点是尽量使加固构件受力,并与原拱桥构件形成总 体连接。如某桥原拱肋截面为20 cm ×24 cm ,在不 改变原拱轴线形的情况下,将拱肋截面加大为45 cm ×45 cm ,主拱圈全高由92. 5 cm 增加到113. 5 cm(见图1) ,取得了较好的加固效果。

1. 2. 2 　原拱上增设钢筋砼拱圈 此法是拱桥加固中较常用的方法之一,它不仅加固了拱圈,而且将原有开裂的拱连接在一起,有利 于桥面排水。加固方法和步骤: ①对称开挖拱上填 料,对全桥产生裂缝部位进行压浆处理,修补裂缝。 对损坏严重处,待拱圈暴露后, 先浇注一道宽25 mm、厚30 mm 的钢筋砼拱板,作临时加固。② 在 全桥范围内浇注一层新的砼拱圈(见图2) 。

1. 2. 3 　拱圈增设套拱 当拱式桥梁的主拱圈为等截面或变截面的砖、 石或砼等实体板拱,且下部构件无病害、桥下净空与 泄水面积部分缩小时,可在原主拱圈腹下增设一层 新拱圈,即紧贴原拱圈底面浇筑或锚喷砼新拱圈,外 形上就像是在原拱圈下套做一个新拱圈。

1. 2. 4 　增设横隔板 对于横系杆过小的拱桥,在主拱圈出现较多裂 缝的情况下,对主拱圈上裂缝采用环氧砂浆粘结法 处理,并用喷锚砼加强。肋间增设横隔板,加强拱圈 的横向分布能力(见图3) 。

1. 3 　拱顶下沉的维修加固方法

1. 3. 1 　顶推方案 在靠近桥台处拱肋上设置一道横梁,在横梁与 桥台之间放置几台液压千斤顶,并在水平及竖直方 向设置相应的定位装置。解除拱座对拱脚的约束后 开通油泵,千斤顶推动横梁与拱肋一起沿着预定方 向移动,使拱肋逐渐恢复或接近原拱轴线,再分别加 固拱脚、拱顶部分,完成边孔拱肋的整体加固。其优 点是材料用量少、可节省资金,缺点是施工难度大、 技术要求高、存在一定风险。

1. 3. 2 　衬拱方案 在桥孔每片拱肋下增设一道拱肋及基础,形成 一座裸拱桥,辅助有问题的上部结构共同受力。其 优点:可避免上部结构坍塌,结构受力明确,技术要 求低,风险小。缺点:由于新增基础必须承受一定的 水平力,基础设置较困难;上部结构受力状况的改变 可能影响邻孔的受力;新拱肋的施工有一定难度。

1. 3. 3 　组合方案 在衬拱方案的基础上,结合地形,在新形成裸拱 桥的拱脚间增加几道纵梁及桩基础,以承受上部结 构荷载并传递邻孔的水平力。优点:可彻底解决衬 拱方案中的水平力问题,不但不会增加邻孔水平力, 而且可承受或将一部分邻孔水平力传递到桥台;对 新增基础的技术要求降低。缺点:材料用量偏多,新 拱肋的施工有一定难度。

1. 4 　腹拱的局部修复 旧拱桥的最大缺点是整体性较差、砼易开裂,特 别是空腹式拱桥的第一孔腹拱的损坏往往较严重。 为了施工方便,节约经费,修复时可只将这两孔拆 除,用立模现浇法施工。

1. 5 　贴钢板(筋) 加固法 当交通量增加,主要出现承载力不足或纵向主 筋严重腐蚀时,梁板桥的主梁会出现严重的横向裂 缝。采用粘结剂及锚栓,将钢板粘贴锚固在砼结构 的受拉缘或薄弱部位,使其与结构形成整体,以钢板 代替增设的补强钢筋,提高梁的承载能力。其特点: ①不会破坏原结构的尺寸; ②施工工艺简单,施工 质量较易控制; ③施工期短。

2 　下部结构的加固

2. 1 　下部构造易产生的缺陷与病害 1) 基础结构的缺陷与病害。①基础不均匀沉 降; ②基础的滑移和倾斜及基底局部冲空; ③基础 结构的异常应力和开裂。 2) 墩、台的缺陷与病害。① 裂缝,包括水平、 竖向和网状裂缝; ② 剥落,空洞,老化; ③ 钢筋外 露、锈蚀; ④结构变形、移位等。

2. 2 　下部结构加固改造前应注意的问题 1) 注意观察墩、台与基础有无开裂、移动和转 动,如有,应仔细分析原因及其影响。 2) 对于跨河旧桥,应检查基础的冲刷、淘刷或 河床的加深,并分析其对桥梁稳定性的影响,同时考 虑基础的埋置深度是否满足要求。 3) 应考虑久经压实的桥梁地基土允许承载力 的提高及桩底和周边土支承力、摩擦力的提高系数。 4) 应分别对墩、台及基础进行强度、稳定性及 裂缝宽度验算,评定其使用功能及承载力。 5) 墩、台及基础结构技术状况特别差,难以加 固改造或加固改造的施工工艺复杂,把握不大,且工 程经费较大时,不应考虑加固利用。

2. 3 　下部构造加固方法 基础加固技术包括水泥灌浆加固法、扩大基础 加固法、钢筋砼套箍加固法和增补桩基加固法。 桥墩加固技术有钢筋砼套箍加固法、水泥灌浆 加固法、化学灌浆加固法和加桩(柱) 加固法。 桥台加固技术有后台加孔减载加固法、后台增 设拉杆和撑墙或挡土墙加固法、钢筋砼围带或钢箍 加固法。

2. 3. 1 　扩大基础加固法 扩大基础加固法适用于基础承载力不足或埋深 太浅,而墩台又是砖石或砼刚性实体基础的旧桥加 固。扩大基础底面积应由地基强度验算确定。当地 基强度满足要求而不均匀沉降、变形过大时,扩大基 础底面积主要由地基变形计算确定。对拱桥桥台, 通常在桥台两侧加设砼实体耳墙,并将耳墙与原桥 台用钢销连接起来,达到增大桥台基础面积、提高桥 台承载力的目的。加固后耳墙与原桥台连接在一 起,既增加了竖向承压面积,又由于耳墙的自重而增 加了抗水平推力的摩阻力(见图4) 。

2. 3. 2 　增补桩基加固法 当桥梁墩台基底有软卧层或墩台基础未下至坚 硬岩层而发生沉陷,墩台桩基础深度不足或水流冲 刷等使桩发生倾倒时,增补桩基加固法是一种常用 而有效的方法。即在桩式基础的周围补加钻孔桩或 打入钢筋砼预制桩,扩大原承台,以此提升基础的承 载力,增强基础的稳定性。

2. 3. 3 　钢筋砼套箍或护套加固法 基础埋置深度不够或施工质量控制不严等导致 墩台开裂破损,有时会出现贯通裂缝,可采用钢筋砼 围带或钢箍进行加固。一般在墩身上、中、下分设3 道围带,其间距大致相当于桥墩侧面的宽度。每个 围带的宽度则根据裂缝情况和大小而定,一般约为 墩台高度的1/ 10 ,厚度为10～20 cm。也可采用围 绕整个墩台设置钢筋砼护套的方法(穿裤子法) 进行 加固。

2. 3. 4 　新建辅助挡土墙加固法 桥台台背水平土压力过大,引起桥台倾斜时,应 设法平衡桥台后壁的土压力,在台背后建一挡墙,以 抵御过大的压力。

2. 3. 5 　压浆法加固重力式桥台基础 对于还在营运的桥梁,施工必须在不中断交通 的前提下进行。对老桥而言,基础加固较困难,主要 原因是在已建成的基础下无法进行常规施工(如旋 喷法、挤密砂桩法、打砼桩和强夯法等) ,在桥台外侧 加桩也难以进行。根据桥梁的实际情况,可借鉴水 利、房屋加固方法,采用基底压浆法加固基础,提高 地基的承载能力。 1) 加固措施。①扩大围堰范围,使新、老桥台 均在围堰范围内,减少水压力对老桥台基底的影响; ②在老桥台前及两侧找出穿孔部位出口(砂性土随 水流渗出的部位) ,用粘土将其填满夯实,但要留一 个出口,作为压浆时的出气孔; ③从桥台侧面打入 压浆管至桥台底面以下,用压浆机压入掺加添加剂 的水泥浆。 2) 施工要点。①为防止存在2 个或更多不相 通穿孔而导致个别穿孔未能灌浆,应将穿孔部位洞 口夯填土逐一挖出,检查是否灌满水泥浆; ②必须 保证并点降水的效果,如果有水溢出,将影响水泥浆 的硬化效果; ③水泥浆应具有微膨胀性能且早强, 一般可添加早强剂、铝粉等; ④同一压浆孔要连续 操作,中途不可停顿; ⑤灌浆压力不宜过大,以免破 坏穿孔周围原状土,一般不大于1 MPa ,水泥浆压入 量以压力稳定为控制指标; ⑥压浆的同时制作试压 块,作为判断压浆效果的依据之一。

3 　结　语

本文针对双曲拱桥不同构件和部位提出了维修 措施和加固方法。实践表明,在旧桥加固维修中,应 注意以下几点: ① 通过调查和必要的仪器测试,确 定旧桥实际通行荷载等级,评价其安全状况; ② 在 旧桥检验中,建立和累积必要的技术资料,形成每座 公路桥梁的数据库,为已建桥梁计算机管理打下基 础,指导桥梁的养护、加固和维修; ③检验旧桥的结 构工程质量,确定工程的可靠度,推动和发展旧桥评 定和新结构设计计算理论。

需要此文献的朋友，请加微信号:18672350758联系客服，免费发送。