石拱桥加固改造方法综述

罗旭 乔崎云 李佳峰

摘 要：石拱桥在我国桥梁事业中扮演着重要角色，然由于经久使用等种种原因导致现服役石拱桥存在不同程度损伤;本文针对现有石拱桥加固方法进行综述，分析了石拱桥不同加固方法的工艺及特点，为实际石拱桥加固工程提供可行性方案。

关键词：石拱桥;加固;综述

0 引言

石拱桥作为我国传统桥梁四大基本形式之一，因其取材便易、承载能力高、造价低廉等优势在我国古代及近现代得到广泛应用（图1）。而由于经久使用、服役荷载增大、自然环境灾害侵蚀等因素，目前我国较多在服役石拱桥出现了开裂、破损、砂浆脱落等不同程度的损伤。拆除并建设新桥不仅耗费大量人力、物力及财力，而且会造成了“综合效益”流失;国内旧桥的加固和改造经验表明，在一般情况下桥梁的加固费用约为新建桥梁的10%～20%;对旧桥加固是目前最佳的治理方法。石拱桥现有加固方法较多，常见的有增大主拱截面法、粘贴钢板法、改变结构体系加固法、释能法及增设拱肋加固法等。下针对现有石拱桥加固改造方法进行总结归纳，为实际工程提供理论研究基础。

1 石拱桥加固改造方法

1.1 增大主拱截面法

增大主拱截面法，在于增大主拱截面的抗力或降低截面的拉应力，使其在材料性能承受范围内。单成林等[1]采用拱腹新增框架、拱腹新增套拱及拱背新增套拱三种方法分别对石拱桥进行加固，对主拱圈加固的受力、工程量、施工难易程度、工期及交通影响等方面进行了分析比较。张淼等[2]基于增大截面法采用混凝土并辅以植筋加固石拱桥，通过低周反复加载试验及空间受力分析，验证了采用该方法加固后具有明显的力学性能提升。周建庭等[3]提出了新旧拱圈之间的结合度是增大截面法的关键，通过试验说明了锚杆锚固技术在增大截面加固方法的重要性及科学性。李仁斌等[4]研究了锚喷混凝土技术在石拱桥加固中的应用，混凝土在喷覆过程中反复作用，无需振捣即获得很高的结合面粘结强度，经验证锚喷技术能有效封闭裂缝，增加承载力的同时阻止内部结构被风化剥蚀。

1.2 粘贴钢板法

粘贴钢板法是利用粘结剂将钢板粘贴至拱圈截面的受拉或薄弱位置，按拱圈的受拉开裂强度预估所需补强钢板的数量，根据石拱桥受力情况采用全拱圈粘贴或间隔分裂粘贴。李云岭等[5]、崔圣爱等[6]针对粘贴钢板法在石拱桥加固中的应用进行了技术方法及施工工艺的探讨，此种加固方法效果明显，大大提高了石拱桥的承载力，另外高强膨胀螺栓可以加强钢板与拱圈的粘结性能并有效阻止钢板屈曲变形。杨青海等[7]针对粘贴钢板法进行了理论计算和实际应用，对施工措施及材料质量控制方法提出了建议，发现粘贴钢板法明显改善了原石拱桥的结构力学性能，且采用压粘法粘贴钢板省时的同时保证了较好粘结性能。

1.3 改变结构体系加固法

改变结构体系加固法，即通过改变石拱桥结构体系而达到主拱圈正常传递及承担内力的目标，有意识的改善原拱桥结构受力薄弱截面，此方法需根据石拱桥的实际破坏或损伤程度选定具体的改变结构体系加固方案，如主拱圈质量良好而上部结构损伤的石拱桥，可采用轻型结构进行代替。李欢[8]结合工程实例分析把原单一拱桥转变为梁拱结合体系，改善了原拱圈的力学性能，说明了改变结构体系加固法在石拱桥加固中是合理可行的。蔡斌[9]提出改变结构体系法加固石拱桥施工时，由于拆除上部结构，主拱圈易受力不平衡而倒塌，应从石拱桥的跨中位置对称、逐次、同时的向两侧方向进行。

1.4 释能法

释能法，即对原无铰拱桥的拱脚部位进行处理，改变原主拱圈拱脚处的不利受力状态，达到释放能量的作用，使主拱圈发生内力重分布，改善原石拱桥的力学性能。杨圣春等[10]对释能法在加固石拱桥的应用进行了模型试验，发现释能法能够改变拱脚约束形式，有效释放能量形成内力重分布，提高原石拱桥的承载力。崔圣爱等[11]、蒙云[12]通过分析释能法的原理及计算方法、建立模型对比并进行试验验证，说明了释能法对旧危石拱桥的力学性能提升有显著作用。

1.5 增设拱肋加固法

增设拱肋加固法，即于拱波脚或拱波顶处增设拱肋，一般需在拱肋顶面预埋植筋使新增拱肋与原拱形成良好的整体，连接节点处用砂浆填实并找平。罗强等[13]对实例石拱桥进行了病理分析，设计并应用增设拱肋方案加固石拱桥，发现采用此方法加固后石拱桥的各截面承载力得到较大提升，同时增强了旧石拱桥的耐久性。

2 结论

现有石拱桥加固方案皆能改善原石拱桥的力学性能，提高其承载力;但各类方法均需根据实际情况来确定。因此，亟待一种新的加固方法的出现，在提高石拱桥承载力的同时，保证原石拱桥最大程度的完整性，且针对大部分石拱桥的加固改造具有普适性。

参考文献：

[1]单成林，马兴键.空腹式石拱桥主拱圈的3种增大截面法加固效果分析[J].中外公路，2019，39（5）：156-160.

[2]张淼，钱永久，张方，等.基于增大截面法的混凝土加固石拱桥空间受力性能试验分析[J].吉林大学学报（工学版），2020，50（1）：210-215.

[3]周建庭，姚凯，武电坤，等.增大截面法加固石拱桥的锚杆抗拔影响参数试验研究[J].公路交通科技，2009，26（6）：87-92.

[4]李仁斌，王利刚.锚喷混凝土技术在石拱桥加固中的应用[J].西部交通科技，2009（7）：93-97.

[5]李云岭，蒙云.粘贴钢板法在石拱桥加固中的应用[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版），2007（26）：22-24+34.

[6]崔圣爱，张广山，蒙云.粘贴钢板法在老石拱桥加固中的应用[J].重庆交通学院学报，2004，23（6）：28-31.

[7]楊青海，陈文强.石拱桥粘贴钢板加固技术的实践探索[J].山西建筑，2007，33（20）：345-346.

[8]李欢.改变结构体系加固法在拱桥加固中的应用研究[J].四川水泥，2016（8）：20.

[9]蔡斌.服役石拱桥加固技术研究[D].中南大学，2009.

[10]杨圣春，胡春辉.“释能法”加固石拱桥结构模型试验研究[J].公路工程，2015，40（2）：51-53+69.

[11]崔圣爱，蒙云，黄志堂.释能法加固拱桥的结构性能分析[J].铁道建筑，2006（12）：4-6.

[12]蒙云.“释能法”经济、快速提高拱桥承载力系列新技术研究研究报告[R].重庆交通大学，2006.

[13]罗强，严定坤.增设拱肋加固石拱桥的技术应用[J]. 山西建筑，2013，39（17）：175-176.