浅谈钢筋混凝土套箍技术在石拱桥加固中的应用

浅谈钢筋混凝土套箍技术在石拱桥加固中的应用摘要：根据目前大多数老石拱桥承载力普遍不足的现状，提出了旧桥加固的迫切性和重要性，通过拱圈套箍技术在实际工程项目中的应用，阐述了该技术对恢复和提高旧石拱桥承载能力的作用、优点及产生的效果。Abstract：Aimingatmostoftheoldstonearchbridgedonothaveinadequatebearingcapacity，thepaperpointsouttheurgencyandimportanceofoldbridgereinforcement.Itpresentstheapplicationofthearchcouplingtechniqueinpracticalprojects，describestherole，advantagesandeffectofrestoringandimprovingoldstonearchbridge’sbearingcapacity.关键词：石拱桥；承载能力；加固技术；拱圈套箍Keywords：stonearchbridge；carryingcapacity；reinforcementtechnology；archtraphoop中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）10-0106-021概述石拱桥是我国传统的四大桥梁基本型式之一，在我国的桥梁发展史上，出现较早，在20世纪50——80年代石拱桥得到大量的推广使用，受当时生产力水平的限制，这些石拱桥的设计荷载标准较低，桥梁承载能力也较小。而随着社会经济的快速发展，车辆迅速增多，特别是重型车辆的增加，使得大多数桥梁处于超负荷使用状态，因而出现严重的病害情况，甚至有的已成为危桥，如果继续使用将严重威胁行人和车辆的安全。然而，如果拆除重建又不仅耗资巨大，而且所花时间较长，对车辆通行影响较大，而通过局部加固的方法来提高旧桥的承载力和荷载标准，则具有节省投资、减少工期等优点，社会、经济效益十分显著。如何加固改造旧石拱桥，提高其承载能力，确保交通运输安全，已成为目前乃至今后面临的一项重要任务。因此探寻经济合理的石拱桥维修、加固、改造技术具有十分重要的现实意义。2加固基本理论从受力角度额分析石拱桥在荷载作用下除了产生轴向的压力外，还承受荷载对石拱桥产生的弯矩和剪力，由于剪力对于石拱桥的影响较小所以拱桥解释以压弯构件作为承重结构。根据材料力学的基本原理有计算式为：σ=N/A±M/W（其中N—拱截面轴向力；A—拱圈截面面积；M—拱截面弯矩；W—主拱圈截面抗弯弹性模量；σ—拱截面拉、压应力），由上面公式我们可以得出拱圈结构受力状况由拱圈材料的自身强度，拱圈截面的面积和抗弯弹性模量，荷载产生的内力（轴力、弯矩）三个要素决定。根据拱桥压弯构件结构体系的受力特征，为了提高拱圈的承载能力，应当通过减小拱圈的压应力来实现，根据上面公式我们通过增大主拱圈的截面面积以及增加主拱圈的强度达到减小拱圈拉应力提高主拱圈承载能力的目的。根据以上原理，我们采用较多的方法有：拱圈套箍加固法、调整拱轴线和压力线加固法、挂筋锚喷混凝土加固法、粘贴钢板（筋）或碳纤维加固法。本文所论述的桥梁加固方法为拱圈套箍加固法。3钢筋混凝土套箍加固法的机理及优点目前对石拱桥主拱圈进行加固通常采用钢筋混凝土套箍封闭主拱圈技术，沿着主拱圈外环现浇增设一层钢筋混凝土套箍层，利用增大截面、断裂力学以及“套箍效应”三个机理达到提高原桥承载力的目的。操作过程如下：开挖原拱顶填料及拆除拱上建筑→冲洗干净→拱圈注浆加固→拱圈顶凿毛→拱圈植筋、铺设钢筋网→浇筑混凝土。开挖清洗后，若发现原拱圈有裂缝等损坏现象，在浇筑新拱圈前应先用高标号砂浆进行注浆等方法处理裂缝，另外加固拱圈的时候还应当考虑墩台受力是否安全等因素。当多孔石拱桥均需要加设新拱圈时，在拆除拱上建筑过程中为了确保连拱结构的对称均匀受力应该特别注意保持两边对称、均衡、同步进行。拱圈套箍法不仅加固了拱圈，并且可以使存在裂缝的拱圈连成一个整体，同时也有利于拱桥的排水。与其它方法相比，该加固技术有以下的优点：①在三向受压的情况下结构的抗压强度将会提高，利用这一原理采用钢筋混凝土套箍环状比锚喷技术的加固桥梁的效果更为显著。②采用锚喷技术喷射出来的混凝土强度一般都较低，而刚劲混凝土套箍层由于采用现浇施工因此混凝土可以达到较高的强度，避免了锚喷技术的缺点。③从受力性能上来讲钢筋混凝土套箍法也比锚喷法具有明显的优势。锚喷或碳纤维加固后还是主要由原拱圈承担加固层恒载，而钢筋混凝土套箍法加固后大部分的恒载是由复合拱圈共同承担的，这样就会使受力更加合理。④钢筋混凝土套箍法加固后由于套箍层混凝土的作用主拱圈的防水性以及抗风化性能大大提高，因此加固后相对于锚喷法耐久性更好。4拱圈套箍加固法在实际工程中的应用古方桥为金华市婺城区病旧桥梁加固改造工程中的一座拱桥，该桥位于县道古长线K0+077处，为白龙桥镇通向长山乡的公路桥梁。桥梁建于1990年，设计荷载为汽-15，挂-80。该桥跨径为7孔12米，桥长104米，桥宽6.1米。桥梁上部拱圈为浆砌块石拱，厚度为65cm，矢跨比为1/6。下部结构桥墩为实体桥墩，桥台为U型桥台，基础均为扩大基础。经桥梁现场勘测结果，该桥主要病害有：拱上侧墙外鼓、侧墙与主拱圈脱离；1-4#桥墩基础局部被水冲空。由于该桥所在公路为县道，交通量较大，因此除了对该拱桥局部病害进行维修加固外，主要考虑对该拱桥拱圈进行加固，从而提高该桥的承载能力，以满足该公路日益增加的交通量的需要。经多方综合比较后，拱圈加固采用拱圈套箍法。由于该桥所跨河流为白沙溪，该溪上游有金兰水库、沙畈水库，为满足水库泄洪时的过水要求，该桥的过水断面不可缩小，因此采用了拱上套箍法，具体方法如下：①对称、均衡、分布拆除原桥拱上的建筑。为了防止拆除过程中拱圈“冒顶”造成拱圈开裂甚至坍塌事故，必须从拱脚对称的向跨中进行并且保留拱顶一定范围内的填料，直到两侧拆除完毕后最后再拆除拱顶填料。②拆除拱上建筑后应清除拱背上的浮渣和风化层并冲洗干净，若发现拱顶有裂缝或块石间有空隙，必须采用环氧砂浆进行灌浆处理。③按一定间距钻孔，灌植筋胶，植筋胶为A级胶，采用专门配制的改性环氧树脂胶粘剂，再植入锚固钢筋（图中③号钢筋），布设钢筋网（图中①②号钢筋）。③号锚固钢筋沿拱圈径向植入，植入深度为20cm，分布间距横向为40cm，纵向为50cm。①号钢筋分布间距为20cm，②号钢筋分布间距为50cm。④支好模板，浇筑20cm厚钢筋混凝土套箍层，混凝土采用C30，砌筑拱上护拱及侧墙等结构，该施工过程也应按照对称、均衡加载原则进行。（图4）⑤填筑拱腔及台背填料，应采用透水性良好的材料回填，填筑过程应按照对称、均衡加载原则进行。⑥重新铺筑桥面，安装防撞护栏。该方法在具体施工过程应特别注意以下要点：①拆除：对拱上建筑及拱腔填料进行拆除时，必须按对称、均衡、分步的原则进行，并且由人工配备小型机械进行拆除作业。②原材料：水泥、钢筋、黄砂、碎石等工程用的原材料必须经检验合格后才可以使用。③钢筋网制作、安装：钢筋经过整直除锈符合要求后才能对钢筋进行加工，一定要严格按照设计下料；接头采用电焊焊接时一定要牢固同时接头在构件内应当错开布置；为了确保钢筋网的制作质量，锚固钢筋应当采用环氧树脂胶浆锚固牢固。④支模：支模前一定要对模板进行验算，确保模板的刚度、强度、稳定性符合要求。为了确保浇筑时不漏浆支模应当直顺、稳固并且模板接缝一定要严实紧密，同时为了保证混凝土保护层厚度，在钢筋与模板之间应当设置混凝土垫块。⑤混凝土拌合：为了确保混凝土拌合均匀，拌合应当采用强制式拌合设备并且按照配合比的标准进行拌合。施工过程中要注意拌合速度与浇捣速度的配合，随时检查混凝土坍落度，严格控制水灰比。⑥混凝土浇筑：充分湿润原拱背面后才可以浇筑混凝土，为了确保受力均匀浇筑时应从两拱脚对称地向拱顶进行浇筑，并且浇筑过程要连续不得间断。应当采用振捣棒对混凝土振捣，为了保证每个部位都振捣密实拱顶部分一般都采用人工振捣，振捣的标准是混凝土不再下沉、无明显气泡上升、混凝土表面出现薄层水泥浆、表面平整为适度。另外，在浇筑以及振捣混凝土时不得碰撞钢筋和模板，如果发生松动应当立即进行加固处理。⑦拆模、养护：只有混凝土强度达到设计规定的强度时才可以拆模，同时拆模后应当及时洒水进行养护。5结语危旧桥梁的改造中一个重要的内容就是石拱桥的加固改造，石拱桥的加固改造也是公路管理部门面临的一项重要课题。在选择加固技术的时候考虑的因素有很多，如技术可行性、使用性能以及经济性等，在实际加固改造过程中应当根据实际的情况综合考虑选择最合理的加固技术。钢筋混凝土拱上套箍技术不但施工工艺简单、工期短、不污染环境以及造价低，而且还能够有效的提高旧桥的承载能力，具有显著的经济效益和社会效益，因此该方法可供类似的桥梁加固借鉴。古方桥加固改造至今运营已有两年多时间，没有出现异常现象，拱圈新旧结构整体受力良好，使用情况正常，完全满足车辆通行的要求，达到了预期效果。参考文献：[1]中华人民共和国交通运输部。《公路桥梁加固设计规范》JTG/TJ22-2008.[2]中华人民共和国交通运输部。《公路桥梁加固施工技术规范》JTG/TJ23-2008.[3]顾安邦，孙国柱。拱桥。人民交通出版社，1997.[4]郭永琛，叶见曙。旧桥技术改造。人民交通出版社，1992.[5]王国鼎，袁海庆，陈开利。桥梁检测与加固。人民交通出版社，2003.[6]周建庭，刘思孟，李跃军。石拱桥加固改造技术。人民交通出版社，2008.