双曲拱桥加固方法综述.doc

双曲拱桥加固方法综述
刘国林罗锡国向光忠
宜昌市公路管理局
湖北省公路管理局
【摘要】本文对双曲拱桥的病害及加固方法进行了综合分析。
【关键词】双曲拱桥加固方法综述

1、概述
双曲拱桥是我国最具民族特色的桥梁形式，自1964年创始以来，由于它节省材料，造价低廉，施工简便，造型美观等特点，在我国桥梁建设中得到了广泛应用。据统计，我国在60年代中期至80年代中期共建双曲拱桥4000余座，总长35万延米，这占同期全国公路桥梁的25%。
但是，现有的双曲拱桥中，有相当一部分有这样或那样的缺陷，特别是在60年代、70年代早些时候修建的桥梁。由于当时的历史条件，设计上达不到规范要求，施工质量难以控制，理论研究不充分，结构上不完善，特别是片面强调大跨径，省材料等，致使双曲拱桥存在不同程度的病害，而病害发展过程中又缺乏必要的维修整治，使结构承载力降低，成为危桥。
近几年，随着交通流量的增加，荷载等级的提高，更加剧了双曲拱桥的病害。但是近十年来，我国在双曲拱桥加固改造方面投入巨资，先后对不少于40%的桥梁进行加固改造。除废弃、拆除了部分双曲拱桥外，尚有相当部分的桥梁有待加固或进行技术改造。因此，现阶段有必要对双曲拱桥的病害及加固方法加以总结。
2、主要病害
双曲拱桥存在以下几个方面的病害。
2.1横向联系脆弱
这里指横向联系包括两个方面。其一是拱肋与拱波（拱板）联结方式不恰当或薄弱。比如拱肋中伸出的联贯钢筋数量不足，拱波完全简支于拱助上等。其二是指横系梁或横隔板结构处理不当或刚度过小。这里包括三个方面：一是横系梁或横隔板在构造上不完整，即全桥横向不贯通。这与设计中过分强调“化整为零”有关，而施工不当使横梁（隔板）横向多呈折线，钢筋的不连续，横向联贯处混凝土不实等。二是横系梁（隔板）尺寸太小，即纵向刚度小，整体上起不到横向传递荷载的作用。三是起重要作用的拱板中之横向钢筋或分布钢筋太少。
横向刚度小会带来一系列问题。主要是车轮荷载横向传递受阻，各拱肋不能共同受力，这导致：
①拱波顶纵的断裂；
②拱波与拱肋的脱离；
③系梁（隔板）在接头处断裂；
④各拱肋下挠不均。
2.2主拱圈正截面尺寸偏小
由于历史的原因，以往双曲拱桥的设计过分强调节省材料，即主拱圈截面均采用了过小的截面尺寸、配筋与较低的混凝土标号。由拱肋、拱波、拱板共同构成的组面截面尺寸并不小，但由于双曲拱桥多采用无支架施工法。而真正尺寸偏小的是拱肋。这是因为拱肋要承担自身重量外，还要承担架设拱波、拱板时所产生的应力，只有拱板浇筑完成并达到一定强度后，方能共同承担拱上载恒及活栽。由于拱肋先期应力累积太大，故较小截面尺寸的拱肋及很小的配筋使得拱圈正截面强度严重不足，这通常表现在：
①拱圈（拱肋）挠度过大，轴线偏离设计轴线过大；
②拱肋压应力过大，拱肋中纵向钢筋直径偏细，箍筋间距偏大，造成纵向钢筋失稳外鼓，特别是在锈蚀后。
2.3其它病害
①桥面结构不当。现有的双曲拱桥由于相对石拱桥、箱拱桥而言，拱顶刚度较小，即全桥竖向刚度不均匀。而拱顶填料多为砂砾石、碎石、矿碴等透水性较好的材料填筑，但这些材料难以压实，加上前述不均匀的竖向刚度，使旧桥面破碎严重，并严重渗水，而修补材料又使恒载增加，加剧桥梁病害。
②拱上建筑结构不当。一般的拱桥设计是不考虑拱上建筑对拱圈的影响的，即结构上应保证边腹孔具有较小的抗推刚度和适量的自由变形。但有些双曲拱桥在修建过程中未设伸缩缝、变形缝或边腹孔的饺，或因设置不当而失去功能，这些均有可能使拱上结构对主拱产生不利影响。
③基础处理不当，当双曲拱桥的墩台置于较土地基上时，由于基础结构形式或对基础处理不当，墩台发生过量的不均匀沉降和水平位移，导致主拱圈过大的变形与开裂。
值得注意的是，基础处理不当造成的病害一般在成桥初期的3—5年即可完全实现。由于墩台变位引起的病害是双曲拱桥病害的一个重要原因，但经多年运营，这一病害原因不再成为一个主要因素，故本文所提的加固改造方法仅对上部结构。
3、加固方法
3.1拱托加固法
如图1所示即为拱托加固法。这一方法类似于桥梁中的大边梁加固法，即在原主拱外侧增加二条截面面积很大的拱肋，并通过强大的横向联系（如横向预应力）与旧拱圈共同作用，新肋对旧拱如同一个“拱托”。

这方法有许多优点：
①“拱托”对旧拱圈有卸载作用，强大的横向预应力使新旧拱肋共同作用，而且使整体横向刚度大增，从而从根本上解决了双曲拱桥的横向刚度问题。
②方便施工。由于新加拱肋均在旧桥外侧，拱肋施工不受工作影响，而且施工过程中无拆除旧结构、挠动旧结构等现象，故此法与传统加固法相比，施工便利是其最大优点。
③宜调整拱轴线。由于双曲拱桥中拱肋变位后不再是“合理拱轴”，故需根据现状对拱轴线进行调整，由于新加肋本身需要足够的高度，故其立面位置