增设套拱在石拱桥加固中的运用
2015-03-24
1引言
中国的拱桥始建于东汉中后期，距今已有一千八百余年的历史。拱桥的出现是世界桥梁史上的一大飞跃，尤其在中国，拱桥是桥梁最常用的一种结构型式，其式样之多，数量之大，为各种桥型之冠，特别是公路桥梁，据不完全统计，拱桥在我国公路桥梁中占到70%。然而在后期的运营中，拱桥出现了大量的病害，其出现病害主要原因有以下几个方面：1、设计荷载标准偏低，承载能力不足。2、通行能力不足，超期服役，长时间超载运营。3、设计、施工时的一些技术缺陷。
在工程实际中，往往要对一些已经出现的病害的危桥予以采取加固，相比桥梁拆除重建而言，加固桥梁具有工期短、造价低、对过往交通量影响小等优点，特别对于交通量不大的农村公路而言，这种优点体现的淋漓尽致。但在加固的过程中，许多实践和理论都要我们不断去的探索和研究，直至提出合理、经济、安全的加固方案，本文结合工程实例，具体的介绍了通过增设套拱在石拱桥加固中的运用。
工程实例
某市马村桥为一跨12米石拱桥，矢高为4米，矢跨比为1/3,主拱圈厚0.5m，拱轴线近似为圆弧线。桥梁建成于上世纪80年代，桥梁在使用的过程中，出现的病害较多，起突出的主要问题表现在：主拱圈存在开裂现象，并延伸至桥台，如：0#桥台位置主拱圈有1条纵桥向裂缝，最大宽度4mm。
在该桥加固设计前，我们对裂缝出现的原因进行了分析后认为桥梁出现裂缝的主要原因有以下几个：一是拱桥的设计时未考虑其荷载的横向分布；二是在拱桥施工时未考虑到拱圈砌石的交错搭接，导致形成了拱圈的纵向裂缝;三是桥面排水设施的缺失以及桥面铺装的破坏使得桥台渗水现象明显；四是拱桥主拱圈截面偏小，承载能力不足。桥梁病害已经出现，如果不及时采取措施，任由继续发展的话，将会影响桥梁的承载能力，从而造成桥梁的安全事故，因此桥梁的改造迫在眉睫。
对于桥梁出现的实际情况，我们提出具体的加固方案，对于主体结构，首先用砂浆封闭裂缝，同时为了防止裂缝的进一步继续发展，并且提高桥梁主拱圈的承载能力，在主拱圈下部增设一个钢筋混凝土套拱，在桥面顶部设置防水钢筋混凝土整体式桥面铺装。下面介绍一下具体的加固措施:
1.对于主拱圈，主拱圈下增设一个20cm厚混凝土套拱。
2.新做20cm厚防水钢筋混凝土整体式桥面铺装。
对于增设的套拱，采用20cm厚C30混凝土，拱圈配筋为一层，配筋位置位于加固拱圈的中间位置，配筋规格均为Φ16,具体布置沿拱圈方向和垂直拱圈方向间距均为20cm；同时为了使新旧拱圈良好的结合，采取对原拱圈植筋植入钢筋，植筋纵横间距均为40cm，呈梅花形布置，植筋要求其植入钢筋锚固长度不低于20cm，其单根植筋钢筋轴向受拉承载力设计值为10KN。在设计时，考虑到原有拱圈存在渗水现象，特意在浇筑加固拱圈混凝土时候预留排水孔，排水孔沿裂缝设置，间距2m，直径为5cm。新做钢筋混凝土整体式桥面铺装的主要目的是：一、使得车辆荷载均匀的传递给主拱圈，使其受力均匀；二、阻止雨水渗入对主拱圈的影响。桥面铺装采用双层钢筋网，配筋规格均为Φ16,桥梁纵横方向间距均为20cm。
通过桥梁博士对其建模计算可知，加固后的效果非常好，加固后其承载能力能够达到公路-Ⅱ级。其加固后主要工程量为混凝土200m3，钢筋为19t；全桥造价约为40万，每平方米造价约为1400元，仅仅相当于拆除重建费用的1/3～1/4，工期仅用2个月的时间，其中封闭交通仅仅为1个月，相比拆除重建方案，工期至少压缩了1/3。加固完成后，通过桥梁的后期运营，取得了很好的效果。
结论
综上所述，通过对桥梁加固技术的研究和探索，不仅能够及时、快速、便捷的为交通服务，还能取得良好的社会效益和经济效益，在我国石拱桥加固的过程中，主拱圈截面偏小已经成为了一个比较突出的问题，增设套拱不仅可以起到加固桥梁的作用，还可以有效的提高老桥的实际承载能力。但是加固改造的施工工艺比较复杂，设计理论还不是很成熟，只用通过不停的研究与探索，才能使我们的理论和方法趋于成熟，从而达到加固桥梁的目的。
