浅谈双曲拱桥常见的病害、成因分析及加固维修措施

浅谈双曲拱桥常见的病害、成因分析及加固维修措施

王少通杨勇

王少通杨勇

中交瑞通路桥养护科技有限公司陕西西安710075

摘要：介绍了双曲拱桥的特性，结合多座双曲拱桥的定期检测结果，对双曲拱桥常见的病害进行了归纳、成因分析，并制定了相应的加固维修措施。

关键词：双曲拱桥；病害；成因分析；维修措施

1.概述

拱桥是常见的一种桥梁结构形式，在竖直荷载的作用下，拱的两端除了竖直力外还会产生向内的推力，在水平推力的作用下，拱的内部弯矩大大减小；当拱轴线设计较为合理时，可使拱主要承受压力，剪力、弯矩较小，从而提高拱桥的承载力以及跨越能力。

由于拱桥主要承受压力，因此可以利用抗拉性能差而抗压强度较高的混凝土、石块、砖等圬工材料来修建拱桥。由于双曲拱桥的主拱肋、拱波、腹孔的拱板均可以采取先预制（化整为零）然后现场进行拼装（化零为整）的施工方法，施工进度快；在山区谷深、河宽等施工现场条件差的地区，拱桥较大的跨越能力可减少下部墩台的修建，加上就地取材、节省成本，是一种较为经济、适用的桥型，因此在我国山区地段，分布着众多的钢筋混凝土双曲拱桥。

随着我国经济的快速发展，交通运输需求任务不断的增加，桥梁通行车流量日益增长且重型运输车辆数量较多，早期部分路段桥梁修建时荷载等级较低加上桥梁的老化、环境的影响，桥梁出现较多的病害，本文着重对同一时期、同一地域修建的双曲拱桥中常见的病害进行了归纳、成因分析。

2.双曲拱桥常见病害

双曲拱桥因其主拱圈的横截面、纵截面都呈曲线而得名。双曲拱桥主要由拱肋、拱波、拱板、横向联系（横系梁、横隔板）、拱上建筑组成。

2.1拱肋

拱肋存在竖向裂缝，拱顶两侧数量相对较多，拱肋竖向裂缝通常有三种形态：腹板竖向开裂；左/右侧腹板和底板贯通开裂（呈L型）；两侧腹板和底板贯通开裂（呈U型）。拱肋在与横系梁连接处下方位置易出现竖向裂缝；侧面易受到雨水侵蚀，引起表面风化、剥落、钢筋锈蚀。

2.5拱座

拱座前墙存在竖向裂缝，呈中间宽、端部窄的表现形态。裂缝一般出现在拱座中部、两拱肋间位置。

3、主要病害成因分析

3.1拱座竖向裂缝

病害原因分析：拱座两端受到拱肋的推力，虽然底部受到基础的约束，但中部仍产生较大的负弯矩，前墙容易出现竖向裂缝，并向上、下端延伸。

3.2腹拱圈横向裂缝

病害成因分析：腹拱圈多为小跨径板拱结构，矢跨比相对较小，且为少筋结构，在超限荷载作用下，拱圈底面出现横桥向裂缝，随着裂缝的发展逐步断裂。

3.3拱波纵桥向裂缝

病害成因分析：混凝土强度低、厚度小及荷载超限是拱波出现纵桥向裂缝、甚至断裂的主要原因。实腹段因存在拱上填料，桥面荷载通过填料传递到拱波，拱波受到过大的横桥向弯矩，导致沿拱波顶纵向开裂。空腹段拱波纵桥向开裂主要是因为拱肋受到不均匀荷载，与拱波未能整体协调变形，肋波间产生径向力，且拱波抗拉能力较弱，导致拱波底面出现纵桥向裂缝。拱肋间横向联系不够或强度不足而产生损坏时，将会使拱桥横向稳定性降低，拱波拱顶出现纵向裂缝。

3.4立墙裂缝

病害原因分析：

受建设年代影响，早期建设的双曲拱桥，其拱上立墙均为少筋结构，在超限荷载作用下，易出现开裂等病害。

立墙人孔部分受力模式类似于梁，两端受立柱约束，加之下缘配筋较少，活载作用下，人孔顶部受弯，下缘开裂，并向上延伸；

受桥面线形（纵、横坡）的影响，在活载作用下，立墙上端受到腹拱圈顺桥向的不均匀推力，底部因有底梁约束呈受弯状态，在与底梁结合部位出现横向或U型裂缝。

3.5主拱圈渗水

病害原因分析：空腹段主拱圈渗水主要是由于桥面开裂、破损，防水功能较差，排水不畅，桥面雨水通过腹拱圈、拱上立墙，最终导致主拱圈出现渗水痕迹。

3.6腹拱圈渗水、立墙、桥台水蚀

病害原因分析：桥面防、排水功能缺失是引起腹拱圈渗水、立墙、桥台水蚀的主要原因。本桥桥面存在纵向裂缝，且部分泄水孔堵塞，雨水通过桥面破损、开裂部位渗入拱上填料，加之拱上填料排水不畅，导致腹拱圈灰缝渗水、立墙、桥台水蚀。

4、常见维修加固措施

双曲拱桥由于刚度低、整体性差，加固维修时主要以提高整体刚度为主，针对不同构件的损害程度采取针对性的措施。

4.1拱座

拱肋与拱座结合位置通常外包一圈混凝土，改善拱脚受力。

4.2拱肋

拱肋常见的加固措施有拱肋截面加大、粘贴钢板、粘贴纤维复合材料。

一、拱肋截面加大处治主要步骤为：拱肋表面凿毛——处理表面裂缝、混凝土缺陷、锈蚀钢筋除锈——种植钢筋——绑扎钢筋——安装模板——浇筑混凝土。拱肋截面时，新增部分的宽度宜采用半包围原结构形式。

二、拱肋受力较薄弱部位粘贴钢板主要步骤为：拱肋表面凿毛——处理表面裂缝、混凝土缺陷、锈蚀钢筋除锈——种植锚栓——安装钢板——灌注胶黏剂。

图4.2-1拱肋截面加大示意图

4.3横系梁

对原横系梁进行截面加大，并在原横系梁间增设新的横系梁，改善截面刚度，提高整体性。

4.4腹拱圈

腹拱圈通常采取截面加大、粘贴钢板等方式进行加固。

4.5拱圈、侧墙渗水

主拱圈、腹拱圈、侧墙渗水主要是由于桥面防水层效果较差以及桥面排水不畅导致雨水渗进拱上填料内以致引起渗水。可采取更换桥面铺装、增设防水层、增设泄水孔等措施，以桥面防、排水功能。

4.6腹拱圈拱板间绞缝砂浆脱落

绞缝砂浆脱落的部位可采取环氧砂浆修补或压注普通砂浆处理。

4.7调整拱轴线和压力线

一、调整拱上的恒载分布；

二、减轻拱上建筑自重：降低桥面标高，减少或完全取消拱上填料或使用轻质填料；将腹拱的重力式立墙挖空或改为钢筋混凝土立柱；用预制的钢筋混凝土T梁、空心板等轻型结构取代笨重的腹拱体系。

参考文献：

[1]姚玲森.桥梁工程[M].人民交通出版社.2005

[2]JTG/TJ22-2008.公路桥梁加固设计规范[S]