关于石拱桥常见加固施工方法探究

【摘要】笔者结合多年工作实践经验，对石拱桥加固常见方法进行分析探究，总结一些粗浅见解，以供借鉴参考。

【关键词】石拱桥；稳定性；加固

1前言

石拱桥是砌体结构，具有因地制宜、就地取材、造价低、桥型雄伟壮观的特点，其抗压能力强，但抗拉和抗弯能力差。主拱圈受力主要以受压为主，充分利用了圬工材料抗压性能优良的特点，是我国早期桥梁的主要结构形式。随着交通运输事业的发展，交通量日益增长，重型交通数量增大，导致现有石拱桥出现了各种不同程度的病害，承载力不断降低，不能满足现有交通量需求和公路等级要求，加固改造迫在眉睫。

2 影响石拱桥稳定性的因素

2.1主拱圈开裂

主拱圈裂缝是石拱桥最致命的病害，主要分为横向开裂与纵向开裂，主拱圈

开裂严重影响到桥梁的安全，一旦出现，必须立即处理。造成主拱圈开裂的主要

原因有以下几点：①建桥年代久远，原设计荷载标准较低，随着交通量的日益增长，桥梁在长期超负荷运营下主拱圈出现开裂现象；②墩台、基础等的位移引起拱圈开裂。石拱桥多为超静定结构的无铰拱。基础沉陷或墩台位移会引起主拱圈产生较大的附加应力导致主拱圈开裂；③主拱圈受力不对称。主要发生在弯桥上。车辆在弯桥上转弯时产生向心力，造成拱圈弯道外侧开裂。

2.2 侧墙开裂与外鼓

侧墙开裂与外鼓是石拱桥拱上结构最常出现的病害。侧墙常出现顺桥向、横

桥向裂缝。侧墙外鼓则与侧墙开裂相伴产生。其产生的原因为：①交通荷载过大，或其冲击作用太强使侧墙承受的土侧压力增大；②建桥时未设置沉降缝，当桥台有沉降时候，拱上侧墙就发生不规则的裂缝；③拱上建筑中的填料不密实，或填料质量不好，桥面破损后积水渗透至拱上填料，降低其强度，经过浸泡后发生膨胀对侧墙产生挤压，使得侧墙发生外鼓甚至开裂等。

2.3 基础或墩台的不均匀沉降、位移

基础与墩台的使用状况是确保桥梁运营安全的重要因素之一。对于石拱桥而

言，基础和墩台出现的最常见病害是其不均匀沉降与位移。这些病害产生的原因主要是由于外部荷载太大或地基承载力不足等原因，致使墩台、基础发生沉降、位移，或者由于水流冲刷，将墩台基础掏空，使得墩台处于悬空状态，很容易就发生沉降或位移。

3石拱桥常见加固施工方法

3.1减轻拱上建筑的重量

在地基承载能力较低或桥台不够稳固时，可采用减轻拱上建筑自重的办法对拱桥进行改造，以降低对下部构造的要求，同时也可减轻主拱圈的负担。包括采用轻质的拱上填料、纵向穿孔、拱式拱上建筑改为轻型的板式拱上建筑等方法。不过此类方法在减轻拱上建筑的重量时，应特别注意拱的轴向力减小而恒载弯矩增加造成偏心用矩过大的问题，重视在施工时拱的弯矩变化，切忌在施工过程中因某些截面受力过大甚至造成桥梁在施工中垮塌。

3.2改拱式拱上建筑为梁拱式拱上建筑

具有拱式拱上建筑的拱桥，为了减轻上部结构的自重，拆除拱上建筑所有传力结构（拱上填料、侧墙、护拱），使主拱和腹拱的拱背完全暴露，在主拱的拱背上按一定的施工程序浇筑钢筋混凝土或混凝土，其厚度按受力情况确定。此时主拱圈即成为变截面组合截面拱。然后接高腹拱墩，按梁板式的施工程序完成全桥的施工。由于拱上建筑既有梁又有拱（腹拱一般留作施工支架），故称为梁拱式拱上建筑。这种加固方法由于在拱背上操作，不用塔设支架，施工快捷、方便，新老混凝土的连接较好，造价也较低，在加强了主拱圈的同时，还可减轻上部结构的重量。在加固多孔连拱时，一般无需加固其下部结构，在这种情况下，用此加固方法，优点更为突出。

3.3增强横向联系

增强横向联系主要采取两种方法：①增大横向联系的刚度，如改横系梁为横隔板；②增加横向联系的数目。增强横向联系，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。对于截面整体性较差的拱桥，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。

4施工中应注意的主要问题

4.1拱圈的砌筑问题

修建拱圈，最为重要的是要保证在整个施工过程中拱架受力均匀，变形最小，使拱圈的质量符合实际要求。为此，必须选择适当的砌筑方法。施工方法的选择一般根据跨径大小、构造型式等分别采用。

⑴跨径在10米以下的拱圈，通常，可按拱的全宽和全厚，由两侧拱脚同时对称地向拱顶砌筑。但应当注意，尽量争取尽可能快的速度，使在拱顶合拢时，石拱桥拱石砌缝中的砂浆尚未凝结。

⑵跨径10―15米的拱圈，最好在拱脚预留缝，由拱脚向拱顶按全宽、全厚进行砌筑。为了防止拱架的拱顶部分上翘，可在拱顶区段预先压重。压重时，一般自拱脚向上砌到1/3矢高左右，就在拱顶1/3L范围内预压占总数20%的拱石。待拱圈砌缝的砂浆达到设计强度70%后，再将拱圈预留空缝用砂浆填塞。

⑶大、中跨径的拱桥，一般采用分段施工或分环（分层）施工与分段相结合的施工方法。分段施工可使拱架变形比较均匀，并可避免拱圈的反复变形。分段的位置与拱架的受力和结构型式有关，一般应设置在拱架挠曲线有转折及拱圈弯矩比较大的地方，如拱顶、拱脚及拱架的节点处。对于石拱桥，分段间应预留0.03―0.04米的空缝后设置木撑架，混凝土拱圈则应在分段间设混凝土挡板（端模板） ，待拱圈砌筑后再用砂浆（或埋入石块、浇注混凝土）灌缝。拱顶处封拱必须在所有空缝填塞并达到设计强度后才能进行。另外，还需注意封拱（合拢）时的大气温度是否符合设计要求。如果设计无明确要求时，应该在气温较低时，如凌晨时，进行。

⑷当跨径大、拱圈厚度较大，由多层拱石或预制混凝土块等组成时，可将拱圈全厚分层，即分环施工。按分段施工法修建好一环合拢成拱，待砂浆或混凝土强度达到设计要求后，再浇注或者砌筑上面一环。这样，第一环拱圈就能起拱的作用，参与拱架共同承受第二环拱圈结构的重力。以后个环节均按照上述工序进

行。分层施工，大大减小了拱架的设计荷载，合拢快，施工安全系数高，也节省了拱架。

4.2拱上建筑的施工问题

拱上建筑施工，应在拱圈合拢，混凝土或砂浆达到设计强度的30%后，才能进行。对于石拱桥，一般来说，应不少于合拢后三昼夜。

拱上建筑施工，应避免使主拱圈产生过大的不均匀变形。实腹式拱上建筑，应由拱脚向拱顶对称砌筑。在侧墙砌筑好后，再填筑拱腹填料，修建桥面结构后续工程。空腹式拱桥一般是在腹拱墩砌筑完后，随即卸落拱架，之后再对称均衡地砌筑拱圈，以免使主拱圈产生不均匀下沉，导致腹拱圈开裂。在多孔连续拱桥中，当桥墩不是按施工单向受力墩设计时，仍应注意相邻孔间的对称均衡施工，避免使桥墩承受过大的单向推力。在裸拱圈上修建拱上结构的多孔连拱时，更应注意相邻孔间的对称均衡施工，以免影响拱圈的质量和安全。

5结束语

石拱桥是我国传统的桥梁三大基本形式之一，目前广泛分布于祖国大地，尤

其是农村公路上。随着交通量的增长，越来越多的石拱桥处于病态中。在对其养

护过程中，发现病害、查明病害原因，并找准合适的维修加固方法，对提供石拱

桥的使用寿命有极其重要的意义。

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