石拱桥病害成因分析与加固措施研究

李汉平

摘 要：本文分析了石拱桥需要加固的原因，就加固和维修方案进行了论述，对提高石拱桥的承载能力，有实际意义。

关键词：石拱桥；病害原因；分析；加固措施

1 常见病害及成因分析

1.1 桥面破损

桥面破损对行驶车辆的舒适性和安全性造成一定影响，且可能加剧其他部位损坏。

分析成因如下：

对实腹式拱桥来说，与拱上填料有关，填料施工时未按设计和规范要求，容易在受力的情况下，发生不规则变形，或者台后排水没有处理好，渗入填料，使其变形，造成桥面破损。

空腹式拱桥腹由于拱铰的存在，这些部位往往是裂缝的起源，应在桥面或者与侧墙设置伸缩缝或变形缝。

1.2 防水层失效或破坏

防水层失效或破坏，无法起到防水功能，拱圈漏水，缩短了桥梁的使用寿命。原因分析如下：

实腹式拱桥易找到的一般亚粘土作为防水层，防水施工效果不佳；桥面有渗水，防水层易失效；空腹式拱桥施工时防水层采用油毛毡等易老化材，无法保证沥青麻絮密实。

1.3 拱圈开裂

主拱圈开裂按照拱圈开裂方向可以分为横向裂缝和纵向裂缝。

横向裂缝分析原因如下：

①主拱圈截面石料强度不够或太薄。对其进行内力分析可知，拱脚承受最大负弯矩，拱顶承受最大正弯矩，当荷载内力大于截面抗力时，拱脚上部或拱顶下部容易开裂。

②当主拱圈水平设置，坡桥坡度较大，造成拱圈受力不平衡，容易造成拱圈弯道外侧开裂。

③石拱桥基础均匀沉降、墩台移动，造成拱圈横向开裂，且多发生在L/4处。

④设计时拱轴系数选择不当。

⑤由于施工质量差，出现砌筑工艺不规范、砂浆不饱满等现象。

主拱圈的纵向裂缝成因分析如下：

①基础非均匀沉降；

②结构自身的受力特征影响，如弯桥受离心力作用；

③拱圈在施工时，环与环没有交错搭接，容易桥拱腹发生纵向开裂。

拱桥主拱圈横向裂缝使横向受力性能减弱，即使横向力不变，裂缝也将继续发展，继而导致拱桥承载能力的降低。

主拱圈横向裂缝如果发展到一定深度，开裂面的抗弯惯性矩将大大降低，如果出现开裂严重，结构将失稳破坏。

腹拱圈裂缝：腹拱圈由于开裂现象普遍严重，其主要成因分析如下：

①拱与拱上建筑的联合作用显著；

②铰缝施工不当。施工时，対铰石的选择应挑选质地坚硬强度高无裂缝的石料，并且在施工时对石料进行俢凿以增大接触面积，以防止因施工原因造成石料开裂。

2 主拱圈常用加固措施

石拱桥加固措施较多，主要是增强拱肋、增大拱圈截面、拱波之间的联系等几种基本方法。加固措施原理：

加固方法主要通过增大截面面积、减小截面应力或通过增大容许应力来提高桥梁的承载能力。

目前，常用的加固措施有锚喷混凝土加固、体外预应力加固及钢筋混凝土套箍加固。

2.1 锚喷混凝土加固的原理

用锚入原主拱圈内的锚杆挂设钢筋网，喷射速凝混凝土至结构面层，构成复合主拱圈，与原主拱圈共同作用，提高桥梁承载力。

工艺流程：处理原有裂缝→设置砂浆锚固→主拱圈凿毛、冲洗→挂设钢筋网→喷射混凝土→养生。

施工要点：每次喷护厚度不宜超过5～8cm。若需加厚，需反复多喷几次。

2.2 碳纤维粘贴加固的原理

用钢绞线或高强钢丝等钢材进行预应力施工，使其产生的弯矩和拉力抵销外荷载产生的内力，达到加强和提高桥梁使用性能及承载能力的目的。

①工艺流程：安装锚固板→安装箍圈或定位梢→布设钢丝束→张拉→进行必要的防护处理。

②施工要点：需重视钢材防锈处理。

③钢筋混凝土套箍加固

其原理在于：增大原主拱圈的截面尺寸，新增设钢筋混凝土层与原主拱圈共同作用，分担了桥梁荷载，该加固方法使原主拱圈环状封闭，结构三向受压，提高结构抗压强度，并使桥梁防水蚀、抗风化能力得到增强。

①工艺流程：拆除拱上建筑→冲洗干净→注浆加固→拱圈顶凿毛→拱圈铺设钢筋网→浇筑混凝土

②施工要点：a套箍封闭层采用移动架模现浇施工；b纵向钢筋在拱脚区段予以加密；c砼浇筑时，拱腹面和拱圈两侧面完成后，再进行拱背浇筑；然后由拱脚向拱顶方两侧对称浇筑。

3 结语

石拱桥加固是我国危旧桥梁改造的重要内容和重要课题，针对既有桥梁的损伤、缺陷及使用情况，掌握石拱桥病害形成的原因，并对症下药，制定合理的加固维修方案来提高石拱桥的耐久性、安全性及使用性具有重要意义。

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