10m以下石拱桥加固技术

文本摘要：对于该类桥梁，重建是排除安全的上上策，但由于公路养护部门常因资金及专用设备等条件而难以进行。因而寻求一种资金投入较少，设备要求低的加固方法而排除安全隐患是一种比较良好的办法。
一.问题的提出
    从上世纪70年代以来，我国修建了大量的石拱桥，石拱桥具有取材方便、施工简易、经久耐用等优点，由于技术条件和经济的局限，普遍设计标准偏低。经过几十年的运营，这类桥梁出现了各种各样的病害现象，随着经济的发展，汽车工业的进步，桥上的重车越来越重，车流量越来越大，当时的设计标准已经不适合当今经济发展需求，形成了巨大的隐患，因而必须对这类型的桥梁进行处理。对于该类桥梁，重建是排除安全的上上策，但由于公路养护部门常因资金及专用设备等条件而难以进行。因而寻求一种资金投入较少，设备要求低的加固方法而排除安全隐患是一种比较良好的办法。
    旧石拱桥病害主要是由以下原因造成：
    (1) 由于墩台移动、拱圈受力不对称或基础沉陷的影响，在拱顶下部或拱脚上部可能发生裂缝，有时裂缝会通裂至拱壁;
    (2) 由于主拱圈变形而产生的拱上构造的外加应力，可能使腹拱发生裂缝;
    (3) 拱桥由多层平行拱圈石砌成，在施工中圈与圈又未注意交错搭接，拱圈易发生纵向裂缝。拱圈裂缝一般只有1-2mm，但一经开裂，往往容易发展，危及桥梁的正常使用。
    二. 加固技术综述
    国内、外对该类桥梁的加固方案主要集中在以下几种：
    1.套拱（内衬法）：该法通过在拱圈上（下）缘挂网，植入钢筋并喷射混凝土形成整体结构，通过增大主拱圈截面面积的办法提高承载力。该法的优点在于施工难度小，所需要的施工设备也较简单，且造价低廉，施工周期也较短。但下缘浇注混凝土时候施工时难度较大，很可能存在混凝土施工时，发现混凝土根本浇注不进去。即使浇注进去，也会存在结合不密实的问题。这是由于一般加厚层都比较薄，泵送进去的混凝土在重力作用下垂直下落。钢筋是曲线形、模板是曲面形，下落的混凝土自然就堆积在钢筋、模板间。通过插入式及附着式震捣器震捣后，混凝土仍不密实，大量混凝土堆积在模板浇注口。尽管上缘（拱背）浇注不存在上缘浇注的问题，且新增部分的面积离中性轴较远，单位面积所提供的抵抗矩更大，即截面效益高。但后者需要将上部结构拆除，施工周期长，且预算也加大。两种施工方法均要架设拱架或支架。
    2.粘贴钢板（玻璃钢、碳纤维）法：该法通过环氧树脂将钢板（碳纤维）与拱圈粘贴在一起共同受力。碳纤维具有很好的抗拉性能，但是抗压性能不佳，且造价相对较贵，钢板厚度是碳纤维的几倍能有效的改善主拱的抗压、抗拉性能且造价低于碳纤维布。该法的施工周期短，用环氧砂浆粘贴2h后就可以达到强度的40-50%，26h后就能达到最高强度100MPa以上不存在较长时间的养护期加固后，次日就可通车，时间上保证了交通的需要。
    3.缩短跨径法：该法是通过在拱脚处架设模板，通过现浇混凝土形成斜腿支撑在主拱圈上，从而分担主拱圈上的受力而提高拱桥的承载能力。该法施工周期长，且改变了结构的受力特性，减小了桥下净空，对于跨越河流的拱桥不利，且造价和对施工的要求也较高。
    4.更换拱桥上部结构法：该法通过将拱桥的上部结构填料除去，并在拱桥上部结构通过空心板和浇注立柱形成整体结构，该法的优点在于可以减轻结构自重，并使拱圈与上部结构一起，共同承受来自上部结构的荷载，缺点是需要中断交通且造价相对较高。
    5.设置体外预应力办法。该法常用于梁式桥的加固，对拱桥的加固比较少见，对双曲拱桥的加固办法主要是通过在拱肋之间浇注横梁，将体外预应力锚固在横梁上而提高拱桥的承载能力。该方法加固效果较好，但造价高，对施工要求也高，中断交通时间也较长。
    6.配重法：配重法加固拱桥一般适用于原设计的压力线与拱轴线有一定偏差或者桥梁经过多年运营后压力线与拱轴线偏离的情况。该法通过在主拱上某个经过计算的准确位置施加重量，使得拱轴线与压力线尽可能吻合从而显著的改善结构的受力性能。该法施工周期短，对施工要求高，而且影响桥梁结构的整体美观。
    三. 10m以下石拱桥加固推荐实施方案
    传统的现浇砼或喷射砼增大截面加固法尽管较经济且性能也可靠但存在施工复杂工期长养护时间长的缺陷，时间上难以满足，其他的加固补强法如减轻恒载重量、拱梁结合等方法不仅工期长而且要中断交通更不可行，唯一能适应工期要求的加固补强法只有粘贴加固补强一种途径可行，常用的粘贴加固补强材料钢板、玻璃钢、碳纤维3种，碳纤维由于其厚度薄，不能改善结构的抗压性能且造价较高，而原设计的桥涵荷载等级低，截面尺寸不足，绝大部分为实腹式拱式桥涵，采用碳纤维改善拱截面承压状态效果不显著,且玻璃钢、碳纤维布的造价高，外购时间长故不采用。采用钢板加固施工方便，可以在工厂预制钻孔后直接进行安装，不需要架设拱架，施工周期极短，施工难度较小，且造价也相对较低，因而对于10m以下桥涵，推荐采用粘贴钢板法。
    粘贴钢板具体实施办法如下：
    搭架-拱圈清面-钢板除锈-清洗-钻孔-涂胶-粘贴第1层钢板-上膨胀螺栓-固定钢板-除锈-清洗-刷胶粘贴第2层钢板-固定膨胀螺栓-钢板除锈-清洗-刷防锈漆面漆--拆架-清理现场。
    对桥台病害的处理办法如下：
    如果桥台出现了不均匀沉降，沿桥台侧墙45°钻孔至基底，清洗后压浆，使浆液与原基底松散的土粒形成一个整体，然后封孔。
    清洗桥台前墙，对裂缝进行压浆处理，封孔。
    浇注“树根桩”及承台，与桥台形成整体共同抗推。
    采用粘贴钢板法相对于新建立桥梁约节约15万左右，相对于压重法稍稍贵一点，但该法施工周期极短，不破坏原桥结构，不破坏周围环境，能维持正常交通，对人们的出行影响很小，加固效果也非常明显，对环境保护有利，社会效益显著。