悬吊法加固双曲拱桥方法探讨——以乐天溪双曲拱桥为例

杨明秀，邓兴贵，李澐珑 （宜昌通衢公路建设有限责任公司，湖北宜昌443100）

随着国民经济的发展，交通运输量的大幅度增长，行车密度及车辆载重越来越大，一大批20世纪80年代以前修建的公路桥梁已满足不了使用要求，其中双曲拱桥的问题尤为突出，具体表现如下：①拱桥的径向裂缝，拱桥径向裂缝常发生在拱脚和拱顶2个部位，其方向与拱轴线垂直。②拱圈的纵向裂缝，这种裂缝通常在桥面中线附近顺跨径方向延伸，严重时有贯通全桥、将拱圈 “一分为二”之势。

为改善交通环境，提高双曲拱桥的承载能力，对有病害的双曲拱桥进行加固改造势在必行。下面，笔者乐天溪双曲拱桥的加固改造为例，对悬吊法加固双曲拱桥方法进行了探讨。

1 工程背景

乐天溪双曲拱桥全长130m，为20 世纪80 年代初修建，设计荷载为汽－15，挂－80，组合跨径为（13＋30＋30＋13）m，桥高12m，枯水季节水深约3～4m，不通航，现已运行30多年，目前桥台、桥墩无严重病害，主拱拱肋砼有侵蚀现象，主拱波为装配式，桥面严重破损。荷载试验检测为主拱揉度变形过大，属于危桥，需要加固后使用。图1所示为原桥立面图。

图1 原桥立面图

2 双曲拱桥加固设计方案

针对双曲拱桥不同部位出现的问题及其严重程度采取不同的应对措施。拱上建筑破坏或桥面系破损的桥梁主要是进行维修和养护，破损严重的进行更换。对桥梁上部结构病害采取的加固方法如下：①拱肋加固。包括环氧浆液粘贴钢板加固拱肋、碳纤维布粘贴加固拱肋或拱圈、用增加钢筋外包混凝土加大拱肋断面以及压浆灌缝等方法［2］。②加厚拱板。可以增加拱肋、拱波强度，增强拱圈的整体性和强度。③加强横向连系。包括外包混凝土加大横系梁断面以及将横系梁改造为横隔板等方法［3］。④调整拱上的恒载分布和减轻拱上建筑自重。

对乐天溪双曲拱桥来说，其具体加固设计方案如下：①墩台植筋，外包高2．0m、宽9m、厚20cmC30钢筋砼；②主拱肋植筋后外包C30U 型槽钢筋砼 （旧肋断面高30cm、宽20cm），底宽加厚15cm，全宽50cm，两侧各加宽15cm，全高45cm，肋底钢筋4∅16mm，两侧各2∅16mm，沿肋布置；连系梁外包砼；③腹拱圈采用喷射砼；④挖除全桥的桥面砼和填料，填料采用C25陶粒砼，桥面为C30∅12mm 钢筋笼砼；⑤人行道和栏杆新建。图2所示为拟加固立面图。

图2 拟加固立面图

3 拱肋施工方法

因乐天溪双曲拱桥所在溪流水流较深，且挖装设备无法进场，不宜采用填筑河床后布设满堂钢管支架浇筑拱肋砼的方式，可以采用悬吊拱盔的办法一次性浇筑拱肋和联系梁砼。

3．1 悬吊军用梁拱盔

1）在桥上自制油桶浮船，每4节油桶为1组，用L50角钢焊接后吊车下放到墩台处，做墩台植筋的操作平台。

2）在每跨的墩台侧面钻孔安装三脚架，采用膨胀螺栓固定，间距1m 为1道，架顶平行，铺设20槽钢，槽钢两端挑出墩台外各约1m，做拱盔水平移动承台。

3）选用六四式军用梁按拱肋弧形自制成拱盔，每跨每条拱盔由9片军用梁组成，上悬杆直接销结，下悬杆由Ⅰ8工字钢自制后销结，每道拱盔重约3t，每跨设置3道拱盔；用吊车吊装第一道拱盔，下放到槽钢承台上，手动葫芦缓慢拖移至拱中，其他的拱盔拖移到外拱肋下。图4所示为拱盔立面图。

图3 拱盔立面图

4）在每跨的桥面上采用∅75mm钻头钻孔（按设计的吊杆位置），穿过腹拱圈和主拱波，做吊杆通道。

5）安装悬吊系统。其上托在桥面，先垫双肢枕木，枕木上安装40cm 双肢Ⅰ22b工字钢；在拱盔拱脚处先用L型20mm 厚钢板作托架 （长70cm），与军用梁销结，然后拧紧拱脚的∅32mm 精轧螺纹钢水平拉杆；在拱盔拱脚设12m 双肢Ⅰ22b工字钢做悬吊系统的下托。图4所示为拱盔拱脚处悬吊大样图。

6）提升拱盔。每跨设6道悬吊，采用∅32mm 精轧螺纹钢做吊杆，JLM－32螺母，将每道拱盔提升到拱盔设计位置上。

7）布设拱盔横向联系梁。拱盔上每2m 布置横向12m 长Ⅰ8工字钢上下联系梁，采用U 型锁扣固定，下连系梁上安装木方和跳板，做人行通道，图5为拱盔横向布置图。

图4 拱脚悬吊大样图

8）安装模板和小型腕扣支架。在Ⅰ8工字钢梁上纵向布置间距60cm∅50mm 弧形钢管，腕扣托架支撑在Ⅰ8 工字钢梁上，在弧形钢管上布置间距40cm 横向6×9小方木，在方木上铺设1．5cm 厚竹模板，做底模，侧模和顶模也采用1．5cm 厚竹模板加工而成，每道拱肋和连系梁的模板须全封闭．

9）安装砼导流通道。①墩台身砼浇筑。在第1个腹拱中间钻一个∅100mm 孔洞，导管从桥面边沿接入漏斗，砼可直接引流，附着振动器振捣。②边肋砼浇筑。在边肋拱顶处模板开孔，接入导管与桥面漏斗连接。中肋砼浇筑。在中肋顶部边沿 （拱肋加宽部分），在桥面上钻一个∅100mm 孔洞，穿过拱波，直接引流入拱肋模板。

10）砼配置基本要求。选用细石砼，粉煤灰在水泥中的掺加量约为20%～30%，坍落度控制在220～240mm。

11）砼浇筑顺序为先墩台加固砼，后边肋砼，再中肋砼，联系梁同时完成。

12）拆除悬挂拱盔。待砼强度达到设计强度的80%以后方可拆除拱盔，具体方法如下：①在桥面上的每个悬挂点安排1个人负责拧动吊点螺母，统一指挥，松动幅度相同，落下50cm 后暂停；②拆除拱盔上的模板、方木、腕扣支架；③继续同时下放拱盔，落至拱盔水平移动承台，拆除拱盔间的横向连系，临时固定拱盔；④手动葫芦将拱盔逐个缓慢拖移至拱圈外沿，吊车调到桥面，施工其他跨径的拱肋砼。

3．2 满堂台阶钢管支架悬吊

1）将墩身加贴的植筋砼宽度由设计的20cm 加宽到40cm，其中20cm 做托架拱脚处支点。

2）在30m 跨径长度范围内、在第1条拱肋内侧20cm 处，在桥面上钻孔穿过主拱拱波，钻孔直径∅75mm，间距 （0．4＋3．6）m、5．5m、5．5m、5．5m、5．5m、 （3．6＋0．4）m；在桥面横断面的间距0．7m、3．75m、3．75m，总共3道。图6所示为满堂支架立面图。

3）上吊杆安装。在钻孔处现安装双肢枕木，在枕木上安装双肢Ⅰ22b工字钢焊接，长40cm，加垫板后下放∅32mm 精轧螺纹钢吊杆，拎上JLM－32螺母。图8所示为上吊杆安装示意图。

4）下吊杆安装。浮船运双肢Ⅰ22b工字钢至吊杆处，横桥向通长12m，吊杆穿过双肢Ⅰ22b工字钢上的预留的3个孔口，拎上JLM－32螺母，采用上拎螺母使工字钢就位。图8所示为下吊杆托架示意图。

5）安装纵梁。在双肢Ⅰ22b工字钢安装Ⅰ16b工字钢纵梁3道，边跨长4．0m、中跨6．0m，间距3．75m，工字钢之间采用U 型扣件。

图5 拱盔横向布置图

6）安装横向分配梁。在Ⅰ16b工字钢纵梁上安装分配梁Ⅰ12工字钢，边跨间距60cm，中跨间距110cm，工字钢之间采用U 型扣件。

图6 满堂支架立面图

7）安装满堂钢管支架。横向间距100cm，水平扫地杆高度20cm，步长100cm；X 斜杆每排须布设，步长100cm，各台阶式拱架之间通过剪力斜杆连接为受力整体。

8）模板安装。按常规方法制作拱肋模板，采用全密封系统，顶部预留2道砼进入口，可控制性的浇筑每条拱肋砼，主要以对称为主。

9）砼浇筑顺序。建议先浇筑中肋，砼引流管布置在跨中，在2个拱脚方向，砼的注入在每条拱肋上须平衡施工，这样可以防止悬吊支架失稳。

4 结语

图7 上吊杆安装示意图

为了解决双曲拱桥运行多年后承重结构出现的常规病害问题，采用悬吊军用梁拱盔和满堂台阶钢管支架的办法对乐天溪双曲拱桥进行进行一次性整体浇筑拱肋及联系梁，该桥梁经过结构加固后，其承载能力得到很大提高。同时，利用悬吊法一次性施工拱肋砼还有如下优点：①利用拱肋加固构件重量轻的特点，选用悬吊拱盔，对拱盔结构强度要求低，操作简单方便，能重复使用且节约成本；②施工工期短，比其他办法至少节约2 周的施工期；③拱肋成型后强度完整，无砼施工缝；④不受施工场地条件限制，不受水位及河床地形影响。此外，该方法同样适用于高架梁桥梁底的加固，如粘帖钢板、贴碳纤维、体外预应力等。因此，该方法具有较好的应用前景。

图8 下吊杆托架示意图

［1］钟勇．双曲拱桥的加固设计与施工 ［J］．公路与汽运，2007，22 （1）：111～114．

［2］王敏初，李茂川，陈星．北京大关双曲拱桥加固改造实践 ［J］．山西建筑，2009，35 （15）：343～345．

［3］张道省，崔士强．双曲拱桥加固应用技术 ［J］．辽宁交通科技，2002 （3）：31～32．