双曲拱桥上部结构加固方法的应用研究

尹 萍

（洞口县公路管理局，湖南 邵阳 422300）

在实际的桥梁工程建设过程中，拱桥是过去最常用的一种桥型，跨越能力强，且成本低廉。其中，双曲拱桥为具有代表性的重要类型，因其能最大限度发挥预制装配所具有的优势特点，能大量节省材料，所以一经推出就得到广泛运用。但这种桥梁多数设计荷载相对较低，受到车辆荷载作用后，将产生很多病害，导致上部结构实际承载力无法满足要求，甚至威胁到桥梁的运营安全，因此必须根据桥梁实际情况制定有效的维修加固技术。

1 工程概况

黄桥大桥的加固改造工程，桥梁为双曲拱桥，跨径组合为25 m+39 m+39 m+39 m+39 m+25 m，采用钢筋混凝土结构，主拱圈采用拱波与拱肋两部分组成，其中，拱肋的宽度为38.5 cm，保持1.23 m的净间距，在拱肋间还设有若干横系梁。桥梁的主拱圈是一条悬链线，拱圈上设置腹拱，即圆弧形拱，厚度为20 cm。本桥梁拱圈底部存在脱空的现象，导致局部产生裂缝并渗水，且拱波之间的连接不紧密，存在很大的裂纹和间隙，使整体性变差，亟须进行加固处理。

2 拱桥上部结构加固计算

为制定有效加固措施，同时满足规范与使用基本要求，以现场实测结果为依据，借助Midas Civil构建分析模型，利用模型对加固之前和之后的受力情况进行准确计算，并分析主拱圈上所有截面存在的作用效应，确定设计抗力，在综合考虑所有荷载的情况下，根据规范的要求实施分析计算[1]。

对全桥结构进行计算时，共设301个节点与330个单元。通过计算，基于基本组合时，多数截面上的抗力比效应值小，无法满足承载力规范要求；经加固处理后，拱圈上所有截面的实际抗力比效应值大，说明加固处理有效。

对引桥结构进行分析计算，得出各控制截面实际荷载效应值比抗力值小，计算偏心距也都比容许值小。可见，引桥处主拱圈实际承载力能达到设计要求，在日后施工中不需要进行专门的加固处理。

3 拱桥上部结构加固设计和施工

3.1 结构加固设计

考虑到桥梁加固时需要对交通进行适当管制，故加固设计需要将保证结构承载力，对结构上局部损伤进行修复，并缩短工期和尽早恢复等作为基本原则。

（1） 由于本桥梁主桥结构实际承载力无法达到要求，所以设计决定通过对拱肋截面的增大来保证承载力。

（2） 对于拱波之间相连不够紧密，存在很大间隙的问题，设计采用填充的方法处理，保证连接的紧密性。

（3） 针对拱圈底部存在脱空，导致局部渗水的问题，设计采用具有较高强度的砂浆进行抹面处理[2]。

3.2 结构加固施工

（1） 对拱肋的截面进行适当增大，使横向联系得以加宽与加厚。

该方法是最传统也是最常用的加固方式，对拱肋和横向联系部位的截面进行增大，同时增加经计算确定的钢筋，实现和原结构之间的协同受力，能有效提高主拱圈整体刚度与强度，确保主拱圈实际承载力达到预期使用要求。

其施工工艺流程为：施工测量和放线；对原结构的表面进行凿毛处理和清洗；然后进行植筋成孔；对钢筋进行连接与绑扎；再支设模板；最后进行混凝土的浇筑。

（2） 对腹拱与主拱的拼接缝实施填充。

①抹压填充开始前，对拼接缝做全面清理，确保拼接缝保持洁净与畅通。

②对于拱脚处和腹拱圈处的拼接缝，应使用复合砂浆予以填充，砂浆的强度应达到M40以上，在抹压填充时，厚度按5 cm严格控制，并分成多次实施，以保证填充的紧密性。

③对于拱波预制件部位的拼接缝，应使用环氧封缝材料予以填充，对封缝胶进行配制好后将其装到胶枪中，然后利用枪嘴为接缝持续注胶，并对注入的接缝胶予以适当挤压。期间可分成多次来抹压，以达到良好的填充效果[3]。

（3） 采用强度较高的聚合物砂浆进行抹面。

①施工前对拱圈表面进行检查，确认是否保持平整、适当粗糙、洁净，要求不能有浮灰与油污，并无裂缝、起砂及空鼓。检查合格后，用高压水枪对拱圈表面进行冲洗，使其保持在湿润的状态，但要注意不能存在积水，否则会对后续抹面造成影响。在界面黏结过程中，可通过高强度砂浆的涂刷来保证黏结的紧密性。

②浆材的配制：以10%～12%的水料比进行浆材配制，保证浆材搅拌的均匀性，配制好的浆材应尽量在1 h之内使用完毕，若无法在要求的时间内用完，则应视作废料处理。

③将拱圈表面润湿后涂抹一层粉料和水之比为3∶1的涂料，在涂刷的同时进行聚合物砂浆的均匀涂抹。砂浆施工时，应注意面积不能太大，必要时进行分块和分条作业，一般每块的面积应控制在10 m2以内，而对于错开的时间，通常在24 h之内。在分层施工过程中，留缝应保持一定的错开。将砂浆摊铺好以后，采用喷头进行喷水抹压，一次性完成抹平，不可反复多次进行抹压。当抹压过程中产生气泡时应将其刺破，使表面保持密实。当涂抹面层的厚度超过10 mm时应采取分层的方法进行施工，一般分层的厚度按5～10 mm的范围严格控制，将前一层抹压好后，静待一段时间，当用手指按压保持干燥时，即可对下一层进行抹压施工[4]。

④抹压施工完成后及时进行养护。待砂浆施工结束，且表面稍干后开始采用喷雾的方法进行养护，也可覆盖一层麻袋与草帘，使表面始终保持在湿润的状态。在养护过程中要注意温度的控制，一般情况下应达到5 ℃以上。通常有效养护时间应不少于7 d，在条件允许的情况下进行定时洒水，保持表面湿润。

（4） 对表面做防碳化处理。

以桥梁养护要求为依据，对上部结构进行防碳化处理，采用刚性材料进行。这种涂料能在常温条件下迅速固化，且自身强度和混凝土之间的黏结强度均较高。其施工方法为：首先对混凝土的表面进行处理，将松散的部分、浮浆及砂粒都清除干净，到露出坚硬的基层为止，并对钢筋做必要的除锈；当有渗水现象时，要对渗水处进行干燥与止水，对需要进行补强的部位进行擦拭，使用酒精等有机溶剂进行；按照设计要求的比例对涂料进行配制；最后将配制好的涂料使用刮刀将其均匀抹在桥梁表面[5]。

4 结语

综上所述，因双曲拱桥梁所用施工方式比较特殊，比如结构接缝数量较多，桥梁拱圈缺乏整体性，因而容易出现裂缝，且裂缝出现后容易扩展，加之桥梁设计过程中所用荷载相对较低，伴随荷载不断增大，拱圈整体承载力将无法满足实际要求。对此，本文采用多种方法对桥梁拱圈进行加固，提高其整体承载能力，在满足当前实际要求的基础上，为后续交通量的进一步增加奠定良好基础。