拱桥的常见病害及加固方法

浅析拱桥的常见病害及加固方法[摘要]：本文分析了拱桥的受力及加固特点，总结了拱桥的拱圈常见病害及破坏形式及其原因，分析了拱圈病害，从而总结出拱圈破坏的规律，阐述了目前常见的拱圈加固方法。

[关键词]：顶推法拱桥加固方法

中图分类号：u445.462 文献标识码：u 文章编号：1009-914x（2012）26-0155-01

一、拱桥的特点

拱桥的特点是：在竖向荷载作用下，两端支承处除有竖向反力外，还产生水平推力。该水平推力使拱内产生轴向压力，并大大减小了跨中弯矩。这使得拱圈成为主要承受压力的结构，因而拱圈可以充分利用抗拉性能差而抗压性能好的污工材料（石料、混凝土、砖等）建造，可以就地取材，节省钢筋和水泥，且承载能力大，拱桥跨越能力较大且构造简单，技术容易被掌握。外形美观，能与周围环境很好地协调，修建于山岭沟壑的西部地区犹如彩虹飞架于崇山峻岭之间。

二、拱桥常见病害形式及成因

（一）拱圈开裂

拱桥的病害及加固该在的原因通常是由于主拱圈开裂，而主拱圈裂缝出现最多的部位是在跨中下缘和拱脚上缘的径向缝及双曲拱桥的拱波纵向缝。一般来说主拱圈上的裂缝大体可分为三种类型：

1、径向缝。拱圈跨中下缘和拱脚上缘的径向裂缝是拱桥中最常见的裂缝形式。径向缝多发生在跨中和拱脚，其方向与拱轴线垂直。由于拱脚处产生负弯矩，其裂缝多发生在拱脚的上缘，其特征是上宽下窄，且裂缝垂直于拱轴线一直向下延伸。拱脚裂缝有的在拱脚上缘，但也有的发生在拱座与拱脚连接处（多为一条，缝较宽）。发生这种裂缝通常是由于拱圈本身刚度不足和桥台发生位移引起的。

2、纵向缝。污工拱桥和双曲拱桥属于拱圈宽度较大（8-l0m以上）的，且常见的这种拱桥较容易出现纵向裂缝，这种裂缝通常在桥面中线附近，沿着顺跨径方向延伸，严重时会贯通全桥并有将拱圈“一分为二”的势头。当拱圈宽度很大（大于20m）时，还可能会出现第二条纵向裂缝。

3、水平缝。拱肋与拱波在结合上的水平裂缝仅仅发生在双曲拱桥中。水平裂缝的最大宽度一般发生在拱脚和拱顶，从拱脚和拱顶向两个1/4跨裂缝逐渐减小直至消失。不同部位的水平裂缝由不同的原因所产生。拱脚附近的水平裂缝主要是由肋、波之间的抗剪能力较差、拱脚的剪力较大引起的，而拱顶附近的水平裂缝，则是由于拱肋在受拉时会产生径向拉力，而肋波间的抗拉能力很小产生的。双曲拱桥早期采用矩形拱肋，肋、波、板的结合面十分薄弱，尤其是在采用无支架吊装施工时，在吊装过程中施工人员需要在拱肋上行走，造成拱肋顶面不干净甚至沾上油渍，而截面的抗剪能力和抗拉的能力本身就很小，所以这个结合面上就很容易出现水平裂

缝

（二）拱轴线变形

拱桥的拱轴线形状将直接影响到主拱圈各截面内力的分布与大小，一般在进行拱桥设计时，选择拱轴线的原则是尽可能降低拱圈内由于荷载而产生的弯矩。理想的拱轴线形式是与荷载作用下的压力线重合的，这样拱圈中各截面内力就只有轴力而无弯矩。但是因为作用在桥梁上的荷载并不固定，主拱除受恒载、活载的作用外，还有温度、材料收缩以及拱脚位移等附加内力的影响，使得设计的拱轴线不可能与压力线完全重合。在上述各因素的影响下，现有的拱桥拱轴线将会偏离原设计拱轴线，对拱桥的受力会产生重大影响。

（三）石材、混凝土的材料病害

对石质材料的病害进行分析，石质桥梁除了会发生各种结构破坏形式以外，和其他石质文物一样，还会因为自身材质和周围环境的相互作用，会产生一系列其他病害。风化是石材最普遍的病害之一，因此以石材建造的古建筑都会发生不同程度的风化而使建筑物不同程度的损坏。风化使石材材质发生不同程度的变化，并使其强度减弱，承载力也降低，破坏的危险加大。色彩变质也是石材的病害之一。色彩变质是指石材颜色发生变化，其表现形态不同，可表现为大范围地出现或者局部出现。色彩变质的石材的表面会出现大小不同、形状不一的小孔。而蜂窝状孔洞多数是连接在一起的，其分布不均匀。腐蚀性蜂窝状孔洞是指当蜂窝状孔洞向构件深处发

展，变为支囊时的孔洞形式。除此以外，石材还会出现结壳、硬壳、变形、差异病变、表面沉积、脱落、盐性结晶、侵蚀、层状脱落、结垢、斑痕、锈迹、薄膜、生物绿锈、微孔、粉化、膨胀·鳞片状脱落等病害。

三、拱桥常见加固方案

（一）减轻拱上建筑重量加固法

现有的石拱桥多采用拱腹式拱上建筑，由于拱上建筑自重比较大，从而桥梁自重也较大，尤其是实腹式拱桥，拱上填料自重大，拱圈所承担的力主要来自拱上填料的自重，从而降低了拱圈承担活载的能力。而且由于桥梁自重大，使桥梁跨径受限，因此可以采用减轻拱上建筑的方式对拱桥来进行加固，提高了原拱圈承担活载的能力。可通过减薄拱上填料厚度或者将之换成轻质材料，也可将腹孔挖空等来减轻拱上建筑的重量，提高承载能力。

（二）锚喷加固法

锚喷加固法起源于欧洲，又名“新奥法”。20世纪70年代末，我国开始将这一技术运用到隧道衬砌护壁、地卞洞室衬砌、，煤矿坑道等作业中。到80年代中期，重庆交通学院一些科研人员（王世槐教授等）将“新奥法”应用于拱桥的加固，至今己成功地加固了几十座旧拱桥。其加固机理在于：将锚杆挂设钢筋网锚入原主拱圈内，再喷射含有适量速凝剂的混凝土至结构面层，形成复合主拱圈，原结构的外形尺寸即截面积增加了，并能与原主拱圈共同协调工作，分担部分活载，从而达到提高拱桥承载力的目的。据统计，

采用锚喷技术加固拱桥可提高桥梁承载力10 %-35 %。

（三）碳纤维片加固技术

碳纤维片是一种单向排列的碳纤维复合片材，它以碳纤维为组成成分，以树脂为基体，通过一定的成型方法形成的。它具有极其优越的品质，材料质轻高强，碳纤维片的抗拉强度比同截面钢材高7倍～10倍，碳纤维和芳纶纤维复合材料的疲劳强度高于高强钢丝，而重量却约为钢材的1/ 5。用环氧树脂将它与结构物粘贴后形成一体，能较可靠地与原构件共同工作。在石拱桥加固技术中，将其粘贴在石拱桥的主拱圈上，可以提高主拱圈的截面刚度从而达到加固的目的。国内有试验结果表明此加固技术可提高12%左右桥梁承载力。

（四）钢筋混凝土套箍封闭主拱圈加固技术-

钢筋混凝土套箍封闭主拱圈加固技术，即沿主拱圈外环现浇增设一层钢筋混凝土套箍层，利用主拱圈截面增大、断裂力学及“套箍效应”三个机理，达到提高原桥承载力的目的。为使主拱圈受力更为合理，钢筋混凝土套箍层沿纵向采用变截面的形式，即截面从跨中至拱脚逐渐变大。

（五）增大截面法加固技术

增大截面加固法是指在构件的上面或下面浇一层新混凝土或补加相应的钢筋，以提高构件的承载力，此方法较直观。在构件的受压区补浇混凝土，可以有效的增加构件的高度，从而提高构件的抗弯和抗剪承载力，增大构件的刚度；在受拉区补浇混凝土，新增加