西部拱桥常用加固措施探讨？
一、西部地区拱桥常见病害及成因
西部地区高速公路路网密度低，国省干线大量拱桥承受着沉重的运营压力。因此，在长期高负荷运行过程中，在各种环境因素、材料劣化、荷载(恒载或活载)变化等因素的反复作用下，必然会发生各种病害，具体分析如下。
1.1，中国西部拱桥常见病害概述
调查和归纳了许多在西部地区运营的拱桥，其常见的结构病害主要表现在以下三类:
1，拱顶下沉，拱轴线变形，拱圈承载力下降；
2.主拱圈开裂；
3.拱门上的建筑受损。
1.2、常见疾病原因分析
造成拱桥各种病害的原因是多方面的。本文针对西部环境和经营现状，总结了共性原因，主要表现在以下几个方面:
1，超载车辆长期作用于老拱桥；
2.拱脚或墩台不均匀位移造成拱圈或横向连接损坏；
3.材料强度不足造成拱肋或拱圈承载力不足；
4.横向连接不足造成拱桥失稳；
5.拱桥基础被冲刷破坏；
6、风化、有害气体侵蚀等对拱桥耐久性的损害；
7、桥面和拱架填料排水不畅造成拱架损坏。
二、拱桥加固的常用方法
根据上述原因的分析、西部地区结构的实际情况和工程实践的总结，西部地区拱桥加固应贯彻以下原则:
a、设计科学合理，经济环保；
b、尽可能不增加结构重量，不损坏拱圈等主要承重构件；
c、加固桥梁能满足运营荷载要求，并有一定的安全储备；
d、施工简单快捷，钢筋施工过程中对交通的影响降到最低；
e、加固后的桥梁耐久性强，维修方便。
鉴于上述原则，当拱桥的承载力、稳定性、整体性和耐久性不足时，可选择以下方法对西部广大国家和省份干线上的既有拱桥进行加固。
2.1，增加拱圈截面配筋
加大截面配筋的方法是利用相同的材料——钢筋混凝土，增加原混凝土结构的截面面积和配筋，以提高构件的截面承载力、刚度、稳定性和抗裂性，也可用于裂缝的修补。可应用于桁架拱、刚架拱和双曲拱桥的加固。增大截面前，应先修复原拱肋的缺陷，并对结合面进行凿毛，露出粗骨料。然后在拱肋内植入钢筋，架设纵横主筋，然后浇筑混凝土并养护。
针对西部老石拱桥，广泛采用钢筋混凝土抱箍封闭主拱圈技术加固主拱圈，以改善原桥的受力完整性和承载能力，增强结构的整体耐久性。圬工拱桥采用套拱加固法加固，既可采用整体式加固，也可采用肋式加固。其显著作用是有效加厚原拱圈断面，加强原拱圈横向连接，既增强了主拱圈的承载能力，又有效封闭和处理了原主拱圈的纵、横向裂缝，防止其进一步风化。
对于圬工拱桥，还可以采用锚喷加固拱圈。钢筋网由原主拱圈锚固的锚杆悬挂，再向结构表层喷射添加适量速凝剂的混凝土，直至形成复合主拱圈，与原主拱圈协调变形，分担部分活荷载，从而达到提高桥梁承载能力的目的。
2.2、粘贴高强度材料钢筋
粘贴高强度材料加固主要是指在拱上粘贴钢板或粘贴纤维复合材料加固拱圈或建筑物。
粘贴钢板主要采用用地脚螺栓和灌浆材料在拱肋混凝土表面粘贴钢板，用地脚螺丝将钢板与主梁混凝土固定，达到局部加固的目的。粘钢加固技术施工控制好，技术成熟，材料易采购，施工速度快，更适合实际工程应用。
粘贴FRP片材的方法基本原理与粘贴钢板的方法相同，都是在混凝土结构的受拉边缘或薄弱部位粘贴加固材料，与结构形成一个整体，从而代替需要增加的钢筋，提高梁的承载能力，达到加固的目的。
2.3.在外部钢板中注入自密实混凝土进行加固。
自密实混凝土，即自流平混凝土，在较低的水胶比下，不需要振捣就能靠自身重力自调平、自密实，填充有模板和包裹的钢筋。在施工中，对模板体系的强度和稳定性提出了更高的要求，因此常与牢固性和密封性更好的钢模板配合使用，形成“钢板混凝土结构”。工艺如下:拱肋表面清理、拉毛后，原结构表面植筋并布置受力钢筋，安装钢模板并焊接，然后浇筑自密实混凝土。这种方法多用于加固T梁等梁、肋，目前在拱桥结构中也经常使用。
2.4、增加横向联系钢筋。
肋拱桥或双曲拱桥中的横向系梁或横隔板可以增强肋拱的整体横向稳定性，还可以起到横向荷载分布的作用，这就要求有足够的刚度和强度。而横联结构经过长期的荷载反应后，往往会在主拱肋之前出现各种病害，尤其是早些年修建的双曲拱桥，其横联刚度更弱。此时，即使主拱肋尚未产生严重病害，结构整体承载力也会因侧向整体性恶化而下降。因此，必须采取有效措施，增加和加强结构的横向连接，以恢复结构设计应力模式。一般采用两种方式:加大原横梁或加隔板。该方法已成为加固此类桥梁的重要技术措施之一，并可与其他加固方法一起实施。
横向系梁的主筋应设置得尽可能长。在底面增加拱肋的截面时，横向系梁的底面可以与拱肋在同一高度，便于长钢筋的布置，保证整体性。
2.5、拱填料更换加固。
很多建成多年的拱桥，尤其是圬工拱桥，通常在拱上使用较大厚度的填充物。在这类拱桥的计算分析中，恒载往往占很大比重，主拱圈的大部分承载力需要用来承受恒载。随着车辆荷载的增加，很容易超过桥梁的承载能力，导致主拱圈开裂，发展成为危桥。用轻质材料代替拱架上的填充物，不仅可以通过调整拱架上的恒载来调整压力线，使主拱圈的压力线尽量靠近拱架轴线，减少拱架内弯矩的内力。当桥梁承载力降低，桥基承载力有限，不能满足加固拱圈，提高活载增加的承载力的要求时，还可以通过减少拱上建筑物自重，降低对下部结构的要求，同时减少主拱圈来改造拱桥。
2.6、调整拱轴线钢筋
由于拱圈受力和拱轴线变化较大，对于拱圈变形过大的拱桥，实际拱轴线往往偏离压力线，从而产生各种病害。在这种情况下，单独采用截面加固、缺陷修补和局部加固都不能有效改善拱圈的受力状况。因此，有必要对拱轴线和压力线进行调整，使其尽可能匹配，改善拱圈的受力状态，从根本上解决拱桥的病害现状，有效地起到改造加固的作用。特别需要注意的是，拱圈上的应力与拱上恒载的分布和拱轴线的形状密切相关。如需调整拱上填料厚度或加强桥面调整拱轴线，必须对拱圈受力进行详细计算分析，确定合理方案，不能盲目增加自重。
2.7、钢管混凝土拱桥管内灌浆加固。
钢管混凝土组合的最大特点是钢管和混凝土的套箍效应。当钢管混凝土拱肋出现多处或大面积疏松时，内力会在钢管和核心混凝土之间重新分布，大大降低构件的承载力和稳定性，为结构的正常运行埋下安全隐患。对于这种病害，可以通过管内注浆加固拱肋，恢复结构的承载能力。
一般采用聚合物混凝土修补空洞，压力灌浆修补空洞，常用改性环氧胶黏剂。为了浇注混凝土，应该在钢管上钻一个孔。如果孔径较大，可采用钢板补焊，焊接时应减少对原结构的破坏。缝隙小的时候，可以用倒胶的方法抹平。
2.8、更换吊杆钢筋
当拱桥的主体结构尚好，但其部分主要受力构件如吊杆或系杆会因疲劳荷载或其他原因出现严重病害，部分构件的承载能力已不能满足正常运营要求时，可通过更换或加固这些构件来加固结构。
吊杆和系杆的更换适用于中承式拱桥。在吊杆吊装和张拉过程中，桥梁各部分的应力是逐渐变化的。一般采用分级张拉，使荷载传递稳定。否则，容易产生应力集中，破坏桥梁结构。吊杆多为成品索，更换吊杆时利用桥面标高控制变形。
2.9、改变结构体系配筋
在条件允许的情况下，可以调整拱上自重分布，改善拱圈受力，达到加固的目的，即改变拱桥的结构体系。目前，空心双曲拱桥的拱腹拱和拱腹段常被拆除改建为连续板拱建筑，以减轻恒载，调整主拱圈的受力状态，改善桥梁的横向受力性能，提高桥梁的承载能力。这种加固方法应该仔细实施。
三、工程实例
3.1，石拱桥加固
3.1.1，桥梁断面
某石拱桥为1孔16m砂浆板石拱桥，已运营多年。在养护中发现了一些病害，由于紧邻一级公路改造，急需加固。根据相关检测报告，该桥主要结构病害为拱圈斜向纵向贯穿开裂。裂缝宽10 ~ 15 mm，延伸至基础；而且拱圈有多处横向裂缝，都是严重渗漏水。
图2 1-16m圬工拱桥概况
3.1.2，主筋法
1，拱圈加固:
针对该桥拱圈斜向纵向开裂的主要病害，制定了后拱圈加固方案。
(1)开V型槽，进行压力灌浆，修补裂缝，提高拱圈整体性。
(2)顶进加固法:对原墩台结构进行改造后，在原主拱圈腹面下增加一层新拱圈，新拱圈紧贴原拱圈底面浇筑，将承受上部荷载。为保证混凝土质量，浇筑混凝土时应采用自密实免振捣混凝土。具体方法如下图所示。
2.基础加固:通过基础灌浆对基础进行加固。
图3拱加固方法示意图
3.1.3，加固效果评价
目前，该桥已通过竣工验收，加固拱桥在重型施工车辆密集通行的情况下，运营状况良好。
3.2、双曲拱桥加固
桥梁剖面图3.2.1
1973处修建一座双曲拱桥，公路等级为三级，设计荷载等级为汽-15级，杭-80级。桥全长86m，桥下净空30m，跨度1× 60m。桥面宽8.7米，两边护栏宽0.5米。桥面铺装采用沥青混凝土。桥梁下部结构采用重力式桥台。
拱圈拱顶拱肋有横向裂缝，宽度0.3mm，拱波渗水，腹拱拱圈渗水，裂缝。桥梁病害的主要原因:
1，早期桥梁设计荷载标准偏低，仅为汽-l5级。承受不了现在的大吨位车辆。
2.由拱肋、拱波和拱板组成的主拱圈整体性差，刚度弱。
3.2.2、主要加固方法
由于双曲拱桥渗水病害严重，且在渗水的作用下，原结构内部钢筋可能已经锈蚀，结构受力截面已经有很大程度的削弱。因此，弱化的主拱圈应通过在拱肋上包裹混凝土和增设横隔板进行加固。通过经验分析，确定本桥加固方案为在原拱肋侧面和底部分别增加10cm和20cm厚混凝土，同时增加15新横梁。大桥加固拱肋段宽70厘米，高90厘米。
3.2.3、加固效果评价
加大截面加固双曲拱桥，工期相对较短，只需短时间阻断交通，对社会效益影响不大。加固后，该双曲拱桥的桥跨结构表现出较大的刚度和强度，符合目前的结构受力特点，其承载力和工作性满足改造加固的设计标准和使用要求，目前运营良好。
图4加固后桥梁概况
3.3、钢管混凝土拱桥加固
3.3.1，桥梁剖面
某拱桥为2×120m中承式钢管混凝土拱桥，总宽13.1m，净宽9m。主拱圈呈哑铃形，总高度为2.1m。上下弦管采用φ 820× 12mm A3钢板，腹板采用16Mn钢板。每个球洞的甲板上方有五个I型横撑，甲板下方有一个K型风结构。钢管规格为φ。吊杆由110φ5mm高强度碳素钢丝组成，用玻璃纤维布和钢丝网浆保护。桥面系是一种简支体系，主要由吊杆梁和行车道T梁组成。桥梁设计荷载等级为汽车-20，拖车-100。
2002年6月165438+10月，通过对该桥的检查检测，发现该桥主要存在以下病害:
1，桥面挠度严重，最大挠度27cm，挠度与跨度之比为1/444，结构处于不良状态；
2.同时，上下游主拱圈横向偏移，最大横向偏移13cm，约为跨度的1/1000，已超过质检评定标准允许值；
3.吊杆采用钢丝网护套，其水密性和气密性难以保证，不符合现行规范要求。经现场检查，护套已多处开裂或破损，内部钢丝锈蚀严重；
4.主拱圈钢管存在多处未固结区域，在一定程度上降低了桥跨结构的承载能力；
5.吊杆梁出现多处竖向裂缝，最大裂缝宽度为0.3mm，施工时梁端吊杆区域箍筋被切断，严重降低了梁的受剪承载力。
3.3.2、主要加固方法
1，钢管混凝土拱肋
由于拱肋管内混凝土不密实，降低了结构的承载力和安全系数，对拱肋钢管采取了灌浆处理措施。为了达到更好的灌浆效果，采用环氧树脂浆液作为灌浆材料。灌浆前，用人工敲击确定未固结区的范围，并在现场用粉笔标出，然后根据未固结区的范围开一定数量的灌浆孔。灌浆时，灌浆压力约为0.2MPa。
2.起重机
加固后，原桥梁吊杆更换为低应力、耐腐蚀的新型索体，采用全防水设计和镀锌高强度钢丝，涂油并包裹两层PE护套；梁端为张拉端，拱肋端为固定端，采用镦粗锚具锚固。
3.桥面结构
主桥桥面体系为简支体系，有悬梁和纵向行车道T梁，高度为50 cm。通过粘贴钢板和增加吊杆附近的截面来加固横梁。为了避免结构中钢筋的进一步锈蚀和裂缝的进一步发展，横梁中的裂缝先用灌浆封闭，再进行加固。
4、横向系梁和风结构
考虑到该桥拱肋同向侧向偏差较大，抗推覆稳定系数较低，同时原工字形横撑仅与腹板焊接，抗变形能力较弱。本次加固中，在钢管拱肋上增加了K形撑，以增强桥跨结构的横向稳定性，即在原工字形横撑的基础上增加了倾斜45度的风结构，新风结构的钢管为φ500×8mm，分别与原拱肋的上下弦钢管连接。
3.3.3、加固效果评价
通过以上有针对性的加固，本桥的通行能力和行车条件得到了很大的改善。该加固已运行近5年，全桥结构工作状态良好。
四。结论
近十年来，中国西部公路运输发展迅速。随着大量拱桥使用寿命的增加，今后拱桥加固的任务将十分繁重。本文介绍的方法可以指导一般拱桥常见病害的维修加固。在工程实践中，如何现场分析拱桥病害及其成因，综合采取各种合理的加固措施，恢复拱桥的承载能力和使用性能，仍需要广大工程技术人员进一步总结和研究。
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