石拱橋拱圈加固處理技術(shù)

李文銳

(凱里公路管理局)

1 為什么要進行石拱橋的拱圈加固處理

主拱圈是石拱橋最重要的結(jié)構(gòu)，是石拱橋的心臟。拱圈具有其典型的變形特點和受力特點，一旦上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，就會由于整體性被破壞而形成松散結(jié)構(gòu)。對石拱橋的加固主要是通過對截面和裂縫進行修補，對拱圈進行加固，來使的石拱橋的承載能力提高，使其整體性得到恢復(fù)。

石拱橋的拱圈最常見的病害就是拱肋開裂，其直接原因就是荷載的作用，可以將主拱圈的裂縫分為兩類:徑向縫和縱向縫。與拱軸線方向垂直的裂縫就是徑向縫，主要包括拱背徑向縫和拱肋徑向縫。在拱波和拱肋的結(jié)合面上產(chǎn)生的裂縫就是縱向縫，其方向是與拱軸線方向平行的，主要包括剪力縱向縫和法向拉力縱向縫。石供橋拱圈還有一些常見病害，比如橫系梁被破壞、拱波破壞和腹拱破壞等。

在石拱橋拱圈加固處理技術(shù)中，比較常見的有粘貼加固技術(shù)、體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)、增大橫截面技術(shù)和加強橫向聯(lián)系加固技術(shù)。

2 常用的加固技術(shù)

(1)增大橫截面技術(shù)

增大橫截面技術(shù)主要是針對性石拱橋因拱石風化、砂漿脫落、主拱圈開裂和變形進行處理。該方法主要使用鋼筋鋼纖維混凝土、鋼筋混凝土、鋼纖維混凝土等對拱圈的厚度進行加厚。或者將鋼筋混凝土倒槽形板加蓋到雙曲拱肋波背部、將拱肋截面用鋼筋混凝土外包起來。

使用增大橫截面技術(shù)對拱圈進行加固處理，要先計算鋼筋混凝土加固層的厚度。鋼筋混凝土加固層的設(shè)計尺寸應(yīng)根據(jù)加固后結(jié)構(gòu)的強度驗算確定，根據(jù)國內(nèi)外研究資料，從構(gòu)造、材料、使用角度考慮，增大的鋼筋混凝土加固層厚度最大、最小尺寸應(yīng)滿足下表要求。

表1 加固層構(gòu)造尺寸要求

增大橫截面技術(shù)有三種具體的方法，分別為主拱圈下緣增大截面加固法、主拱圈上緣增大截面加固法和全拱加固法。主拱圈下緣增大截面加固法又分為現(xiàn)澆鋼筋混凝土拱圈加固法與錨噴鋼筋混凝土加固法。

施工工序:搭架→鉆孔→安設(shè)描桿→主拱圈表面鑿毛→布設(shè)縱橫向鋼筋→模板現(xiàn)澆(或噴射)混凝土加固層→折架、清理現(xiàn)場。

增大截面加固法有著施工工程量小、加固費用低、施工技術(shù)較簡單，后期無需特殊服務(wù)等優(yōu)點，在我局近幾年實施的石拱橋改造加固中，大多數(shù)采用該種方法。

(2)粘貼加固技術(shù)

粘貼技術(shù)一般采用環(huán)氧樹脂或建筑結(jié)構(gòu)膠將鋼板、鋼筋、玻璃鋼、碳纖維等抗拉強度高的材料粘貼在主拱圈表面，使之與結(jié)構(gòu)物形成整體，從而達到提高主拱圈的搞彎、抗剪能力，以及減少裂縫擴展的目的。根據(jù)粘貼材料的不同，要為粘貼鋼板技術(shù)、粘貼鋼筋技術(shù)、粘貼碳纖維技術(shù)和粘貼玻璃技術(shù)。

粘貼鋼筋和鋼板主要是在拱圈的受拉部位，鋼筋或鋼板的配置數(shù)量根據(jù)拱圈的開裂程度而定，補強范圍在4～6 mm之間，不要選用太長的鋼板，以1.2～1.5 m 為宜。鋼板的固定和加壓使用環(huán)氧砂漿，以提高拱圈與鋼板粘貼面的抗剪能力。

以G321 線從江境的前進橋為例，該石拱橋是1 ×10.3 +1 ×33.9 +1 ×10.3 無鉸雙曲拱，拱軸線是懸鏈線。根據(jù)其病害情況對其進行加固，采用粘貼鋼板加固技術(shù)。

加固施工流程為:搭架→清洗拱圈→鋼板除銹→鉆孔→涂膠→粘貼鋼板→膨脹螺栓錨固→鋼板除銹→刷防銹漆兩遍→拆架、清理現(xiàn)場。

采用粘貼鋼板技術(shù)對石拱橋加固時，鋼材的防腐、防銹較難處理，需定期檢查的銹蝕情況并采取足夠的措施對鋼板進行防腐、防銹處理。另一方面由于鋼板與石材的線膨脹系數(shù)、彈性模量相差太遠，兩者的共同協(xié)調(diào)作用、耐久性問題有待觀察。

(3)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)

體外預(yù)應(yīng)力加固橋梁是以粗鋼筋、鋼絞線或高強鋼絲等鋼材作為施力工具，對橋梁結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，以預(yù)加力產(chǎn)生的彎矩和拉力部分抵消外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，從而達到改善舊橋使用性能并提高基承載力的目的。

在石拱橋的拱圈加固中使用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，能夠解決橋臺位移和拱圈開裂的情況。主要做法是根據(jù)拱圈開裂的方向，對于橫向開裂的拱橋則，則進行鋼拉桿的順向設(shè)置，進行預(yù)應(yīng)力的加固;對于縱向開裂的拱橋進行鋼拉桿的橫向設(shè)置，進行預(yù)應(yīng)力的加固。

施工工藝如下。

①安裝錨固板:錨固板可用厚鋼板制成，在鋼絲束的位置上鉆出穿絲孔，并用環(huán)氧砂漿因定在拱腳。

②安裝箍圈或定位梢:U 形箍盤可用鋼筋焊制，末端高有穿預(yù)應(yīng)力鋼絲束套環(huán)。

③布設(shè)鋼絲束。

④張拉并封錨。

⑤防護處理:張拉完畢后，在鋼絲束上涂防銹防腐涂料并做其他相關(guān)處理。

體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的具有經(jīng)濟性強、不妨礙交通、施工快速、工期短，所需設(shè)備簡單等優(yōu)點，但對預(yù)應(yīng)力鋼絲束防銹防腐問題難以處理，以及存在預(yù)應(yīng)力松馳問題，耐久性較差，后期維護成本較高，并能橋下通航有較大影響。

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