圬工拱桥病害机理及耐久性加固技术

摘要：目前，随着道路交通量的增多和大量超重车辆的出现，使得许多圬工拱桥受到不同程度的破坏，对其进行有效的加固改造是目前运用较为广泛的方法。桥梁的承载力不足、老化、破损已引起世界性范围的关注，相应的养护维修，鉴定评估和加固改造也己经成为工程界的热点问题。

关键词：圬工拱桥；病害机理；耐久性；加固技术

中图分类号： C35 文献标识码： A

1圬工拱桥病害成因分析

1.1圬工拱桥拱上建筑的病害成因分析

拱上建筑通常在圬工拱桥中起着传递荷载与分散荷载的作用，如果外部荷载作用在拱桥时，拱上建筑就会利用完整性，把上部传输过来的集中荷载进行分散与传送到主拱圈上。另外，拱上建筑还具备保护主拱圈的功能，保证其不受到雨水侵蚀与车辆冲击等荷载直接的作用，而拱上建筑工作还严重影响着圬工拱桥的长时间运用。

1.1.1桥头跳车与桥面损坏

大部分圬工拱桥的运用时间非常久，再加上相关部门的养护工作不到位，一些超载车辆的行驶造成桥台破损与桥面车道损坏。

1.1.2墙体外鼓或内陷

拱上部分位置尤其是拱顶处，因为长时间承受不均匀荷载，造成侧墙出现内陷或外鼓，并且内陷或者外鼓都表现为曲面，如果不进行相应的处理，就会造成侧墙开裂或倾覆，而侧墙外鼓与内陷以及开裂都是相伴形成的。造成这些问题的原因有很多，首先侧墙的砌筑材料强度比较小，小荷载就能造成其开裂；其次，侧墙内部填料不密实，在承受荷载时，仅有外侧承载从而形成裂纹；再次，设计过程中考虑不够具体，并且在施工过程中偷工减料；最后，因为长时间承受外荷载，造成开裂比较严重，所以在很大程度上降低了侧墙自身刚度。

1.1.3拱圈常见病害及原因

（一）墙体外鼓或内陷

拱上部分位置尤其是拱顶处，因为长时间承受不均匀荷载，造成侧墙出现内陷或外鼓，并且内陷或者外鼓都表现为曲面，如果不进行相应的处理，就会造成侧墙开裂或倾覆，而侧墙外鼓与内陷以及开裂都是相伴形成的。造成这些问题的原因有很多，首先侧墙的砌筑材料强度比较小，小荷载就能造成其开裂；其次，侧墙内部填料不密实，在承受荷载时，仅有外侧承载从而形成裂纹；再次，设计过程中考虑不够具体，并且在施工过程中偷工减料；最后，因为长时间承受外荷载，造成开裂比较严重，所以在很大程度上降低了侧墙自身刚度。

（二）拱轴线变形

拱桥的拱轴线形状将影响到主拱圈各截面内力的分布与大小，一般在拱桥设计时，选择拱轴线的原则是尽可能降低由于荷载产生的弯矩。理想的拱轴线是与荷载作用下的压力线重合，这样拱中各截面只有轴力无弯矩。但是因为作用在桥梁上的荷载并不固定，而且主拱圈除受恒载、活载的作用外，还受温度、材料收缩以及拱脚位移等影响，使得设计拱轴线不可能与压力线完全重合。在上述各因素的作用下，现有的拱桥拱轴线将会偏离原设计拱轴线，对拱桥的受力会有所影响。

（三）圬工材料病害

圬工材料的常见病害有风化、蜂窝状孔洞、结壳、变形、表面沉积、脱落、侵蚀、锈迹、粉化等，产生这些病害的原因主要有材料天然存在的微孔隙、相对复杂的化学成分、河水的影响以及外加重荷载和环境等因素等的影响。

2圬工拱桥加固技术

2.1增大主拱圈截面加固技术

2.1.1设计主拱圈截面加固厚度

在已有主拱圈的上部建立新主拱圈，首先务必要对新主拱圈的相关厚度进行拟定，然后依据长期的项目实践经验，并且结合相关研究人员分析与总结出的成果。

2.1.2主拱圈上部增大截面加固

在20世纪中期，我国修建的圬工拱桥因为自身承载能力不够，与现代化车辆行驶荷载有着明显差距，造成主拱圈整体多处地方产生裂缝。为了提升圬工拱桥的承载能力，可以选择增大主拱圈上部截面加固方法，在对主拱圈上部截面进行加固前，一定要对主拱圈中的轻微病害与缺陷进行整治，从而恢复主拱圈的原有承载能力，然后再运用新主拱圈对加固层进行浇筑，如图1所示。

2.2粘贴加固技术

粘贴加固技术主要是利用建筑结构胶或者是环氧树脂把玻璃钢与钢筋以及碳纤维和钢板等具备非常高抗拉强度的建筑相关材料粘贴到旧桥的主拱圈表面，进而减小已有圬工拱桥中主拱圈需要承载的拉应力，提升旧桥的承载能力。粘贴钢板加固方法主要利用建筑结构胶或者是环氧形式的粘接剂，把钢板粘结到圬工拱桥结构中重要构件的受拉范围或者是比较薄弱的表面，使被粘接钢板和原有结构组成一个整体，共同受力，进而提升圬工拱桥的强度与刚度。另外，还可以改进原有结构部件的应力布局状态，在一定程度上限制了裂缝的进一步发展，实现增大圬工拱桥承载能力的目标。

2.3扩大基础加固法

扩大基础加固技术主要是经过增大待加固旧桥基础的承压面积的技术，从而加固已有桥的基础，使其恢复或者是提升已有基础的承载能力。此技术通常运用在旧圬工拱桥基础埋置深度不够或者是基础自身承载能力不能满足相关要求的混凝土与圬工实体基础方面的维修。通常情况下，在刚性实体基础的周围砌筑石或者浇筑混凝土，扩大原有基础的承载面积，在进行施工时，务必要注重新基础和旧基础两者之间的融合处理，运用的施工技术主要有建立承拉锚杆，将新基础与旧基础紧密地连接成为一起受力的整体。

2.4体外预应力加固技术

在圬工拱桥进行加固与改造的过程中，往往会运用体外预应力加固方法，其可以分成预应力横向形式张拉与纵向形式张拉两类。而在加固设计时，桥台与拱脚以及拱座可能会发生水平变形，为了能够避免变形持续发展并提升拱结构承载能力，圬工拱桥可以在桥台、拱脚以及拱座建立永久锚固点，利用粗钢筋与高强度钢丝或者是钢绞线把主拱圈的两边结构进行连接。经过对相关结构的张拉实现加固与改进的目的。另外，桥台侧墙的外鼓与内陷主拱圈也可以运用预应力加固技术提升其承载能力。

2.5减轻拱上建筑重量加固法

现有的圬工拱桥多数是采用腹拱式拱上建筑为主体，由于拱上建筑自重较大，恒载重量通常占着很大的比例，特别是实腹式石拱桥，拱上建筑自重更大，主拱圈大部分用于承担恒载自重。因此，可以采取减轻桥梁恒载自重的办法来提高原桥承受活载的能力，如减薄拱上填料厚度或者换填轻质材料，将腹孔的重力式横墙挖空或改造成钢筋混凝土立柱，用轻质桥面系代替笨重的腹拱体系等。

结束语

圬工拱桥不仅具有中华民族特色，还体现出中华民族传统文明，在交通运输中具有非常重要的作用。由于很多因素的影响，使现有场工拱桥存在各种各样的病害，在一定程度上影响着圬工拱桥的安全性，所以，相关研究人员一定要认真对污工拱桥病害机理进行研究，并且总结出相应的解决方案，从而提升圬工拱桥的整体质量。

参考文献

[1]张树仁，王宗林.桥梁病害诊断与改造加固设计[M].人民交通出版社，2011

[2]周建庭，刘思梦，李跃军.石拱桥加固改造技术[M].人民交通出版社，2012