淺談鋼筋混凝土套箍技術(shù)在石拱橋加固中的應(yīng)用

1、淺談鋼筋混凝土套箍技術(shù)在石拱橋加固中的應(yīng)用摘要： 根據(jù)目前大多數(shù)老石拱橋承載力普遍不足的現(xiàn)狀，提出了舊橋加固的迫切性和重要性，通過(guò)拱圈套箍技術(shù)在實(shí)際工程項(xiàng)目中的應(yīng)用，闡述了該技術(shù)對(duì)恢復(fù)和提高舊石拱橋承載能力的作用、優(yōu)點(diǎn)及產(chǎn)生的效果。Abstract： Aiming at most of the old stone arch bridge do not have inadequate bearing capacity， the paper points out the urgency and importance of old bridge reinforcement. It presents

2、the application of the arch coupling technique in practical projects， describes the role， advantages and effect of restoring and improving old stone arch bridges bearing capacity.關(guān)鍵詞： 石拱橋；承載能力；加固技術(shù)；拱圈套箍Key words： stone arch bridge；carrying capacity；reinforcement technology；arch trap hoop中圖分類號(hào)：TU37 文

3、獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）10-0106-021 概述石拱橋是我國(guó)傳統(tǒng)的四大橋梁基本型式之一，在我國(guó)的橋梁發(fā)展史上，出現(xiàn)較早，在20世紀(jì)5080年代石拱橋得到大量的推廣使用，受當(dāng)時(shí)生產(chǎn)力水平的限制，這些石拱橋的設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)較低，橋梁承載能力也較小。而隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，車輛迅速增多，特別是重型車輛的增加，使得大多數(shù)橋梁處于超負(fù)荷使用狀態(tài)，因而出現(xiàn)嚴(yán)重的病害情況，甚至有的已成為危橋，如果繼續(xù)使用將嚴(yán)重威脅行人和車輛的安全。然而，如果拆除重建又不僅耗資巨大，而且所花時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)車輛通行影響較大，而通過(guò)局部加固的方法來(lái)提高舊橋的承載力和荷載標(biāo)準(zhǔn)，則具有節(jié)省投資、減少工

4、期等優(yōu)點(diǎn)，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。如何加固改造舊石拱橋，提高其承載能力，確保交通運(yùn)輸安全，已成為目前乃至今后面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)。因此探尋經(jīng)濟(jì)合理的石拱橋維修、加固、改造技術(shù)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。2 加固基本理論從受力角度額分析石拱橋在荷載作用下除了產(chǎn)生軸向的壓力外，還承受荷載對(duì)石拱橋產(chǎn)生的彎矩和剪力，由于剪力對(duì)于石拱橋的影響較小所以拱橋解釋以壓彎構(gòu)件作為承重結(jié)構(gòu)。根據(jù)材料力學(xué)的基本原理有計(jì)算式為：=N/A±M/W（其中N拱截面軸向力；A拱圈截面面積；M拱截面彎矩；W主拱圈截面抗彎彈性模量；拱截面拉、壓應(yīng)力），由上面公式我們可以得出拱圈結(jié)構(gòu)受力狀況由拱圈材料的自身強(qiáng)度，拱圈截面的面積

5、和抗彎彈性模量，荷載產(chǎn)生的內(nèi)力（軸力、彎矩）三個(gè)要素決定。根據(jù)拱橋壓彎構(gòu)件結(jié)構(gòu)體系的受力特征，為了提高拱圈的承載能力，應(yīng)當(dāng)通過(guò)減小拱圈的壓應(yīng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)上面公式我們通過(guò)增大主拱圈的截面面積以及增加主拱圈的強(qiáng)度達(dá)到減小拱圈拉應(yīng)力提高主拱圈承載能力的目的。根據(jù)以上原理，我們采用較多的方法有：拱圈套箍加固法、調(diào)整拱軸線和壓力線加固法、掛筋錨噴混凝土加固法、粘貼鋼板（筋）或碳纖維加固法。本文所論述的橋梁加固方法為拱圈套箍加固法。3 鋼筋混凝土套箍加固法的機(jī)理及優(yōu)點(diǎn)目前對(duì)石拱橋主拱圈進(jìn)行加固通常采用鋼筋混凝土套箍封閉主拱圈技術(shù)，沿著主拱圈外環(huán)現(xiàn)澆增設(shè)一層鋼筋混凝土套箍層，利用增大截面、斷裂力學(xué)以及“套

6、箍效應(yīng)”三個(gè)機(jī)理達(dá)到提高原橋承載力的目的。操作過(guò)程如下：開挖原拱頂填料及拆除拱上建筑沖洗干凈拱圈注漿加固拱圈頂鑿毛拱圈植筋、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)澆筑混凝土。開挖清洗后，若發(fā)現(xiàn)原拱圈有裂縫等損壞現(xiàn)象，在澆筑新拱圈前應(yīng)先用高標(biāo)號(hào)砂漿進(jìn)行注漿等方法處理裂縫，另外加固拱圈的時(shí)候還應(yīng)當(dāng)考慮墩臺(tái)受力是否安全等因素。當(dāng)多孔石拱橋均需要加設(shè)新拱圈時(shí)，在拆除拱上建筑過(guò)程中為了確保連拱結(jié)構(gòu)的對(duì)稱均勻受力應(yīng)該特別注意保持兩邊對(duì)稱、均衡、同步進(jìn)行。拱圈套箍法不僅加固了拱圈，并且可以使存在裂縫的拱圈連成一個(gè)整體，同時(shí)也有利于拱橋的排水。與其它方法相比，該加固技術(shù)有以下的優(yōu)點(diǎn)：在三向受壓的情況下結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度將會(huì)提高，利用這一原理

7、采用鋼筋混凝土套箍環(huán)狀比錨噴技術(shù)的加固橋梁的效果更為顯著。采用錨噴技術(shù)噴射出來(lái)的混凝土強(qiáng)度一般都較低，而剛勁混凝土套箍層由于采用現(xiàn)澆施工因此混凝土可以達(dá)到較高的強(qiáng)度，避免了錨噴技術(shù)的缺點(diǎn)。從受力性能上來(lái)講鋼筋混凝土套箍法也比錨噴法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。錨噴或碳纖維加固后還是主要由原拱圈承擔(dān)加固層恒載，而鋼筋混凝土套箍法加固后大部分的恒載是由復(fù)合拱圈共同承擔(dān)的，這樣就會(huì)使受力更加合理。鋼筋混凝土套箍法加固后由于套箍層混凝土的作用主拱圈的防水性以及抗風(fēng)化性能大大提高，因此加固后相對(duì)于錨噴法耐久性更好。4 拱圈套箍加固法在實(shí)際工程中的應(yīng)用古方橋?yàn)榻鹑A市婺城區(qū)病舊橋梁加固改造工程中的一座拱橋，該橋位于縣道古

8、長(zhǎng)線K0+077處，為白龍橋鎮(zhèn)通向長(zhǎng)山鄉(xiāng)的公路橋梁。橋梁建于1990年，設(shè)計(jì)荷載為汽-15，掛-80。該橋跨徑為7孔12米，橋長(zhǎng)104米，橋?qū)?.1米。橋梁上部拱圈為漿砌塊石拱，厚度為65cm，矢跨比為1/6。下部結(jié)構(gòu)橋墩為實(shí)體橋墩，橋臺(tái)為U型橋臺(tái)，基礎(chǔ)均為擴(kuò)大基礎(chǔ)。經(jīng)橋梁現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)結(jié)果，該橋主要病害有：拱上側(cè)墻外鼓、側(cè)墻與主拱圈脫離；1-4#橋墩基礎(chǔ)局部被水沖空。 由于該橋所在公路為縣道，交通量較大，因此除了對(duì)該拱橋局部病害進(jìn)行維修加固外，主要考慮對(duì)該拱橋拱圈進(jìn)行加固，從而提高該橋的承載能力，以滿足該公路日益增加的交通量的需要。經(jīng)多方綜合比較后，拱圈加固采用拱圈套箍法。由于該橋所跨河流為白沙溪

9、，該溪上游有金蘭水庫(kù)、沙畈水庫(kù)，為滿足水庫(kù)泄洪時(shí)的過(guò)水要求，該橋的過(guò)水?dāng)嗝娌豢煽s小，因此采用了拱上套箍法，具體方法如下：對(duì)稱、均衡、分布拆除原橋拱上的建筑。為了防止拆除過(guò)程中拱圈“冒頂”造成拱圈開裂甚至坍塌事故，必須從拱腳對(duì)稱的向跨中進(jìn)行并且保留拱頂一定范圍內(nèi)的填料，直到兩側(cè)拆除完畢后最后再拆除拱頂填料。拆除拱上建筑后應(yīng)清除拱背上的浮渣和風(fēng)化層并沖洗干凈，若發(fā)現(xiàn)拱頂有裂縫或塊石間有空隙，必須采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行灌漿處理。按一定間距鉆孔，灌植筋膠，植筋膠為A級(jí)膠，采用專門配制的改性環(huán)氧樹脂膠粘劑，再植入錨固鋼筋（圖中號(hào)鋼筋），布設(shè)鋼筋網(wǎng)（圖中號(hào)鋼筋）。號(hào)錨固鋼筋沿拱圈徑向植入，植入深度為20cm，分

10、布間距橫向?yàn)?0cm，縱向?yàn)?0cm。號(hào)鋼筋分布間距為20cm，號(hào)鋼筋分布間距為50cm。支好模板，澆筑20cm厚鋼筋混凝土套箍層，混凝土采用C30，砌筑拱上護(hù)拱及側(cè)墻等結(jié)構(gòu)，該施工過(guò)程也應(yīng)按照對(duì)稱、均衡加載原則進(jìn)行。（圖4）填筑拱腔及臺(tái)背填料，應(yīng)采用透水性良好的材料回填，填筑過(guò)程應(yīng)按照對(duì)稱、均衡加載原則進(jìn)行。重新鋪筑橋面，安裝防撞護(hù)欄。該方法在具體施工過(guò)程應(yīng)特別注意以下要點(diǎn)：拆除：對(duì)拱上建筑及拱腔填料進(jìn)行拆除時(shí)，必須按對(duì)稱、均衡、分步的原則進(jìn)行，并且由人工配備小型機(jī)械進(jìn)行拆除作業(yè)。原材料：水泥、鋼筋、黃砂、碎石等工程用的原材料必須經(jīng)檢驗(yàn)合格后才可以使用。鋼筋網(wǎng)制作、安裝：鋼筋經(jīng)過(guò)整直除銹符合

11、要求后才能對(duì)鋼筋進(jìn)行加工，一定要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)下料；接頭采用電焊焊接時(shí)一定要牢固同時(shí)接頭在構(gòu)件內(nèi)應(yīng)當(dāng)錯(cuò)開布置；為了確保鋼筋網(wǎng)的制作質(zhì)量，錨固鋼筋應(yīng)當(dāng)采用環(huán)氧樹脂膠漿錨固牢固。支模：支模前一定要對(duì)模板進(jìn)行驗(yàn)算，確保模板的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性符合要求。為了確保澆筑時(shí)不漏漿支模應(yīng)當(dāng)直順、穩(wěn)固并且模板接縫一定要嚴(yán)實(shí)緊密，同時(shí)為了保證混凝土保護(hù)層厚度，在鋼筋與模板之間應(yīng)當(dāng)設(shè)置混凝土墊塊。混凝土拌合：為了確保混凝土拌合均勻，拌合應(yīng)當(dāng)采用強(qiáng)制式拌合設(shè)備并且按照配合比的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拌合。施工過(guò)程中要注意拌合速度與澆搗速度的配合，隨時(shí)檢查混凝土坍落度，嚴(yán)格控制水灰比。混凝土澆筑：充分濕潤(rùn)原拱背面后才可以澆筑混凝土，為了

12、確保受力均勻澆筑時(shí)應(yīng)從兩拱腳對(duì)稱地向拱頂進(jìn)行澆筑，并且澆筑過(guò)程要連續(xù)不得間斷。應(yīng)當(dāng)采用振搗棒對(duì)混凝土振搗，為了保證每個(gè)部位都振搗密實(shí)拱頂部分一般都采用人工振搗，振搗的標(biāo)準(zhǔn)是混凝土不再下沉、無(wú)明顯氣泡上升、混凝土表面出現(xiàn)薄層水泥漿、表面平整為適度。另外，在澆筑以及振搗混凝土?xí)r不得碰撞鋼筋和模板，如果發(fā)生松動(dòng)應(yīng)當(dāng)立即進(jìn)行加固處理。拆模、養(yǎng)護(hù)：只有混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的強(qiáng)度時(shí)才可以拆模，同時(shí)拆模后應(yīng)當(dāng)及時(shí)灑水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。5 結(jié)語(yǔ)危舊橋梁的改造中一個(gè)重要的內(nèi)容就是石拱橋的加固改造，石拱橋的加固改造也是公路管理部門面臨的一項(xiàng)重要課題。在選擇加固技術(shù)的時(shí)候考慮的因素有很多，如技術(shù)可行性、使用性能以及經(jīng)濟(jì)性等，在實(shí)際加固改造過(guò)程中應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際的情況綜合考慮選擇最合理的加固技術(shù)。鋼筋混凝土拱上套箍技術(shù)不但施工工藝簡(jiǎn)單、工期短、不污染環(huán)境以及造價(jià)低，而且還能夠有效的提高舊橋的承載能力，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，因此該方法可供類似的橋梁加固借鑒。古方橋加固改造至今運(yùn)營(yíng)已有兩年多時(shí)間，沒(méi)有出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，拱圈新舊結(jié)構(gòu)整體受力良好，使用情況正常，完全滿足車輛通行的要求，達(dá)到了預(yù)期效果。參考文獻(xiàn)：1中華人民