石拱桥病害分析及加固方法探讨

康宇环

(黑龙江省公路勘察设计院，黑龙江 哈尔滨 150080)

1 石拱桥常见的主要病害及原因分析

1.1 主拱圈开裂

主拱圈常见的开裂分为纵向开裂和横向开裂，主拱圈纵向开裂形成的原因主要有由于主拱圈厚度不足或者材料强度不够，无法抵抗设计荷载内力；石拱桥处在弯道或者坡道上，造成拱上建筑不对称，从而使主拱圈受力不对称，另外车辆转弯产生的离心力，造成主拱圈弯道外侧开裂；设计拱轴系数不当或施工造成拱圈变形，使荷载压力线和拱轴线偏离过大而开裂。主拱圈横向开裂的主要原因有拱上建筑土横向压力的作用；主拱圈采用分环多层砌筑，未注意交错搭接的问题等。

1.2 腹拱圈开裂

腹拱圈开裂是石拱桥主要的病害之一，形成的原因主要有施工过程中铰缝处理不当，铰缝一般选择质地坚硬无裂缝的石材，劣质的石材破坏后，拱脚变形从而引起腹拱圈开裂；腹拱圈拱轴线形不合理，腹拱过坦产出较大的拱推力，造成跨中无法抵消正弯矩，从而产生开裂。

1.3 桥墩台基础破坏

墩台基础破坏主要是由于地基被河水冲刷等因素，导致基础沉降、倾斜或者滑移等。基础破坏会导致上部结构的开裂，上部结构的破坏又加剧了墩台基础破坏，这是一个恶性循环。

1.4 桥面破损

桥面破损影响行车的舒适性，加剧了车辆对桥梁的冲击作用，增加构件的疲劳，影响结构的寿命。另外桥面破损会导致桥面的水渗透到主拱圈之上，导致砌体砂浆流失，严重者会导致主拱圈渗水漏水。桥面破坏形成的主要原因有拱上填料采用柔性材料，在车辆荷载作用下产生压缩变形或排水处理不当，引起填料积水，从而导致桥面破坏；其次桥面不平顺和线形不平顺都会导致其过早破坏。

1.5 主拱圈岩石

主拱圈岩石风化、水蚀、剥落，砌缝脱落、空洞也是石拱桥常见的病害。在桥梁的施工过程中，应选择优质的石材，同时砂浆应砌筑饱满。

2 石拱桥的安全性问题

石拱桥受力特性有两个极端，第一，承载能力极大，强度储备高，在极端超载下无异常；自重大，活载影响相对小；截面大，局部损伤影响小。第二，无预兆破坏。石拱桥由多人在不同环境条件下完成，其界面处理、砌缝材料、工艺、质量不一，各种作用效应致结构性能不同程度退化，主拱圈实际拱轴线与设计理论拱轴线发生偏离(宏观尺度无变化)，量变到质变直至突然垮塌。

3 石拱桥加固具有挑战性

桥梁设计时间为3～5个月，施工时间为1～3年，管养则需100年，桥梁能否100年安全使用的关键就落到维护与加固上。由于旧桥加固改造受到原有结构的干扰(如结构形式、材料状况、通行荷载、新旧结构连接等)，加固改造设计方案、加设设计计算方法以及施工技术都面临新的挑战！

4 石拱桥维修加固的原则

第一、根据不同桥梁的结构形式和材料特点，在成本可控的前提下，采取不同的加固维修方法，更换或修复损坏的桥梁构件，使桥梁整体恢复到原有的设计承载能力，保证桥梁的设计使用寿命。第二、对一些通过加固维修不能恢复到原有设计承载能力但有必须继续使用的桥梁，要确定好加固后桥梁的实际荷载等级和桥梁的剩余使用寿命。第三、一般情况下，不宜通过桥梁加固提高原有桥梁的设计承载能力。第四、用于桥梁加固维修的材料必须通过国家权威检测机构检测认证，各项性能指标满足现行规范和设计要求。

5 石拱桥常用的加固方法

5.1 增大主拱圈截面

加强主拱圈是拱桥加固中最常用的方法， 对于加大截面为主的加固，为了保证补加的混凝土正常工作，也需要适当配置构造钢筋。一般在拱圈下部加固，用钢筋混凝土或环氧砂浆，形成新拱圈，要保证新旧拱圈紧密贴合。从经济角度考虑的话，可采用在主拱圈下部施工几道钢筋混凝土拱肋的加固方法。

5.2 锚喷混凝土加固

锚喷混凝土是将锚杆锚入拟补强部位结构内，挂设补强钢筋网，然后再喷射一定厚度的混凝土，形成与原结构共同承受外载作用的组合结构。锚喷混凝土加固实质就是增大受力断面和补强钢筋、加强结构的整体性，使其能承受更大的荷载。

5.3 拱圈套箍加固法

石拱桥可在拱圈的跨中和1/4处加设3道或多道钢板箍或钢拉杆。用螺栓在拱圈底部及拱圈侧钻孔锚固，并注意将锚固点设在拱圈厚度的1/3处，其锚固孔用膨胀水泥砂浆填塞牢靠。或者在拱圈的跨中和1/4处主拱圈拱背和拱腹植筋，施工一圈钢筋混凝土进行局部加固。

5.4 减载法

改造拱上建筑，将拱式拱上建筑改为轻型的板式拱上建筑；采用轻质的拱上填料、纵向穿孔等方法，减轻拱上建筑的重量，对拱顶下沉过多或拱顶正弯矩过大可收到明显的效果。

6 结束语

石拱桥在农村公路所占有的比例较大，且养护维修的工作严重滞后，经常出现桥梁垮塌，影响生命财产的事故。