拱橋加固及改造方法研究★

馮良勇

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司，遼寧 沈陽 110166)

1 概述

隨著現代交通運輸行業的發展，大噸位車輛和交通量不斷增加，對橋梁結構的承載性能提出越來越高的要求。然而我省拱橋大部分建于20世紀50年代～80年代，設計荷載標準偏低，并且已經運營數十年，再加上超載、超限車輛日益增多，大批拱橋技術狀況已經不能滿足行車安全和日益增長的交通量需求[1]。對于這些承載性能不滿足需求的拱橋，可通過兩種方式處理：一是拆除重建；二是采取適當的加固措施，恢復并提高橋梁承載能力，以適應當前的交通運輸需求[2]。

我省危橋數目中拱橋在橋梁總數中已經占據一定比例，并且隨著日益增長的交通量和車輛載重，越來越多的橋梁加入到危橋行列，對這些危舊拱橋一律予以拆除重建是不科學的，也是不現實的。國內外資料表明[3-6]，舊橋的加固改造與拆除重建相比更經濟，不但可以節省大量的資源，而且產生良好的經濟、社會和環境效益，對恢復、提高危橋的承載能力及通行能力，延長拱橋的使用壽命以滿足現代交通運輸的需求是切實可行的，且對于維護公路交通正常運營、保證沿線地區經濟發展等具有積極意義。

2 拱橋病害及原因

通過對遼寧省以往拱橋檢測報告分析和現場調研等方式，總結我省公路拱橋的病害情況，并分析不同病害產生的原因以及病害對橋梁受力性能的影響，明確病害對結構受力性能的危害性。

拱橋主拱圈主要病害形式為裂縫，其產生主要原因為:

1)缺乏保護主拱圈整體性的措施，當橋臺產生位移和沉降時，加大了拱頂正彎矩和拱腳剪力，從而產生了拱頂法向拉應力、拱腳剪應力。當它們超過極限應力值時，裂縫就產生了。

2)波頂本身就是薄弱截面，再加上混凝土的收縮，所以容易產生裂縫。

3)由于橫向聯系不夠，構件剛度小，拱肋撓度過大或者發生一定程度的扭轉就很容易造成波頂的開裂。

拱橋腹拱圈主要病害形式為裂縫，其產生主要原因為:

1)腹拱基本全部為預制構件，在拱角處并沒有設置鉸，這就使得在結構受到荷載、溫度變形、混凝土收縮的情況時，在腹拱就產生了較大的內力，從而引起了開裂。

2)溫度變化，混凝土收縮使得主拱圈產生橫向的不均勻變形，從而使腹拱墩臺產生不均勻沉降，導致腹拱的環向開裂。

拱橋側墻主要病害形式為側墻鼓脹外傾、豎向開裂及側墻與主拱圈結合面脫裂和水平開裂等病害，其產生主要原因為:

1)排水不暢造成的，填料里匯聚了大量的水分，所以就向外鼓脹。

2)主拱圈在荷載作用下變形造成的，再加上腹拱圈未設變形縫，引起腹拱墩頂側墻開裂。

3)側墻與后臺側墻之間未留變形縫造成的。

3 拱橋加固方法及使用周期

拱橋常用的加固方法包含錨噴混凝土法、增大拱肋法、增設拱肋法等。本文針對拱橋常用加固方法進行了實地調研，共調研加固后橋梁30余座。按照加固時間的不同，每種加固方法均有7座以上橋梁，便于后續加固效果的分析。

3.1 各加固方法評定標準

按照加固后拱橋的表觀狀態，并參考《公路橋梁技術狀況評定標準》中橋梁總體技術狀況評定等級和主要部件技術狀況評定標度，將通過不同加固方法加固后的缺損狀態分為5個程度相應5個標度，不同程度狀況描述見表1～表3。

表1 錨噴混凝土法橋梁狀態評定標準

表2 增大拱肋法橋梁狀態評定標準

表3 增設拱肋法橋梁狀態評定標準

3.2 各加固方法效果

3.2.1 錨噴混凝土法

通過對錨噴混凝土法加固拱橋的調研，對各橋梁加固狀態按表1的標準進行系統分析，得出使用時間與該加固方法加固效果好壞程度的直方圖，見圖1。

由圖1可以看出，錨噴混凝土法加固后的拱橋使用3 a后，已經處于中等破損狀態，說明該加固法存在其自身的缺陷，特別是混凝土開裂嚴重影響了加固的耐久性，有效使用期較短。

3.2.2 增大拱肋法

通過對增大拱肋法加固拱橋的調研。對各橋梁加固狀態按表2的標準進行系統分析，得出使用時間與該加固方法加固效果好壞程度的直方圖，見圖2。

在同樣采用增大拱肋截面法進行加固后，拱橋運營了6 a～7 a拱肋很少出現環向裂縫，但肋板拱僅僅運營3 a便出現了大量的拱肋環向裂縫，這樣的病害在同年加固的黑水河橋(肋板拱)中也大量存在。

通過以上分析可以說明，增大拱肋截面法在拱橋加固中效果較為明顯，目前加固過的拱橋未發現明顯結構性病害，應用前景廣泛。至于該方法在肋板拱中的應用，短時間內環向裂縫病害突出，嚴重影響了加固的耐久性。

3.2.3 增設拱肋法

通過對增設拱肋法加固拱橋的調研，對各橋梁加固狀態按表3的標準進行系統分析，得出使用時間與該加固方法加固效果好壞程度的直方圖，見圖3。

增設鋼筋混凝土拱肋法是最近兩年新采用的加固方法，本次共調研7座使用該方法加固的拱橋。由圖3可以看出，增設鋼筋混凝土拱肋法加固后的拱橋使用4 a后的橋梁處于輕微缺損狀態。從調研中可以發現，只要新增拱肋與原拱圈連接牢靠，可充分發揮新增拱肋的作用，且該方法可大大提升石板拱的承載能力，應用前景廣泛。

4 結語

通過對遼寧省內拱橋加固后現狀的調研，對比分析常用加固方法的加固效果，針對性地提出評價指標，在此基礎上，建立拱橋加固及改造技術應用后評價方法，以便更為合理有效地對加固效果進行評價，為拱橋加固及改造工程方法選取提供參考，降低拱橋加固、維修成本，為橋梁管理部門提出拱橋加固后評價依據，節約養護資金。

1)錨噴混凝土法加固后的拱橋使用3 a后，已經出現破損狀態，說明該加固法存在其自身的缺陷，特別是混凝土開裂嚴重影響了加固的耐久性，有效使用期較短。

2)增大拱肋法在肋板拱中的應用，短時間內環向裂縫病害突出，影響了加固的耐久性。

3)從作用原理上講，增設鋼筋混凝土拱肋法充分利用了混凝土抗壓性能，當新增拱肋與原結構連接牢靠時，可以較大幅度的提高原拱橋的承載能力，應用前景廣泛。