顺昌县大干双曲拱桥加固方案分析

■陈新玉

（南平通辉工程咨询设计有限公司，南平 353000）

1 引言

双曲拱桥于上世纪60年代起被广泛应用在公路中，其具有造型美观、用料省、造价低、施工方便、建造速度快等优点。但是由于当时技术水平的局限，以及桥梁设计荷载等级偏低、构件预制工艺标准低、钢材用量少、横向连结能力和结构整体性能差等先天不足，经过三四十年超限超载、大交通量的运营，相当部分双曲拱桥都存在不同程度的结构性病害，或者已经被评定为危桥，根本无法满足现在日益快速增长的交通量需求。为了发挥双曲拱桥所特有的承载载潜力，通过检测分析，揭示病害产生的原因，并有针对性地采取相应技术措施进行加固处理，能够提高其通行能力和服务水平，让其继续安全运营，同时能为国家带来巨大的社会和经济效益。因此，本文以顺昌县大干双曲拱桥加固方案进行分析。

2 工程案例

2.1 工程概况

顺昌县大干大桥位于县道819线，是县城通往大干镇与建阳的交通要道，1972年建成通车。该桥上部结构为（5×35）m（净跨径）钢筋混凝土双曲拱桥，单跨主拱圈为6肋5波，主拱边上各设3个腹拱。下部结构采用浆砌片石墩台和扩大基础。桥面宽度为6m（行车道）+2×0.58m（栏杆）。设计荷载等级为汽-15。由于往返于桥上的交通流量增加，车辆超载，且重型车辆偏载通行，该桥主要受力构件（拱肋）两侧产生多条竖向裂缝，并且贯通至拱肋底面，裂缝形态呈现为U字形；部分拱波出现纵向开裂渗水；同时还存在腹拱圈横向开裂等病害。拱肋和拱波病害如图1所示。经外观检查，根据《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21-2011）该桥评定为四类桥，若不加处理继续运营，有可能导致安全事故的发生。因此为了确保安全，急需对该桥进行加固改造。

2.2 加固方案比选

按照双曲拱桥病害发生部位的不同，常见的结构性病害主要有主拱圈病害、拱上建筑病害、桥墩桥台病害等。传统的双曲拱桥加固方法很多，如加大拱肋截面尺寸法、拱肋粘帖钢板碳纤维法、顶推法、改变腹孔结构形式等，但是这些方法仅仅是修复病害、恢复结构承载能力，不能起到桥梁提载作用。为了确保改造后的桥梁能满足公路-Ⅱ荷载下正常使用要求，针对工程实例的典型病害，在传统加固方法的基础上提出两种改变双曲拱桥结构受力体系加固改造比选方案，以选择最优方案加以实施，起到修复双曲拱桥病害和提载作用。

（1）板拱加固改造双曲拱方案

板拱加固改造双曲拱的方法就是先对旧桥拱肋、拱波等构件出现不同缝宽的裂缝进行处理，当裂缝缝宽＜0.10mm时，采用表面涂抹3.5mm厚高强封闭裂缝胶处理；当裂缝缝宽≥0.10mm时，采用注胶封闭处理。然后充分利用现有桥梁基础、桥墩和地基良好的特点，对双曲拱桥每跨的第1#、3#、5#拱腔内浇筑新增钢筋混凝土，由拱肋、拱波、加厚底板与新增的钢筋混凝土构件形成实心整体，将双曲拱桥的拱转变为部分板拱受力结构，新旧构件连接可靠共同承担恒载和活载，减少应力滞后程度，从而提高了双曲拱桥的承载能力和增强了整体性。同时在每跨拱顶实腹段范围内的第2#、4#拱腔、原横隔梁之间加设厚30cm的钢筋混凝土横隔板以加强桥梁主拱圈的横向整体受力性能。腹拱圈产生的病害采用在拱式腹拱圈的下缘新增内设一层钢筋网与锚筋焊接的钢筋混凝土套拱，增加了腹拱圈截面面积，提高了腹拱圈的刚度，新的套拱与原腹拱圈连接成整体，共同承担上部荷载，且能减小原腹拱圈的变形，提高拱上建筑的刚度,如图2所示。

图2 板拱加固方案横截面构造图

（2）刚架拱加固改造双曲拱方案

刚架拱加固改造双曲拱桥的方法就是将旧桥采用对称法从中间向两侧、分层法从上而下的原则拆除拱上建筑，先拆除桥面系结构，然后挖除拱上填料、实腹段、腹拱、拆除拱上立柱，保留主拱圈。对原主拱圈裂缝灌胶和凿毛清理后，将双曲拱桥拱圈双缘自拱脚开始加厚，加厚层背部为斜直线，并将拱顶区段（实腹段）加厚至桥面，双曲拱桥的弧形拱圈变成的刚架拱的拱圈，在拱腿区段为变截面，其上缘为直线下缘为曲线，拱顶区段在各拱肋间采用微弯板相连接以增强桥梁横向刚度。在拱脚处增设一根次拱腿（斜撑），同时对主拱腿与弦杆、次拱腿与弦杆的接头部位采用刚性连接处理，使之成为一个整体，形成拱和斜腿组合的刚构,如图3所示。

图3 刚架拱加固方案立面构造图

（3）加固方案比选

上述2个加固方案都是以改变结构受力体系的方式进行处理，都能满足公路-Ⅱ级荷载和桥梁安全性能要求。板拱加固方案最大程度保留原设计双曲拱桥方案和保证了双曲拱桥的风格，仅在拱腔新增钢筋混凝土和增设横隔板，该加固法经济适用，工期较短，施工设备要求较低，结构简单，受力明确；刚架拱加固方案完全卸载拱上建筑，仅保留拱圈。鉴于刚架拱加固方案对截面设计以及内力分析更为复杂，主次节点刚性处理效果对刚架拱受力起很大的影响，旧桥上部除拱圈外全部拆除，施工的工作量大，而且施工工期较长，对尽早恢复交通不利，通过综合比选推荐板拱加固改造方案。

2.3 板拱加固要点处理

考虑双曲拱桥受力特点，将大干大桥分为第3#跨，第1#、5#跨，第2#、4#跨三部分施工，每部分各跨可同时对称施工。为了确保新旧构件共同承受外力，要做好三个方面要点处理：（1）施工时保证新旧混凝土的完好结合：先对需要处治的构件用钢刷清洗旧混凝土表面上的泥土、粉尘、油污及碎渣；接着对拱腔、拱背、腹拱等新旧混凝土接合面进行间距不大于5cm，深度不小于6mm的凿毛，用清水冲洗凿毛部；在旧混凝土表面刷一层厚度为1～2mm的水泥净浆，以增强新老砼之间的粘结力。（2）锚筋（栓）加固构件：在拱腔等构件锚筋（栓）加固时采用化学植筋，植筋钻孔施工时应按桥跨对称施工，以5个孔为一组，每组钻孔完成后即进行钢筋种植。桥梁植筋时应放样准确，钻孔深度应达到设计要求，灌胶前孔道可用空压机吹出浮尘，并用毛刷进行捣刷后再进行吹尘清理；清孔完成后方可注A级锚固植筋胶，孔内注完胶后应立即植筋，植筋采取机械切断端面的HRB400级带肋钢筋；为了确保结构胶固化正常，在植筋结束后一天内不得有任何扰动，等植筋胶固化完全后，开始非破损性拉拔试验，测力计施加的力要小于钢筋的屈服强度，大于植筋设计锚固力值。（3）混凝土浇筑质量：鉴于原主拱圈混凝土的收缩与徐变都已经结束，要保证新旧构件协同工作，在新增的混凝土中掺入一定量的微膨胀剂、4.75mm～20mm的粗集料（石子），使新构件产生一定的自应力以补偿混凝土的收缩；同时，采用掺入水泥质量5%粉煤灰的C30自密实混凝土，以提高拱腔浇筑混凝土流动性的要求；在浇筑时要使混凝土振动密实，用小型振动轴插入混凝土振捣，并用手提式振动泵在模板的下部充分振捣。拱腔加固的同时对新增横隔板进行浇筑。改造后板拱桥型布置如图4所示。

图4 改造后板拱桥型布置图（单位:cm）

3 结束语

根据板拱加固设计图纸处治实施交工时，建设单位委托有桥梁检测资质单位做静载试验，对大桥的加固效果和受力性能进行评价，在静载各试验工况下，所测得的各控制截面主要测点的应变最大校验系数（0.79）和挠度最大校验系数（0.87）均小于规范规定的限值1.00，说明加固后的桥梁结构整体强度、刚度满足设计要求。且全部卸载后结构的最大相对残余变位和应变（18.18%）小于规范规定的20%，说明该结构基本处于弹性工作状态。因此，用板拱加固双曲拱桥方法能满足公路-Ⅱ级荷载标准要求，且桥梁的承载能力有明显提高，表明加固效果显著，可作为同类桥梁加固借鉴参考。

[1]马义春.双曲拱桥的加固方法综述[J].科技创业家，2011.

[2]雍宁.桥梁加固的方法与养护措施[J].黑龙江科技信息，2010.

[3]吴尚华.双曲拱改部分实心板拱后桥梁的受力分析[J].低碳世界，2017（19）.

[4]JTG/T H21-2011,公路桥梁技术状况评定标准.