公路拱橋常見病害與加固技術 應用

王葆茜，王 沖

（東南大學建筑設計研究院，江蘇 南京 210096）

0 引言

近年來在統計的危橋中，有相當數量為拱式橋梁結構。病害調查結果表明，導致在役拱橋承載潛力相對不足的主要原因可歸納為三類，一是活載“超載”，即橋上實際通行車輛荷載遠大于設計荷載，對橋梁已造成事實上的“超載”，這種情況在鋼筋混凝土危橋中比較普遍；二是恒載“超載”，主要指老路改造過程中一次或多次直接加鋪半剛性基層與面層而導致的后期恒載“超載”，有的拱橋拱頂填料厚度比原設計多出近50cm，這種情況在上報的圬工或混凝土危舊拱橋中比較突出；三是后期恒載增加與活載“超載”綜合作用的情況。在拱橋加固設計中，必須首先分析發生病害或承載潛力不足的原因，然后才能“對癥下藥”，從根本上提高橋梁的承載能力，有效恢復橋梁結構的耐久性能[1-3]。下面以典型拱橋加固為例，系統闡述各種拱橋加固技術的原理與技術要點。

1 圬工拱橋的套拱加固技術

圬工拱橋是部分山嶺地區的主要橋型之一。該類橋具有承載潛力大、耐久性能好、養護費用低等優點。然而，近年來，橋上通行的車輛荷載已遠遠大于原設計荷載，加上部分公路改建過程中隨意加大拱上填料厚度，使得部分石拱橋、混凝土板拱橋承載潛力相對不足，出現了較為嚴重的縱橫向開裂，而圬工拱橋的加固一直是困擾公路養護部門的難點，套拱加固技術是解決這一難題的有力工具[4]。

套拱加固法是采取保留原橋不拆，而在拱圈下面套建新拱圈的加固方法（見圖1）。確保新老拱圈的可靠粘結是該加固方法的技術關鍵。要解決這一問題，通常有兩種途徑：一是采用隧道襯砌工藝澆注；二是采用在老橋面上開“天窗”的方法新澆拱圈混凝土。由于在老路改造過程中，大都在石拱橋橋面上直接加鋪半剛性基層及面層，大大增加了拱頂填料的厚度，部分石拱橋橋面比設計增加近50cm甚至更多，加上原拱頂填料及拱圈厚度，總厚度一般超過1m。因此，針對石拱橋的使用狀況，一般不宜采用第二種途徑澆注新拱圈。大量的工程實踐表明，用套拱法加固石拱橋，其技術可行，施工方便，經濟合理，對交通影響小，社會經濟效益非常顯著，是中小跨徑圬工拱橋的理想加固方法。

圖1 石拱橋套拱加固

2 鋼筋混凝土拱橋加固技術

2.1 雙曲拱橋綜合加固技術

20世紀60～70年代，我國修建了大量的雙曲拱橋，該類橋普遍存在縱、橫向剛度差的缺陷。多年來，公路技術人員一直在尋找提高該類橋梁承載能力的合理加固方案，取得了大量的應用研究成果。除采用常規加固技術加強主拱圈、橫梁等構件外，還創造性地運用過多種整治措施，包括頂推復位加固法、改變結構體系加固法[5,6]。

2.1.1 頂推復位加固法

對于修建在軟土地基或基底處理不當的雙曲拱橋，往往發生橋臺位移而影響上部結構的正常使用，此時可采用頂推法來消除由于橋臺位移引起的病害（其他拱式體系也可采用此法）。它的基本方法是在一端橋臺的拱腳處安裝頂推裝置，將拱肋自拱腳向跨中方向頂推，使兩拱腳間已發生的相對位移減小以至完全消除，減輕或消除因橋臺位移對上部結構產生的危害，同時也調整了上部結構的內力。在頂推前，需對頂推的力度和需要恢復的位移量進行計算，在頂推過程中需要對拱頂撓度等進行觀測和控制。

2.1.2 改變結構體系加固法

改變結構體系加固法適用于拱上建筑破壞嚴重而主拱圈質量尚好的雙曲拱橋，通過改變結構體系恢復或提高結構的承載能力。這種改變結構體系的方法一般是將原拱上建筑拆除，以原主拱圈作為下弦桿，增設腹桿及上弦桿后將原雙曲拱橋改造為桁架拱橋，腹桿一般采取三角形，以減少下節點。這樣一方面改變主拱圈的受力體系，另一方面采用輕型拱上建筑而減輕其自重，從而改善橋梁的受力條件。采用此法加固雙曲拱橋時，必須要特別注意拆除拱上構造的順序，保證拱上受力平衡，防止倒塌。

2.2 剛架拱橋的綜合加固技術

剛架拱橋是在桁架拱及斜腿剛架等橋型的基礎上發展起來的一種輕盈橋梁結構。它具有構造簡單、自重小、整體性好、施工簡單、外形美觀等優點。通過多年的應用發現，剛架拱橋出現的病害形式具有較高的一致性，主要包括大小節點開裂、主次拱腿現澆接頭處脫落或松動、拱頂下緣開裂以及橋面微彎板出現縱橫裂縫等形式。部分剛架拱橋甚至發生了次拱腿脫落的嚴重破壞，而主拱腿現澆接頭或鋼板焊接接頭的銹蝕脹裂現象更為普遍，嚴重威脅著此類橋梁的安全運營[7]。自20世紀90年代以來，針對不同的病害特征，總結出一整套成熟的剛架拱橋加固改造技術方案，主要包括大小節點的粘貼異型鋼板加固、橫系梁和橫隔板的增大截面或粘貼鋼板加固、主拱腿與拱腳部位的加固補強、橋面微彎板的預制更換或整體現澆橋面板補強、橋面鋪裝層補強及橋面伸縮縫改善等措施（見圖2）。

圖2 剛架拱橋綜合整治施工技術

2.3 拱式組合體系橋增設吊桿技術

拱式組合體系橋是將主要承受壓力的拱肋和行車道梁組合起來共同承受荷載，充分發揮拱肋和行車道梁的共同作用以達到節省材料的目的。拱式組合體系橋由拱肋、吊桿（或立柱）、行車道梁、橋面系組成。根據拱肋與行車道梁的聯接不同，可分為有推力和無推力兩種拱式組合體系，其中，無推力拱式組合體系又稱為系桿拱橋。這兩種結構形式江蘇省均有采用。

隨著“超載”車輛的不斷增多，六十年代修建的系桿拱橋普遍存在相對承載潛力不足的缺陷。同時，早期的系桿拱橋大多采用鋼筋混凝土吊桿，抗裂性能差，鋼筋銹蝕嚴重，存在較大的安全隱患。近年來，國內已發生多起此類橋梁因耐久性不足導致的惡性事故，嚴重危及公路交通的安全運營。某鋼筋混凝土系桿拱橋吊桿破碎不堪，鋼筋普遍銹蝕外露。根據設計方案，在原鋼筋混凝土拉桿兩側對稱增加兩根高強鋼筋吊桿，以降低原鋼筋混凝土拉桿的受力，通過加固，大大增加了主橋的承載潛力，達到了預期的加固目的（見圖3）。

3 結語

圖3 系桿拱橋吊桿加固工程

危舊橋梁改造任務日益嚴峻，公路拱橋是橋梁加固領域的難點之一。加強對公路橋梁的養護、維修加固與改造，提高橋梁的承載能力和行車性能，延長使用年限是公路管理部門亟待解決的問題。搞好這項工作不僅需要加強橋梁加固維修技術的研究和推廣，也需要科學的管理和決策。本文提出的加固方法對國內同類拱式橋梁結構的加固維修有一定的借鑒作用。

[1]胡釗芳，諶潤水，帥長斌.公路舊橋加固技術與實例[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2]陳輝方，高原.舊拱橋的病害分析與綜合治理[J].公路交通科技，2003，20（3）：75-78.

[3]王松根，王榮新.套拱法加固石拱橋[J].華東公路，2000，（6）：24－26.

[4]王樹森.整體現澆板橋梁結構檢測與加固技術[J].公路交通科技，2005，22（5）：117－118.

[5]張永水，王技.拱橋的健康檢測與模糊綜合評價理論研究[J].公路交通科技，2005，22（8）：78-81.

[6]JTG/T J22—2008，公路橋梁加固設計規范[S].

[7]徐峰.拱橋病害分析與加固方法[J].青海交通科技，2004，（4）：33-34.