10m以下石拱橋加固技術(shù)
2011-05-31 來(lái)源：中國(guó)橋梁網(wǎng)整理
一.問(wèn)題的提出
從上世紀(jì)70年代以來(lái)，我國(guó)修建了大量的石拱橋，石拱橋具有取材方便、施工簡(jiǎn)易、經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)，由于技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)的局限，普遍設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低。經(jīng)過(guò)幾十年的運(yùn)營(yíng)，這類橋梁出現(xiàn)了各種各樣的病害現(xiàn)象，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車工業(yè)的進(jìn)步，橋上的重車越來(lái)越重，車流量越來(lái)越大，當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不適合當(dāng)今經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，形成了巨大的隱患，因而必須對(duì)這類型的橋梁進(jìn)行處理。對(duì)于該類橋梁，重建是排除安全的上上策，但由于公路養(yǎng)護(hù)部門常因資金及專用設(shè)備等條件而難以進(jìn)行。因而尋求一種資金投入較少，設(shè)備要求低的加固方法而排除安全隱患是一種比較良好的辦法。
舊石拱橋病害主要是由以下原因造成：
（1） 由于墩臺(tái)移動(dòng)、拱圈受力不對(duì)稱或基礎(chǔ)沉陷的影響，在拱頂下部或拱腳上部可能發(fā)生裂縫，有時(shí)裂縫會(huì)通裂至拱壁;
（2） 由于主拱圈變形而產(chǎn)生的拱上構(gòu)造的外加應(yīng)力，可能使腹拱發(fā)生裂縫;
（3） 拱橋由多層平行拱圈石砌成，在施工中圈與圈又未注意交錯(cuò)搭接，拱圈易發(fā)生縱向裂縫。拱圈裂縫一般只有1-2mm，但一經(jīng)開裂，往往容易發(fā)展，危及橋梁的正常使用。
二. 加固技術(shù)綜述
國(guó)內(nèi)、外對(duì)該類橋梁的加固方案主要集中在以下幾種：
1.套拱（內(nèi)襯法）：該法通過(guò)在拱圈上（下）緣掛網(wǎng)，植入鋼筋并噴射混凝土形成整體結(jié)構(gòu)，通過(guò)增大主拱圈截面面積的辦法提高承載力。該法的優(yōu)點(diǎn)在于施工難度小，所需要的施工設(shè)備也較簡(jiǎn)單，且造價(jià)低廉，施工周期也較短。但下緣澆注混凝土?xí)r候施工時(shí)難度較大，很可能存在混凝土施工時(shí)，發(fā)現(xiàn)混凝土根本澆注不進(jìn)去。即使?jié)沧⑦M(jìn)去，也會(huì)存在結(jié)合不密實(shí)的問(wèn)題。這是由于一般加厚層都比較薄，泵送進(jìn)去的混凝土在重力作用下垂直下落。鋼筋是曲線形、模板是曲面形，下落的混凝土自然就堆積在鋼筋、模板間。通過(guò)插入式及附著式震搗器震搗后，混凝土仍不密實(shí)，大量混凝土堆積在模板澆注口。盡管上緣（拱背）澆注不存在上緣澆注的問(wèn)題，且新增部分的面積離中性軸較遠(yuǎn)，單位面積所提供的抵抗矩更大，即截面效益高。但后者需要將上部結(jié)構(gòu)拆除，施工周期長(zhǎng)，且預(yù)算也加大。兩種施工方法均要架設(shè)拱架或支架。
2.粘貼鋼板（玻璃鋼、碳纖維）法：該法通過(guò)環(huán)氧樹脂將鋼板（碳纖維）與拱圈粘貼在一起共同受力。碳纖維具有很好的抗拉性能，但是抗壓性能不佳，且造價(jià)相對(duì)較貴，鋼板厚度是碳纖維的幾倍能有效的改善主拱的抗壓、抗拉性能且造價(jià)低于碳纖維布。該法的施工周期短，用環(huán)氧砂漿粘貼2h后就可以達(dá)到強(qiáng)度的40-50%，26h后就能達(dá)到最高強(qiáng)度100MPa以上不存在較長(zhǎng)時(shí)間的養(yǎng)護(hù)期加固后，次日就可通車，時(shí)間上保證了交通的需要。
3.縮短跨徑法：該法是通過(guò)在拱腳處架設(shè)模板，通過(guò)現(xiàn)澆混凝土形成斜腿支撐在主拱圈上，從而分擔(dān)主拱圈上的受力而提高拱橋的承載能力。該法施工周期長(zhǎng)，且改變了結(jié)構(gòu)的受力特性，減小了橋下凈空，對(duì)于跨越河流的拱橋不利，且造價(jià)和對(duì)施工的要求也較高。
4.更換拱橋上部結(jié)構(gòu)法：該法通過(guò)將拱橋的上部結(jié)構(gòu)填料除去，并在拱橋上部結(jié)構(gòu)通過(guò)空心板和澆注立柱形成整體結(jié)構(gòu)，該法的優(yōu)點(diǎn)在于可以減輕結(jié)構(gòu)自重，并使拱圈與上部結(jié)構(gòu)一起，共同承受來(lái)自上部結(jié)構(gòu)的荷載，缺點(diǎn)是需要中斷交通且造價(jià)相對(duì)較高。
5.設(shè)置體外預(yù)應(yīng)力辦法。該法常用于梁式橋的加固，對(duì)拱橋的加固比較少見，對(duì)雙曲拱橋的加固辦法主要是通過(guò)在拱肋之間澆注橫梁，將體外預(yù)應(yīng)力錨固在橫梁上而提高拱橋的承載能力。該方法加固效果較好，但造價(jià)高，對(duì)施工要求也高，中斷交通時(shí)間也較長(zhǎng)。
6.配重法：配重法加固拱橋一般適用于原設(shè)計(jì)的壓力線與拱軸線有一定偏差或者橋梁經(jīng)過(guò)多年運(yùn)營(yíng)后壓力線與拱軸線偏離的情況。該法通過(guò)在主拱上某個(gè)經(jīng)過(guò)計(jì)算的準(zhǔn)確位置施加重量，使得拱軸線與壓力線盡可能吻合從而顯著的改善結(jié)構(gòu)的受力性能。該法施工周期短，對(duì)施工要求高，而且影響橋梁結(jié)構(gòu)的整體美觀。
三. 10m以下石拱橋加固推薦實(shí)施方案
傳統(tǒng)的現(xiàn)澆砼或噴射砼增大截面加固法盡管較經(jīng)濟(jì)且性能也可靠但存在施工復(fù)雜工期長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)的缺陷，時(shí)間上難以滿足，其他的加固補(bǔ)強(qiáng)法如減輕恒載重量、拱梁結(jié)合等方法不僅工期長(zhǎng)而且要中斷交通更不可行，唯一能適應(yīng)工期要求的加固補(bǔ)強(qiáng)法只有粘貼加固補(bǔ)強(qiáng)一種途徑可行，常用的粘貼加固補(bǔ)強(qiáng)材料鋼板、玻璃鋼、碳纖維3種，碳纖維由于其厚度薄，不能改善結(jié)構(gòu)的抗壓性能且造價(jià)較高，而原設(shè)計(jì)的橋涵荷載等級(jí)低，截面尺寸不足，絕大部分為實(shí)腹式拱式橋涵，采用碳纖維改善拱截面承壓狀態(tài)效果不顯著,且玻璃鋼、碳纖維布的造價(jià)高，外購(gòu)時(shí)間長(zhǎng)故不采用。采用鋼板加固施工方便，可以在工廠預(yù)制鉆孔后直接進(jìn)行安裝，不需要架設(shè)拱架，施工周期極短，施工難度較小，且造價(jià)也相對(duì)較低，因而對(duì)于10m以下橋涵，推薦采用粘貼鋼板法。
粘貼鋼板具體實(shí)施辦法如下：
搭架-拱圈清面-鋼板除銹-清洗-鉆孔-涂膠-粘貼第1層鋼板-上膨脹螺栓-固定鋼板-除銹-清洗-刷膠粘貼第2層鋼板-固定膨脹螺栓-鋼板除銹-清洗-刷防銹漆面漆--拆架-清理現(xiàn)場(chǎng)。
對(duì)橋臺(tái)病害的處理辦法如下：
如果橋臺(tái)出現(xiàn)了不均勻沉降，沿橋臺(tái)側(cè)墻45°鉆孔至基底，清洗后壓漿，使?jié){液與原基底松散的土粒形成一個(gè)整體，然后封孔。
清洗橋臺(tái)前墻，對(duì)裂縫進(jìn)行壓漿處理，封孔。
澆注“樹根樁”及承臺(tái)，與橋臺(tái)形成整體共同抗推。
采用粘貼鋼板法相對(duì)于新建立橋梁約節(jié)約15萬(wàn)左右，相對(duì)于壓重法稍稍貴一點(diǎn)，但該法施工周期極短，不破壞原橋結(jié)構(gòu)，不破壞周圍環(huán)境，能維持正常交通，對(duì)人們的出行影響很小，加固效果也非常明顯，對(duì)環(huán)境保護(hù)有利，社會(huì)效益顯著。
