雙曲拱橋轉變為箱型拱在舊橋加固中的運用

■蔡旺興(福建省交通建設工程監理咨詢有限公司，福州　350001)

雙曲拱橋轉變為箱型拱在舊橋加固中的運用

■蔡旺興
(福建省交通建設工程監理咨詢有限公司，福州350001)

摘要本文以順昌縣東門大橋雙曲拱橋加固為例，分析主拱圈病害產生的原因，介紹了主拱圈通過增加封閉底板實現增大截面尺寸，提高結構剛度和整體性的加固施工工藝在舊雙曲拱橋改造中的應用。

關鍵詞雙曲拱橋箱型拱施工工藝

0　前言

20世紀60～80年代，雙曲拱橋以其構件輕、材料省、造價低、施工方便等優點，在國內得到了極大的推廣和應用。隨著國民經濟的發展，運輸量及運輸荷載等級不斷提高，現存的雙曲拱橋，由于材料老化、通行車輛噸位增大，存在不同程度的病害，部分雙曲拱橋甚至成為危橋。為適應現代社會交通發展的要求，需對現有的雙曲拱橋進行加固提載改造，使其繼續為地方經濟的發展發揮重要作用。本文主要就順昌東門大橋通過采取增加封閉底板實現由雙曲拱轉變為箱型拱的辦法進行雙曲拱橋加固案例，介紹加大截面加固法的施工工序和主要分項工程施工工藝。

1　加大拱肋截面加固方法

由于雙曲拱橋主拱圈為拱肋和拱板共同受力結構，因此，加大拱肋截面加固方法，主要采用在雙曲拱主拱圈拱肋底面增設鋼筋混凝土底板，在主拱圈拱板頂面澆筑鋼筋混凝土板，形成一個封閉的箱梁結構，增強主拱圈的抗彎剛度和抗扭剛度。以下是采用該加固方法應用到東門大橋加固的實例

2　東門大橋加固實例

2.1工程概況

順昌東門大橋建于1976年，該橋橫跨閩江支流富屯溪，橋梁總長363.56m，橋寬為凈7.0m+2×1.50m=10m；橋梁上部為14孔凈跨徑為19.60～24.50m不等跨空腹式懸鏈線線型雙曲拱橋，矢跨比為f/L=1/10～1/8，主拱圈由5條拱肋和5個拱波(兩側各挑半波)組成，倒T型拱肋高28cm，寬度30cm，拱肋中距1.90m，預制鋼筋混凝土圓弧形拱波厚8cm，矢跨比為1/5；橋梁下部結構為砼實體墩臺；拱上建筑由混凝土立柱、橫墻和腹拱圈組成，腹拱圈為圓弧拱，跨徑為2.0m和2.7m，腹拱圈厚度為0.2m；設計荷載為汽—13級、拖—60。

2.2主要病害

全橋欄桿砼嚴重老化、掉塊露筋，接頭松動，部分斷裂；橋面板砼外露粗骨料，大面積碎裂、坑槽，破損嚴重；拱波砼出現大量縱向裂縫、麻面；拱肋底面出現多條橫向裂縫，大量豎向裂縫；拱肋底部出現多處掉掉塊露鋼板且鋼板腐蝕嚴重；橫系梁端頭砼脹裂松散，部分掉塊露筋且腐蝕嚴重，少數出現環向裂縫；腹拱圈出現多處橫向裂縫。

根據檢測結果和現場勘查，對該橋進行系統的計算分析，結果表明：東門大橋結構承載能力已無法滿足現有交通量和荷載等級的需求，特別是大橋的主要承重構件主拱圈剛度偏弱，且結構較松散，整體性不強，需進行斷面形式的徹底改造。

2.3加固改造措施

根據分析結果，東門大橋主拱圈的改造主要從增加斷面尺寸、提高結構剛度和整體性入手，通過在拱肋底部增設鋼筋砼板達到加固提載的效果。具體措施如下：

(1)雙曲拱變箱形拱:在雙曲拱主拱圈下部增設厚15cm (全橋寬)鋼筋混凝土底板，將雙曲拱轉變為箱型拱，并在拱肋、拱波植筋使新舊砼共同受力，提高拱圈的結構剛度和整體性,詳見圖1。

施工工藝:

①按圖紙植筋并安裝好加固鋼筋后，可開始安裝懸掛模板。懸掛模板通過植筋于拱肋底部的直徑16mm絲桿固定；將模板鉆孔穿入絲桿后，絲桿下部再裝入W型蝴蝶扣一并固定。

②在安裝懸掛模板的之前，在橋面利用鉆孔機在拱波正中開鑿20cm孔洞并植入PVC管，形成自上而下的拱板施工混凝土通道。

③拱圈加固內模使用1.5mm厚薄鋼板沖壓而成，內膜沖壓時應在兩側邊軋制小槽以便能順序取出。

圖1　主拱圈加固斷面圖

④懸掛模板及內模安裝要點：固定懸掛模板采用Φ16mm的絲桿植筋，植筋深度應大等于15cm，吊模植筋橫向間距為1.36m，縱向間距為1.0m，在植筋時應避開拱圈底部鋼筋。由于承受的混凝土重量較大，必須采用W型蝴蝶扣并安裝兩條48mm (一級鋼)的鋼管以防止爆模。

⑤混凝土澆筑要點：為便于澆筑，混凝土配合比設計一定要恰當。考慮到拱圈澆筑混凝土要求的流動性，一般采用自密實混凝土，即摻入水泥質量5%的粉煤灰以提高流動性，同時按配合比要求摻入減水劑，粗集料粒徑一般采用4.75～20mm；澆筑時為保證充填密實，除使用小型振動軸插入振搗外，應在模板下部使用手持式振動泵進行振搗。

⑥為保證橋梁施工過程中加載荷載平衡，應實施均衡對稱加載澆筑，即單跨內應同時自拱腳向上對稱進行，每日單側澆筑縱向長度不得超過4m。

(2)拱腳加強:在拱腳拱背頂部，向拱頂方向約3m的范圍內，在橋墩、拱背上鉆孔植筋，設置縱向受力鋼筋，并現澆厚15cm (全橋寬)鋼筋混凝土，通過對舊混凝土表面鑿毛、洗凈等措施，使新舊結構砼結合良好，提高拱腳承載力，詳見圖2。

(3)拱頂加固:在拱頂L/4長度范圍，拆除拱頂填料，植入鋼筋，增設鋼筋砼板，提高拱頂承載力。

圖2　拱腳加固圖

(4)腹拱掛網噴射砼加固:在原腹拱上植入鋼筋并掛鋼筋網，噴射干硬性混凝土，縱向鋼筋伸入腹拱墩蓋梁中，在腹拱下形成一個套拱，與原腹拱共同受力，提高腹拱承載力。

(5)墩臺身裂縫處理:根據設計要求，裂縫寬度在限制范圍內(小于0.2mm)，應采用壓力灌漿法灌注環氧樹脂膠封閉；裂縫寬度大于限制范圍內(大等于0.2mm)，應采用壓力灌漿法灌注環氧樹脂膠或其他灌縫材料。

(6)橋面系改造:拆除舊橋面鋪裝結構、人行道和欄桿，按設計要求新建。

通過以上加固措施，東門大橋的主拱圈完成了從雙曲拱向箱型拱的轉變，結構剛度和承載能力都大為提高。

主拱圈加固采取滿布木質掛籃懸澆施工工藝，利用原有拱圈作為支點，采取分段澆筑、對稱施工的方法，由于方案正確，管理到位，因此施工進展非常順利，該項目計劃工期為10個月，實際工期為7個月，比合同工期提前3個月完工，加固改造過程未出現任何質量和安全事故，圓滿完成加固任務。

2.4加固效果

東門大橋改造后，對該橋進行成橋全面檢測，根據檢測結果，該橋所有指標均滿足公路-Ⅱ級荷載要求，說明采用在主拱圈下增設鋼筋砼加勁板使雙曲拱轉變為箱型拱的加固方案取得良好的加固效果。

3　結語

東門大橋加固成功的案例證明，雙曲拱橋主拱圈采用增加整體鋼筋砼加勁板的加固方法，理論依據充分、施工簡便可行、造價成本低、加固效果顯著，不失為一種較好的雙曲拱橋加固方法，這種加固方法必將在今后的雙曲拱橋的加固改造中得到更為廣泛的運用。

參考文獻

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