石拱桥常见病害与维修加固方法综述

2015-04-07李鹏杨娜

四川水泥 2015年6期

关键词：墩台石拱桥拱圈

李鹏杨娜

（葛洲坝集团试验检测有限公司，湖北宜昌 443002）

石拱桥常见病害与维修加固方法综述

李鹏杨娜

（葛洲坝集团试验检测有限公司，湖北宜昌 443002）

随着交通量的日益增长，越来越多的石拱桥处于超负荷的亚健康状态。本文首先针对这一现象列出石拱桥的常见病害，然后对其成因进行分析，最后有针对性的提出相应的维修加固方法。对石拱桥的养护具有一定的借鉴意义。

石拱桥；病害分析；加固方法

1.引言

石拱桥以其施工简单、就地取材、造价低廉等特点，在我国上世纪50～80年代得到大量的推广和使用。由于石拱桥设计之初，设计荷载均较小，随着交通量的增大，车辆荷载的日益增加，越来越多的石拱桥处于超负荷状态，另外石拱桥其本身自重较大，拱圈受力后会产生较大的水平推力，对地基和墩台均会产生不利的影响。因此，目前石拱桥出现的病害较多，为保证其安全性，需要查明病害产生的原因，并对其进行相应的加固处理。

2.石拱桥常见病害及其原因

2.1 主拱圈开裂

主拱圈裂缝是石拱桥最致命的病害，主要分为横向开裂与纵向开裂，主拱圈开裂严重影响到桥梁的安全，一旦出现，必须立即处理。造成主拱圈开裂的主要原因有以下几点：

1）建桥年代久远，原设计荷载标准较低，随着交通量的日益增长，桥梁在长期超负荷运营下主拱圈出现开裂现象。

2）墩台、基础等的位移引起拱圈开裂。石拱桥多为超静定结构的无铰拱。基础沉陷或墩台位移会引起主拱圈产生较大的附加应力导致主拱圈开裂。

3）主拱圈受力不对称。主要发生在弯桥上。车辆在弯桥上转弯时产生向心力,造成拱圈弯道外侧开裂。

2.2 侧墙开裂与外鼓

侧墙开裂与外鼓是石拱桥拱上结构最常出现的病害。侧墙常出现顺桥向、横桥向裂缝。侧墙外鼓则与侧墙开裂相伴产生。其产生的原因为：

1）交通荷载过大，或其冲击作用太强使侧墙承受的土侧压力增大。

2）建桥时未设置沉降缝，当桥台有沉降时候，拱上侧墙就发生不规则的裂缝。

3）拱上建筑中的填料不密实，或填料质量不好，桥面破损后积水渗透至拱上填料，降低其强度，经过浸泡后发生膨胀对侧墙产生挤压，使得侧墙发生外鼓甚至开裂等。

2.3 基础或墩台的不均匀沉降、位移

基础与墩台的使用状况是确保桥梁运营安全的重要因素之一。对于石拱桥而言，基础和墩台出现的最常见病害是其不均匀沉降与位移。

这些病害产生的原因主要是由于外部荷载太大或地基承载力不足等原因，致使墩台、基础发生沉降、位移，或者由于水流冲刷，将墩台基础掏空，使得墩台处于悬空状态，很容易就发生沉降或位移。

2.4 防水层破坏或失效

石拱桥防水层破坏或失效是其最常见的病害。防水层破坏或失效,使拱圈漏水,影响结构安全,缩短了桥梁的使用寿命。

影响防水层破坏或失效的原因，主要是用于防水层的材料不当。对于空腹式拱桥而言，其多采用沥青、油毛毡来作为防水层,而油毛毡容易老化,特别是在变形缝处,因此很难起到相应的防水作用；对于实腹式拱桥而言，多采用胶泥或三合土做防水层,但是在施工现场纯粘土很难找到,因此施工时一般用亚粘土代替,防水效果不佳。

3 石拱桥维修加固方法综述

对处于病害的石拱桥进行处理，一般有维修和加固两种方式。当石拱桥的技术状况等级为2级或3级时，采用维修的手段，其目的是提高结构的耐久性或改善结构的工作性能；当石拱桥的技术状况等级为4级或5级时，采用加固的方式，其目的主要是恢复或提高结构的安全性和可靠性。

3.1 石拱桥维修方法

石拱桥的维修工作主要是修理主拱圈和拱上结构砌体的个别裂缝、区部变形等。常用方法有：

1)修理防水层。为防止渗漏，石拱桥均应做防水层，如发现没有防水层或防水层损坏失效时，应挖开拱上填料重做或重做桥面加铺黑色路面,防止桥面渗漏。

2)石拱桥裂缝的封闭。对石拱桥裂缝的封闭，目前主要有砂浆填缝、环氧砂浆或环氧浆液填缝和采用进口化学粘结剂封闭微裂缝等三种方法。三种方法各有利弊，在实际操作中合理选择使用。

3.2 石拱桥加固方法

石拱桥的加固原理可归结为增大结构截面、减轻结构自重、改善结构受力体系和加强结构整体受力性能等,基于这几大类加固原理,目前石拱桥比较有效的加固方法有∶

1)套拱法。根据拱圈增设的位置又分为拱上加设拱圈加固法和拱下增设拱圈加固法。拱上加设需拆除桥面,开挖原拱顶填料直到拱背,在拱背上加设一层新拱圈,加固效果较好,但需拆除桥上建筑,影响交通；拱下增设则是在原有拱圈下部增设拱圈,即紧贴原拱圈下面喷射钢丝网水泥拱圈或浇注钢筋混凝土新拱圈。其优点是不需拆除旧桥,施工期间不影响交通,但加固后缩小了桥下净空和桥下泄水面积。

2)贴钢板加固法。一种增加主拱圈整体刚度的方法，其原理跟套拱法类似。需要在石拱桥原主拱圈下粘贴一或多层钢板,使其与原桥梁通过埋设螺栓和环氧胶粘贴形成整体共同受力。该加固方法施工简便快速,但主拱圈与钢板之间的连接可靠性难有把握。

3)拱上建筑加固法。原理是将实腹式拱圈转换为空腹式拱桥，以梁式拱上建筑代替拱上填料后，同时新建桥面采用钢筋混凝土梁板，加强全桥的整体受力性能。

4)钢杆件拉结法。当石拱桥主拱圈出现较严重的拱脚位移时，采用这种方法进行加固。该方法需先将主拱圈根部凿开，浇筑钢拉杆铆座，然后装置拉杆螺栓铆固拱脚，抑制拱脚位移。采用这一方法有一弊病，其会使桥下净空降低，影响通航。

5)压浆加固法。对主拱圈和墩台较宽裂缝的处理，采用水泥砂浆来将裂缝表面封闭，在裂缝处埋设压浆管,待封浆结硬后，用水泥砂浆压灌裂缝。