双曲拱桥加固新方法

第08卷 第01期 中 国 水 运 Vol.8 No.01 2008年 01月 China Water Transport January 2008

收稿日期：2007-11-25

作者简介：康俊涛 （1978—） 武汉理工大学土木工程与建筑学院 工学博士/讲师 （430070） 研究方向：新型桥梁结构分析与工程实践；旧桥的评估与加固

双曲拱桥加固新方法

康俊涛 张宏伟

摘 要：通过对双曲拱桥的病害特点和原因进行分析，提出了从拱背加固拱圈的新方法，并从加固的力学机理进行剖析。工程实践表明：此法具有施工简单，速度快，质量好，造价低的优点，是一种值得推广的双曲拱桥加固方法。 关键词：双曲拱桥 原因分析 加固 机理分析

中图分类号：U448.22+1 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2008）01-0138-02 一、概述

我国江苏无锡市建桥工人建设实践中的双曲拱桥，是一种具有民族特色和时代背景的新型拱桥结构。这种桥型在结构上继承了砖石结构的优良传统，吸收了现代装配式钢筋混凝土桥的优点。这种桥型具有用料省、造价低、结构坚固、施工简便等特点，且形式美观，适合了当时的国情需要，是我国20世纪60～70年代建设最多的一种拱桥型式。据不完全统计，在最初的10年里，全国共修建双曲拱桥4000余座，总长度达30万延米，为我国公路桥梁事业的发展做出了重大贡献[1]。但是限于当时设计水平和荷载标准偏低，结构钢材用量少，双曲拱桥存在着先天不足，特别是在长期重荷载、大交通量的运营情况下，大部分双曲拱桥都出现了不同程度的病害，许多已成为危桥。于是，90年代掀起了一股拆除双曲拱桥的浪潮[2]，这不但使得原桥物毋尽其用，而且拆桥重建时阻断交通，造成较大经济损失。因此，对双曲拱桥进行维修加固，具有显著的经济效益和社会效益。

工程实践表明，双曲拱桥具有一定的超载能力，只要找到病害的原因，并进行相应的处治，其大多数是可以继续运营的。我国对双曲拱桥加固的研究已有20多年历史，传统加固方法主要通过贴钢板(钢筋、玻璃纤维等)或外包钢筋混凝土加固拱肋、横梁和拱板[1]，但用此方法加固双曲拱桥效率并不高，并且造价比较昂贵。文献[2]中，通过加设斜撑和连梁，在拱脚附近形成一个刚性区，从而缩短拱圈的有效跨径，减小拱圈弯矩，达到提高承载能力的目的，该法简单有效，经济易行，但只对小跨径双曲拱桥较为有效。文献[3]中，通过加设钢筋混凝土薄板将拱肋俩俩相连，使双曲拱变成封闭箱拱，既增大了横向刚度，增大了承压面，又达到了提高承载能力的目的，但此法需要搭设支架，用锚喷混凝土加固又需要空压机、喷射机等施工设备，增大了加固的费用。文献[4]提出了3种改变结构体系的加固方法，即：主拱肋下加水平系杆；腹拱圈拱座处加水平系杆与主拱肋加设斜撑；腹拱圈拱座处加水平系杆与拱脚附近腹拱，该文献所述方法仅对中小跨径双曲拱桥较为有效，并且加设水平系杆会影响桥下净

空，影响通航需要。本文结合具体的工程实践，介绍一种值得推广的双曲拱桥加固方法。

二、病害特点及原因分析

双曲拱桥的病害原因是多方面的，有其结构本身固有的缺点，也有设计、施工上存在的不足，更有长期重荷载，大交通量的作用。下部结构的病害表现形式在其它型式的桥梁中也是常见的，其病害特点、原因及处理方式也是常见的，本文不在赘述，主要针对双曲拱桥上部结构的病害做分析。

双曲拱桥上部结构的病害较多，主要有：拱波纵向开裂；拱肋开裂；横系梁开裂或脱落；拱顶下沉；侧墙鼓胀外倾等。拱波的纵向开裂是双曲拱桥最常见的病害。拱肋的横向开裂、拱顶下沉一般同时产生，原因主要有3个方面：一是拱肋截面过小，钢筋含量过少，拱肋的承载能力和抗开裂能力不高；二是拱肋受力的不均匀性，导致单肋受力过大；三是基础下沉及倾斜造成的。拱肋的病害对结构影响较大，影响着桥梁的整体安全，必须认真对待。双曲拱桥的横系梁，一般尺寸都较小，强度和刚度也相应较弱，与横肋联结处的抗剪能力也偏小，当承受较大的外荷载作用时，产生较大的内力和变形，导致横系梁开裂、脱落，无法有效地横向分配荷载，并引起拱肋的受力与变形不均匀，加剧了横系梁的病害产生。双曲拱桥的拱上填料多为二灰渣，密实度较低，且容易积水，受水的长期浸泡，拱上填料会产生体积膨胀，造成侧墙鼓胀外倾。

三、加固措施及机理分析 1．拱圈加固分析

拱圈是拱桥的承重结构，在加固方案中，重点是加强拱脚截面，拱脚部位拱背加厚后，有两个结果：一是拱脚处截面增大，抗弯刚度增加，拱脚部分将吸引更多的弯矩，对拱顶的正弯矩有“卸载”的作用，即拱脚处刚度越大，拱顶的正弯矩越小。这样，通过该方法能很好的实现拱顶“弯矩的卸载”与“转移”，很巧妙的调整了拱中的内力分布并易于控制。另一个是加强段部分拱轴线改变，会引起拱中的内力变化。具体而言，加强拱脚段后，加强段拱脚的负弯矩加大，而拱顶的正弯矩减小。拱脚增加的负弯矩则可容易地通过加厚部分配置钢筋来抵

第01期康俊涛等：双曲拱桥加固新方法 139

笔者加固改造的湖北钟祥乐乡关大桥，包括拱背凿毛、钻孔、绑扎钢筋、浇注混凝土等总共只用了6天时间，保证了特种荷载的顺利过桥，加固取得了预期的效果[6]。

2．横系梁加固分析

由于双曲拱桥“化整为零”的施工方法，截面的整体性较差，增强横向联系的意义更为重大。早期修建的双曲拱桥，横向联系大多比较薄弱，特别是采用预制安装法施工的横系梁，更为突出。

增强横向联系主要采取两种方法：一个是增大横向联系的刚度，如普遍采用的改横系梁为横隔板；另一个就是增加横向联系的数目，在拱顶和每个腹拱墩(或立柱)的下面一定要有横向联系，其余部分每隔3～5m亦必须设置一道横向联系。此外在所有拱肋分段的接头处，均需设置刚度足够的横隔板一道；在所有拱肋分段的接头处，均需设置刚度足够的横隔板一道。采用以上办法设置横向联系，可使拱圈的受力比较均匀，避免因横向联系不足而产生的各种问题。

四、工程实例

实例1：

工程概况：福建省永安市加福大桥为20世纪70年代初期所建，为3孔净跨43m等截面双曲拱桥。桥面净宽为净-7+2×1.0m，拱圈全宽7.8m。桥面设悬臂挑梁，悬臂长度两边均为60cm。本桥采用拱式拱上建筑。双曲拱拱圈全高100cm，为早期的截面型式：矩形拱肋、填平式拱板[7]。

主要病害：该桥由于修建较早，并且年久失修，加上现在交通量增大，荷载等级已超过当时荷载设计标准，在拱脚拱背负弯矩处出现多处裂缝；桥面系损坏极为严重，多处坑洼不平；墩台地质情况良好，且下部构造完好。

加固措施：拱圈是拱桥的主要承重结构。重点加强了受力最大的拱脚。加强拱圈、加强横向联系、更换桥面系，不改变拱式建筑形式，适当利用人行道及栏杆，增设泄水管等。

加固效果：大桥加固竣工后，经检测合格，重新开放交通，至今已在大交通量下运营两年多。通过这段时间的行车考验，未出现裂缝，桥梁一直处于良好状态，这说明该桥的加固改造是成功的。

实例2：

工程概况：七道河中桥为湖北省道长三线上的一座中桥，设计图纸、施工及竣工资料缺失。该桥为上世纪60年代末期所建单孔等截面双曲拱桥。原结构上部构造净跨L0=23.6m，净矢高f0=3.933m，f0/L0=1/6。主拱圈为等截面圆弧线无铰拱，主拱圈全高H=60cm，双曲拱截面形式为钢筋混凝土矩形拱肋，波形拱板。七道河桥采用拱式拱上建筑，每侧四孔腹拱为半圆弧拱，腹孔墩采用横墙式。桥梁下部构造为重力式U形桥台，扩大基础。桥面净宽为净-7+2×0.5m栏杆，拱圈全宽为7.5m。

主要病害：主拱圈的肋、波、板砼总体质量一般；7根拱肋立面不齐整，同一横系梁特别是拱顶横系梁不在一个水平面上，呈明显折线形，中间拱肋拱顶处明显沉陷；拱肋、拱波间接触面座浆不饱满，存在较多空隙，接触面无明显纵向裂缝；少数拱波断裂、横系梁局部露筋、拱肋局部破损。路面为砂石路面，已严重受损，沉陷变形；栏杆破损严重，部分栏杆残缺不全；1号腹孔墩挖空处顶部出现竖向通缝；桥台基本完好，基础嵌入岩层且无明显变位；中巴车经过，能感觉到桥梁明显振动。现状调查表明，拱桥目前出现的病害主要是因为原设计等级偏低，已不能适应目前日益增长的交通量及重载车辆所致。

加固措施：从拱背重点加强主拱圈。在拱背上，拱脚区段拱脚到第一腹拱墩之间加厚由30cm渐变至20cm，第一腹拱墩与第二腹拱墩之间加厚由20cm渐变至15cm，并沿拱背铺设一层钢筋网。为了消除新老混凝土收缩差的影响，加厚拱圈的混凝土均采用C30微膨胀混凝土。同时，将横系梁也进行了加强。

加固效果：该桥主拱圈强度得到较大提高；结构具有较好的刚度；结构弹性工作状况良好；达到了设计要求的承载能力。根据竣工结算，该桥加固费用仅为35万，不到重建新桥的30％，是非常经济的，并且从根本上改造了桥梁，提高了桥梁的承载能力和耐久性。

五、结论

1．同任何桥梁一样，双曲拱桥在建成后的运营过程中，由于荷载的作用，自然灾害的侵蚀以及气候的影响等因素，将不可避免地出现损伤，因此，必须加强病害的预防。

2．加厚拱背法加固改造拱桥，具有施工方法简单，造价低廉，效果显著的特点。可以根据需要只加厚拱脚区段；加厚空腹部分拱背；或全桥拱背加厚等。

3．实践证明，拱桥的承载潜力较大，大量旧危拱桥经过恰当的改造治理，是能满足使用要求并使其耐久性得到保证和提高的。

参考文献

[1] 杨文渊.桥梁维修与加固[M].北京：人民交通出版社，1997

[2] 袁海庆，王佶，卢哲安.双曲拱桥的缩跨加固方法及应用[J].

武汉理工大学学报，2002，24(6)：58～61

[3] 何为，杨炳成.钢筋混凝土结构加固后的刚度分析[J].长安

大学学报(自然科学版)，2002，22(2)：32～35

[4] 王荣辉，等.双曲拱桥加固新方法[A].2002年全国桥梁学术

会议论文集[C].北京：人民交通出版社，2002

[5] 王国鼎，袁海庆，陈开利编著.桥梁检测与加固[M].北京：

人民交通出版社，2003

[6] 康俊涛，王国鼎，高荣雄，鄂德军.特种荷载过桥的加固

措施[J].世界桥梁.2004(2)：62~64

[7] 邓育林，康俊涛.加福大桥的加固改造[J].中国市政工

程.2005（1）：22～23