浅析双曲拱桥的常见病害及处治方法

温显峰，李彦阳

(1.大庆高新技术产业开发区规划建筑设计院;2.黑龙江八一农垦大学)

浅析双曲拱桥的常见病害及处治方法

温显峰1，李彦阳2

(1.大庆高新技术产业开发区规划建筑设计院;2.黑龙江八一农垦大学)

由于当时存在结构、设计和施工上的缺陷，一些旧的双曲拱桥从运营到现在已经出现很多问题。结合目前双曲拱桥的现状及存在的主要病害进行原因分析，提出了相应的处治对策。

双曲拱桥;病害分析;处治;加固

1 双曲拱桥现状

结合对东北三省一些旧双曲拱桥的现场调查，发现除了混凝土结构物共存的一些病害外，双曲拱桥一般还存在如下情况。

(1)桥梁设计荷载偏低;

(2)横向联系弱，整体性差;

(3)在拱顶拱波的顶部，普遍存在纵向裂缝;(4)墩台承载力不足，出现沉降或位移等现象。

2 双曲拱桥主要病害及成因

双曲拱桥的病害原因是多方面的，在设计理论、施工方法和质量上都存在一些问题，加之建成后养护不当等因素，致使双曲拱桥出现了一些必然的病害。

2.1 拱波纵向开裂

拱波的纵向裂缝是双曲拱桥最常见的病害，裂缝从拱肋底部下边缘向上延伸。由于双曲拱桥的拱圈强度不足，在正弯矩作用下导致拱肋下缘开裂;或由于墩台产生水平位移，使拱顶的正弯矩加大，使肋下缘开裂;又因横向联系刚度较弱，活荷载横向分布较差，拱肋受力不均匀，造成各拱肋变形存在较大差异，改变了拱波的受力状态，加速拱波的裂缝产生;加之建设时钢材用量不足，拱波配筋很少;脱模起吊时稍有不慎都会造成拱波开裂，在外荷载作用下，其裂缝将进一步地扩张。

2.2 墩台位移而引起破坏

拱桥与梁桥的区别在于前者存在水平推力，双曲拱桥自重较大，其相应的水平推力也较大。当设计、施工不当或地基承载力不足时，往往容易引起墩台较大水平的位移和沉降，这样，必将引起上部结构的损害，严重时会导致整座桥梁的坍塌。

2.3 桥面破损

造成桥面破损的主要原因是铺装层少钢筋、混凝土强度低、表面磨损、腐蚀、老化、缺乏养护等而造成的。

3 双曲拱桥的加固改造

对于不能适应现代交通运输的双曲拱桥，应从安全、经济、适用等方面综合考虑是否进行维修加固。如果能采取有效的加固改造措施，使其恢复设计承载力或提高荷载标准，延长桥梁的使用年限，使其继续为现代交通运输服务，则可以给国家带来巨大的社会经济效益。进行桥梁维修加固时，应区别其情况，采取相应的处治措施，以确保处治得当，施工安全。

3.1 增大主拱肋受力截面

增加拱肋断面的面积，可以提高截面惯性矩，增加拱肋断面的含筋率，从而减小主拱肋的继续变形，达到增加拱桥的承载能力的目的，使维修加固后的旧拱桥可继续使用。

3.2 基础的维修加固

对于局部基础冲刷严重的可进行回砌或采取适当防护;如果基础出现裂缝，则应采用环氧树脂砂浆予以封堵，必要时还可采用碳素纤维或钢筋混凝土予以包裹;当地基承载力不足时，可以采用在基础四周旋喷混凝土桩进行地基处理，以提高地基的承载能力。

4 关于双曲拱桥设计的几点思考

双曲拱桥从受力角度看有普通拱桥的一些共性，但双曲拱桥主要承重部分的结构型式与其不同，它是由拱肋、拱波、拱板和横向联系组成的，是分部施工、先后受力、最后联成整体的。因此，在设计上予以重视也可以降低双曲拱桥在运营过程中病害的产生。

4.1 双曲拱矢跨比与拱轴线型

双曲拱矢跨比与拱轴线型是任何拱桥都要考虑的问题。要充分发挥拱的优点，使全跨截面上都能获得尽可能的压应力。从受力观点看，矢跨比过坦或过陡都是不利的，双曲拱的矢跨比则一般小于1/4是比较合理的。

4.2 拱圈的截面形式和组成的整体性

双曲拱拱圈的横截面，从整体来看，是波浪形或连拱形，以相等的面积，比之矩形截面可以得到更多的惯矩，因而材料节省、抗弯能力较大、整体刚性也较好。但截面一般是由拱肋、拱板、拱波和横向联系四个部分组成，只有保证这四个部分结合成整体联合受力的条件下，才能发挥前述的优点。

4.3 主拱活载内力的横向分配和拱肋横向联系的设计

目前，在采取措施加强主拱圈纵横向整体性的条件下，车轮荷载在横向分配一般是按桥面全宽平均分布计算的;但为了使双曲拱桥在设计理论上更加完善，最好能仿照梁式桥跨一样，引进一个横向分配系数来计算。

4.4 拱上建筑的设计和主拱与拱上建筑的联合作用

拱上建筑首先把自身恒载加在主拱上，然后成为活载的传力体系，同时也参与主拱圈的联合受力，大大加强了主拱的刚度，因此，拱上建筑宜按下列原则进行设计。

(1)把拱上建筑的重量尽量均匀地分布在主拱圈上，合理地调节重量与构造的关系，使拱轴压力线尽量符合设计的拱轴线。

(2)拱上构造要注意增强拱圈的横向整体性，并把活载横向较均匀地分布在拱圈全宽上。

(3)大量资料表明，拱上建筑的裂缝主要是由主拱变形引起的，因此，必须设置完善的变形缝。

［1］公路双曲拱桥［M］.北京：人民交通出版，1980.

［2］蒙云，卢波.桥梁加固与改造［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］黄丽平，张建华.双曲拱桥的维修与加固［J］.交通科技与经济，2003，(3).

［4］刘晋华.双曲拱桥的现状及处治对策［J］.山西交通科技，2005，(6).

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