10m以下石拱橋加固技術(shù)
2011-05-31 來源：中國橋梁網(wǎng)整理
一.問題的提出
從上世紀70年代以來，我國修建了大量的石拱橋，石拱橋具有取材方便、施工簡易、經(jīng)久耐用等優(yōu)點，由于技術(shù)條件和經(jīng)濟的局限，普遍設計標準偏低。經(jīng)過幾十年的運營，這類橋梁出現(xiàn)了各種各樣的病害現(xiàn)象，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，汽車工業(yè)的進步，橋上的重車越來越重，車流量越來越大，當時的設計標準已經(jīng)不適合當今經(jīng)濟發(fā)展需求，形成了巨大的隱患，因而必須對這類型的橋梁進行處理。對于該類橋梁，重建是排除安全的上上策，但由于公路養(yǎng)護部門常因資金及專用設備等條件而難以進行。因而尋求一種資金投入較少，設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） 由于墩臺移動、拱圈受力不對稱或基礎沉陷的影響，在拱頂下部或拱腳上部可能發(fā)生裂縫，有時裂縫會通裂至拱壁;
（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
國內(nèi)、外對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)，通過增大主拱圈截面面積的辦法提高承載力。該法的優(yōu)點在于施工難度小，所需要的施工設備也較簡單，且造價低廉，施工周期也較短。但下緣澆注混凝土時候施工時難度較大，很可能存在混凝土施工時，發(fā)現(xiàn)混凝土根本澆注不進去。即使?jié)沧⑦M去，也會存在結(jié)合不密實的問題。這是由于一般加厚層都比較薄，泵送進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。通過插入式及附著式震搗器震搗后，混凝土仍不密實，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題，且新增部分的面積離中性軸較遠，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，且預算也加大。兩種施工方法均要架設拱架或支架。
2.粘貼鋼板（玻璃鋼、碳纖維）法：該法通過環(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，且造價相對較貴，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后就可以達到強度的40-50%，26h后就能達到最高強度100MPa以上不存在較長時間的養(yǎng)護期加固后，次日就可通車，時間上保證了交通的需要。
3.縮短跨徑法：該法是通過在拱腳處架設模板，通過現(xiàn)澆混凝土形成斜腿支撐在主拱圈上，從而分擔主拱圈上的受力而提高拱橋的承載能力。該法施工周期長，且改變了結(jié)構(gòu)的受力特性，減小了橋下凈空，對于跨越河流的拱橋不利，且造價和對施工的要求也較高。
4.更換拱橋上部結(jié)構(gòu)法：該法通過將拱橋的上部結(jié)構(gòu)填料除去，并在拱橋上部結(jié)構(gòu)通過空心板和澆注立柱形成整體結(jié)構(gòu)，該法的優(yōu)點在于可以減輕結(jié)構(gòu)自重，并使拱圈與上部結(jié)構(gòu)一起，共同承受來自上部結(jié)構(gòu)的荷載，缺點是需要中斷交通且造價相對較高。
5.設置體外預應力辦法。該法常用于梁式橋的加固，對拱橋的加固比較少見，對雙曲拱橋的加固辦法主要是通過在拱肋之間澆注橫梁，將體外預應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，但造價高，對施工要求也高，中斷交通時間也較長。
6.配重法：配重法加固拱橋一般適用于原設計的壓力線與拱軸線有一定偏差或者橋梁經(jīng)過多年運營后壓力線與拱軸線偏離的情況。該法通過在主拱上某個經(jīng)過計算的準確位置施加重量，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)濟且性能也可靠但存在施工復雜工期長養(yǎng)護時間長的缺陷，時間上難以滿足，其他的加固補強法如減輕恒載重量、拱梁結(jié)合等方法不僅工期長而且要中斷交通更不可行，唯一能適應工期要求的加固補強法只有粘貼加固補強一種途徑可行，常用的粘貼加固補強材料鋼板、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)的抗壓性能且造價較高，而原設計的橋涵荷載等級低，截面尺寸不足，絕大部分為實腹式拱式橋涵，采用碳纖維改善拱截面承壓狀態(tài)效果不顯著,且玻璃鋼、碳纖維布的造價高，外購時間長故不采用。采用鋼板加固施工方便，可以在工廠預制鉆孔后直接進行安裝，不需要架設拱架，施工周期極短，施工難度較小，且造價也相對較低，因而對于10m以下橋涵，推薦采用粘貼鋼板法。
粘貼鋼板具體實施辦法如下：
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。
對橋臺病害的處理辦法如下：
如果橋臺出現(xiàn)了不均勻沉降，沿橋臺側(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整體，然后封孔。
清洗橋臺前墻，對裂縫進行壓漿處理，封孔。
澆注“樹根樁”及承臺，與橋臺形成整體共同抗推。
采用粘貼鋼板法相對于新建立橋梁約節(jié)約15萬左右，相對于壓重法稍稍貴一點，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，對人們的出行影響很小，加固效果也非常明顯，對環(huán)境保護有利，社會效益顯著。
