第六節(jié) 改變結(jié)構(gòu)體系加固方法與技術(shù)
一、改變結(jié)構(gòu)體系加固概念
改變結(jié)構(gòu)體系加固，實(shí)際就是通過(guò)改變橋梁結(jié)構(gòu)體系以減少梁內(nèi)應(yīng)力，例如：在簡(jiǎn)支梁下增設(shè)支架或橋墩；或把簡(jiǎn)支梁與簡(jiǎn)支梁加以連接，從而由簡(jiǎn)支梁變?yōu)檫B續(xù)梁；或者在梁下增設(shè)鋼桁架等的加勁梁或疊合梁；或者改小橋?yàn)楹吹?，以提高橋梁的承載能力。
改變結(jié)構(gòu)體系的方法很多，但往往皆要在橋下操作，或設(shè)置永久設(shè)施，因而影響橋下凈空。因此，要在不影響通航及橋梁排洪能力的情況下使用。
該法由于加固效果較好，因此，目前這是一種解決臨時(shí)通行超重車輛常見的加固措施。重車通過(guò)后，臨時(shí)支墩可以隨時(shí)拆除，故對(duì)通航、排洪影響不大。
二、簡(jiǎn)支梁變?yōu)檫B續(xù)梁加固法
如上所述，采用在簡(jiǎn)支梁下增設(shè)臨時(shí)支墩，或把相鄰的簡(jiǎn)支梁加以連接的方法，可改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)物的受力體系，由簡(jiǎn)支梁變?yōu)檫B續(xù)梁。
將多跨簡(jiǎn)支梁的梁端連接起來(lái)，變?yōu)槎嗫邕B續(xù)梁，以改善結(jié)構(gòu)的受力狀況，提高橋梁的承載能力，其基本做法如下：
?。?）掀開橋面鋪裝層，將梁頂保護(hù)層鑿除，使主筋外露，并將箍筋切斷拉直。然后，沿梁頂增設(shè)縱向受力主筋；鋼筋直徑和根數(shù)依梁端連接處所受負(fù)彎矩大小而配置；
(2)澆注梁頂加高混凝土和梁端接頭混凝土；
(3)拆除原有支座，用一組帶有加勁墊板的新支座代替原有的兩個(gè)支座；
(4)重新做好橋面鋪裝。
用臨時(shí)支架加固時(shí)，改變了原簡(jiǎn)支梁橋的受力體系，支點(diǎn)處將產(chǎn)生負(fù)彎矩，故必須進(jìn)行受力驗(yàn)算。此法由于縮短了橋梁跨徑，使橋梁承載能力得到提高。
例如，山東省濰縣濰河大橋，為26孔跨徑20m鋼筋混凝土T梁橋，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為汽一13、拖一60。T梁出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫，不能滿足通過(guò)400t大型平板車通行要求，決定進(jìn)行加固。加固前檢查，T梁出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫，但下部構(gòu)造完好。具有足夠承受重載通行能力。經(jīng)多方案研究比較后，決定對(duì)中部24孔的各片T梁梁肋下加設(shè)鋼筋混凝土斜撐作承托，使原來(lái)的簡(jiǎn)支梁體系轉(zhuǎn)換成撐架橋式體系。斜撐下端支承于臺(tái)頂承面，水平夾角50o21´；上端35cmX35cm。中部沒(méi)有相同斷面的系梁。托梁長(zhǎng)10.80m，斷面為25cmX40cm。而邊孔則在跨中加設(shè)兩個(gè)鋼筋混凝土立柱：將簡(jiǎn)支梁體系轉(zhuǎn)換為3孔連續(xù)梁體系。
斜撐的位置由該點(diǎn)T梁截面所容許承擔(dān)的彎矩和剪力來(lái)確定，在恒載和活載組合的情況下，控制新加支點(diǎn)處不出現(xiàn)負(fù)彎矩。T梁按三跨彈性支承連續(xù)梁驗(yàn)算。
后采用了如圖2-17所示在梁下設(shè)置鋼筋混凝土斜腿鋼架的方法進(jìn)行加固，從而提高了橋梁承載能力，順利地通過(guò)了400t大型平板車。
圖2-17梁下設(shè)置斜腿剛架改造結(jié)構(gòu)體系加固法
三、加勁梁或疊合梁加固法
采用加勁梁或疊合梁以增強(qiáng)主梁的承載能力，也是常用的改變橋梁結(jié)構(gòu)體系的一種加固法。加勁梁或疊合梁的形式有多種，如圖2-18所示。
圖2-18加勁梁或疊合梁加固法
采用加勁梁和疊合梁加固時(shí)，應(yīng)根據(jù)加固時(shí)結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的實(shí)際受力狀態(tài)，分清主次，進(jìn)行合理的抽象和簡(jiǎn)化，得出計(jì)算圖示，進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。因?qū)嶋H結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，各種結(jié)構(gòu)部分之間存在著多種多樣的聯(lián)系，而決定聯(lián)系性質(zhì)的主要因素是結(jié)構(gòu)各部分的剛度比值。故新舊結(jié)構(gòu)體系可依據(jù)相對(duì)剛度大小分解為基本部分和附屬部分，以分開計(jì)算其內(nèi)力，如分為主梁與次梁、主跨與副跨，并注意略去結(jié)構(gòu)的次要變形，從而得到較簡(jiǎn)明的力學(xué)圖式。
四、改橋?yàn)楹庸谭?br />
對(duì)于跨徑較小的橋梁，在不影響通航和排洪能力的情況下，可采用改橋?yàn)楹姆椒ㄟM(jìn)行加固，如圖2-19所示。涵洞的形式可采用圓管涵、拱涵等形式，因構(gòu)造簡(jiǎn)單。這里就不一一贅述了。
圖2-19改梁為涵的構(gòu)造示意
第三章 拱橋加固與改造
第一節(jié) 拱橋加固與改造的基本原理
一、拱橋基本力學(xué)圖式
拱橋的基本力學(xué)圖式，如圖3-1所示。拱式橋梁在荷載(恒載、活載)作用下，除了承受荷載產(chǎn)生的軸向壓力外，還承受荷載對(duì)其產(chǎn)生的彎矩和剪力，由于剪力影響相對(duì)較小，所以拱式結(jié)構(gòu)是以壓彎構(gòu)件作為承重結(jié)構(gòu)。根據(jù)材料力學(xué)的基本原理，其計(jì)算式為：
式中：σ——主拱截面拉(壓)應(yīng)力；
N——主拱截面軸向力；
A——主拱圈截面面積；
M——主拱截面彎矩；
W——主拱圈截面抗彎幾何彈性模量。
由此可見，拱式橋梁主拱圈結(jié)構(gòu)受力狀況由三個(gè)要素決定，即荷載(活載、恒載)作用產(chǎn)生的內(nèi)力(軸力、彎矩)、主拱圈截面的面積和抗彎慣性矩或幾何抗彎彈性模量，以及主拱圈材料的自身強(qiáng)度。當(dāng)車輛荷載增加、超限、超載車輛行駛，對(duì)橋梁引起的內(nèi)力超過(guò)主拱圈材料強(qiáng)度的允許范圍時(shí)，勢(shì)必造成主拱圈受拉部位開裂、破損，承受力下降，成為危橋，或者隨著運(yùn)營(yíng)年限增加，各種因素作用導(dǎo)致材料性能惡化、強(qiáng)度降低，也將造成原橋承載力下降，開裂破損成為危橋。
二、加固基本原理
盡管目前橋梁加固方法和技術(shù)“百花齊放”，方法很多，但歸納起來(lái)不外乎屬于從外因和內(nèi)因兩個(gè)角度對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。
1.從外因角度是通過(guò)結(jié)構(gòu)的性能改變提高主拱圈的承載力
?。?）增大主拱圈截面面積
對(duì)主拱圈采用噴射混凝土、現(xiàn)澆混凝土、外包混凝土等加固方法，都是屬于此類加固技術(shù)和方法。從式(3-1)可知，采用增大主拱圈截面的方法加固，其目的是當(dāng)荷載等級(jí)不變的前提下，減小主拱圈截面承受的拉應(yīng)力，當(dāng)荷載等級(jí)增加時(shí)，保持或適當(dāng)減少主拱圈截面承受的拉應(yīng)力，保持在主拱圈材料性能承受范圍內(nèi)，即σ<[σ]，從而達(dá)到加固主拱圈、提高承載力的目的。
?。?）增加拱圈的強(qiáng)度
對(duì)主拱圈采用環(huán)氧樹脂砂漿(膠漿)粘貼鋼板、鋼筋、玻璃鋼、碳纖維布、芳綸纖維布等高強(qiáng)度材料，增加主拱圈的強(qiáng)度都是屬于此類加固方法和技術(shù)。從式(3-1)可知，采用增加主拱圈強(qiáng)度的方法加固，其目的是當(dāng)荷載等級(jí)不變或荷載等級(jí)增加時(shí)，增加主拱圈的強(qiáng)度，使荷載對(duì)主拱圈產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于補(bǔ)強(qiáng)材料的強(qiáng)度，即σ<[σ]，從而達(dá)到加固主拱圈，提高承載力的目的。
2.從內(nèi)因角度就是采用改變結(jié)構(gòu)體系、減輕拱上建筑恒載重量提高主拱圈的承載力。
?。?）改變結(jié)構(gòu)體系，減小主拱圈的內(nèi)力
采用梁拱結(jié)合共同受力的方式，或?qū)⒃瓨蛑亓κ焦吧辖ㄖ淖優(yōu)檩p型的桁架或剛架，減輕主拱圈承受的恒載重量、減小主拱圈承受恒載內(nèi)力，根據(jù)式(3-1)可知，從而減小了拱圈承受的拉力，既σ<[σ]，從而與上述加固的方法一樣，可以達(dá)到加固主拱圈、提高承載能力的目的。
?。?）減輕拱上建筑恒載重量，減小主拱圈的內(nèi)力
采用減輕橋面系自重和減輕拱上建筑自重，減小主拱圈承受的恒載內(nèi)力，也可以達(dá)到減小主拱圈承受的拉應(yīng)力，達(dá)到加固主拱圈，提高承載力的目的。
綜上所述，無(wú)論采用何種加固方法和加固技術(shù)，無(wú)論采取改變主拱圈外部條件或改變橋梁自身狀況，調(diào)整主拱圈承受內(nèi)力的途徑，基本原理都是為了減小主拱圈承受拉應(yīng)力。對(duì)于抗壓性能極好的圬工或鋼筋混凝土拱橋，減小了主拱圈的拉應(yīng)力，也就意味著提高了主拱圈既原橋的承載能力，殊途同歸而已。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，將還有更多的橋梁加固新材料、新技術(shù)不斷的涌現(xiàn)和問(wèn)世，促進(jìn)橋梁維修、養(yǎng)護(hù)、加固和技術(shù)改造。
第二節(jié) 增大主拱截面加固方法與技術(shù)
當(dāng)主拱圈承重構(gòu)件的斷面不足，或施工質(zhì)量不佳，或墩臺(tái)地基沉降，或橋梁長(zhǎng)期超載運(yùn)營(yíng)等原因引起開裂、變形時(shí)，一般可采用增加主拱截面的方法加固。最常用的方法是：用鋼纖維混凝土、鋼筋混凝土、鋼筋鋼纖維混凝土，或鋼筋鋼絲網(wǎng)鋼纖維混凝土(簡(jiǎn)稱三鋼混凝土)加大主拱圈的厚度，亦可用鋼筋混凝土外包石拱橋、雙曲拱橋的拱肋截面，或在雙曲拱肋波背部加蓋鋼筋混凝土倒槽形板，或用預(yù)制拱肋加固桁架拱等。
一、拱圈加固厚度擬定
加筑新拱圈以前，要對(duì)需要新加拱圈厚度進(jìn)行估算。其厚度一般根據(jù)原有拱圈的厚度及使用情況，加上橋梁荷載等級(jí)所需厚度進(jìn)行綜合考慮后決定，即把所需厚度減去原有拱圈厚度，再加上安全厚度(由原橋使用情況決定)，最后就得出新加拱圈的厚度。由荷載等級(jí)確定的拱圈厚度，除可參考有關(guān)設(shè)計(jì)資料外，根據(jù)多年大量修建的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可按以下幾種情況，分別用下列經(jīng)驗(yàn)公式估算。
1.中、小跨徑的石拱橋，拱圈厚度可按式(3．2)估算：
(3-2)
式中：Lo——拱圈凈跨徑(cm)；
d——拱圈厚度(em)；
m——系數(shù)，一般為4．5-6，取用m值時(shí)隨矢跨比的減小而增大；
k——荷載系數(shù)，對(duì)于汽車—15級(jí)k=1．1；汽車—20級(jí)k=1．2；汽車—超20級(jí)k=1．35。
2．大跨徑石拱橋，拱圈厚度用式(3-3)估算：
等截面拱：
(3-3)
式中：d——拱圈厚度(m)；
Lo——拱圈凈跨徑(m)；
m1——系數(shù)，一般為0．016—0．020，跨徑越大，所用系數(shù)愈大；
k——荷載系數(shù)，同前。
變截面拱：
拱頂厚度：
(3—4)
拱腳厚度：
式中：dd、dj——拱圈的拱頂、拱頂厚度(m)；
Lo——拱圈凈跨徑(m)；
m2-一系數(shù)，一般為0．13—0．17，跨徑越大，所用系數(shù)越大；
k——荷載系數(shù)，同前；
c——與拱厚系數(shù)n有關(guān)的系數(shù)(n值可查有關(guān)手冊(cè)求得)。
N=0.6時(shí)，c=1.3—1.4；n=0.5時(shí)，c=1.4-1.5；n=0.4時(shí)，c=1.5。
混凝土預(yù)制塊砌筑的實(shí)體板拱，拱圈厚度可參考上述估算公式算出，然后適當(dāng)減小10-15％。對(duì)于預(yù)制混凝土空心箱拱圈的厚度可按式(3-5)估算；
(3-5)
式中：d——拱圈厚度(cm)
Lo——拱圈凈跨徑(cm)。
式(3-5)是從荷載等級(jí)為汽—10級(jí)的已建成箱拱橋的統(tǒng)計(jì)資料中總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)公式，使用時(shí)應(yīng)視具體情況作適當(dāng)增減。此外，適用于荷載等級(jí)為汽車—10級(jí)的磚、石拱橋拱圈厚度，見表3-1和表3-2。
磚拱橋拱圈厚度(汽車—10級(jí)) 表3-1
續(xù)上表
注：本表適用于等截面圓弧拱。
石拱橋拱圈厚度(cm)(汽車—10級(jí)) 表3-2
注：本表適用于中小跨徑石拱橋，表內(nèi)拱圈厚度系數(shù)按前述
公式計(jì)算所得。
3.鋼筋混凝土箱形拱橋，拱圈高度由式(3-6)估算：
(3—6)
式中：Lo——拱圈凈跨徑(m)；
H——拱圈高度(m)；
K——荷載系數(shù)，對(duì)于汽車20級(jí)，K=1.05，汽車超20級(jí)，K=1.15。
4.雙曲拱橋，拱圈高度由下式估算：
(3—7)
式中：Lo——拱圈凈跨徑(cm)；
H——主拱圈拱板頂至拱肋底的高度(cm)；通常情況下取小值；當(dāng)拱肋中距大于2m或拱圈矢跨比小于1／10時(shí)取后者；
K——荷載系數(shù)，對(duì)于汽車20級(jí)，K=1.5，汽車超20級(jí)，尺=1.8-2.0。
對(duì)于其他形式的拱橋，主拱圈高度均可參照交通部相關(guān)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的主拱圈估算高度作為參考，供加固設(shè)計(jì)試算采用。
二、主拱圈下緣增大截面加固法
實(shí)腹式拱橋存在實(shí)腹段，而拱頂截面承載力不足時(shí)，如果采取拆除拱上實(shí)腹部分加固主拱圈拱背難度大，費(fèi)工、費(fèi)時(shí)，工程費(fèi)用高，又要中斷交通，在橋下凈空容許、或根據(jù)水文資料，橋下泄水面積容許縮小時(shí)，可在原拱圈下面噴射鋼筋網(wǎng)混凝土或緊貼原拱圈下面澆注鋼筋混凝土新拱圈。
1.鋼筋網(wǎng)混凝土拱圈內(nèi)壁噴固法
在主拱圈拱腹，按一定間距鉆孔設(shè)置錨桿，再在錨桿上焊接或綁扎鋼筋網(wǎng)，然后噴射混凝土加固。噴射混凝土的厚度，按結(jié)構(gòu)受力需要確定，如圖3-2所示。
目前，通常采用的錨桿為高強(qiáng)膨脹錨栓，在條件受限，沒(méi)有膨脹錨栓時(shí)，亦可采用傳統(tǒng)的鋼筋砂漿錨桿或鍥縫式金屬錨桿，如圖3-3所示。
圖3-2噴射混凝土加固 圖3-3錨桿構(gòu)造圖a)鋼筋砂漿錨桿b)楔縫式金屬錨桿
但灌漿錨桿由于需要灌漿施工存在一定難度，并缺乏足夠的剪切力，盡管國(guó)外在改進(jìn)材料的基礎(chǔ)上又發(fā)展了聚脂樹脂錨桿，樹脂易裝入孔內(nèi)，最終剪切強(qiáng)度在樹脂和引發(fā)劑在孔內(nèi)混合后不久即可達(dá)到，錨固力比普通錨桿大1.7—3.0倍，但始終不如自錨式膨脹錨栓方便、可靠。膨脹錨栓錨固效果最佳的是后置式自切底錨栓HDA，如沒(méi)有采用普通高強(qiáng)膨脹錨栓，其效果不如后置式自切底錨栓。
噴錨加固施工工藝如下：
（1）先去除剝落、松散的表層，并用水沖冼干凈。若有裂縫存在，可采用修補(bǔ)裂縫方法，先對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)和處治。
(2)鉆錨桿孔、安裝錨桿、布設(shè)鋼筋網(wǎng)。按照提高承載能力的需要，在主拱下緣布設(shè)鋼筋網(wǎng)。通常是按一定間距設(shè)置錨栓，將鋼筋沿橋的縱橫方向焊接到錨栓上，構(gòu)成鋼筋骨架，鋼筋網(wǎng)的作用在于承受拉應(yīng)力，提高噴護(hù)層強(qiáng)度，傳遞溫度應(yīng)力，減少收縮裂紋，加強(qiáng)噴射混凝土的整體性等。
?。?）噴射混凝土。噴射混凝土層的厚度根據(jù)設(shè)計(jì)需要確定，每次噴護(hù)厚度不宜超過(guò)5—8cm。若需加厚，應(yīng)反復(fù)多噴幾次。受噴混凝土?xí)r間應(yīng)視水泥品種、施工時(shí)間的氣溫和速凝劑摻量等因素而定。
加固實(shí)例l：
昆明鐵路局管段橋、祿豐村橋及糯租橋等三座米軌鐵路橋均為石拱橋。其中，一座2孔—8m橋，建于20世紀(jì)30年代，原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)較低，砌石間的粘結(jié)物，為粘結(jié)力很低的燒紅土白灰砂漿，拱背未鋪防水層。1972年改為米軌后，因列車荷載增大，地震頻繁，橋身出現(xiàn)輕微裂縫，且處于發(fā)展中。另兩座(祿豐村橋及糯租橋)均為51.1m格式鋼桁架橋的引橋，均為2孔—10m，建于上世紀(jì)初，原設(shè)計(jì)等級(jí)較低，施工質(zhì)量差。由于列車荷載增大，裂縫及漏水現(xiàn)象嚴(yán)重。其順橋向裂縫(祿豐村橋的裂縫長(zhǎng)1.2—2.5m，寬2mm)，有使拱圈縱向分離的危險(xiǎn)，側(cè)墻裂縫(祿豐村橋裂縫長(zhǎng)1.0—10.Om，寬1—2mm)，也可能導(dǎo)致倒塌。為此三座橋均于1977年-1979年間采用噴錨技術(shù)加固。
加固方法是在拱圈腹面網(wǎng)噴，側(cè)墻外側(cè)錨桿網(wǎng)噴，拱背加鋪防水層，全橋石砌圬工壓注水泥砂漿補(bǔ)強(qiáng)，如圖3-4所示。
C20混凝土的噴層厚度：拱圈0.12-0.15m，側(cè)墻0.10m，噴漿時(shí)分層噴射，每次噴層厚度約5cm，兩次間隔20—30min。為縮短初凝時(shí)間，提高早期強(qiáng)度，摻以3％-4％含量的紅星—1型速凝劑。
圖3-4噴錨混凝土加固管段等鐵路橋示意圖
噴層中夾有鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸30cmX30cm，拱圈縱向主筋¢19mm，橫筋及側(cè)墻鋼筋¢12mm。施工時(shí)先在拱圈和側(cè)墻圬工砌縫內(nèi)按0.8-1.Om左右間距布置長(zhǎng)約40cm的¢19mm釬釘，然后掛網(wǎng)。
為加強(qiáng)側(cè)墻整體性，在帽石下布設(shè)穿過(guò)側(cè)墻，并貫通拱背的橫向鋼拉桿，以?shī)A緊上下游的側(cè)墻。拉桿規(guī)格及數(shù)量以祿豐村橋?yàn)槔?，?.5-2.Om的間距布設(shè)¢28mm兩端帶有螺帽的鋼拉桿。
加固費(fèi)用每孔約1.3-1.5萬(wàn)元，480—550工日，水泥13-15t，鋼材2.50-3．20t，木材1.50—2.50m3。加固兩年后檢查，混凝土噴層與原圬工砌體結(jié)合良好，無(wú)脫離現(xiàn)象或裂縫。
加固實(shí)例2：
香屯大橋位于江西省樂(lè)平至德興公路上，距德興市7km，跨越樂(lè)安河。1967年由江西省公路局進(jìn)行勘測(cè)設(shè)計(jì)，1968年6月開始施工，1969年8月竣工。
大橋設(shè)計(jì)荷載原為汽一13、拖---60，橋面凈寬為凈—7+2X0.25m，上部構(gòu)造為5孔—45m的雙曲拱，矢跨比1／6，橫向6肋5波，下部構(gòu)造為重力式實(shí)體橋墩和加后座的U形橋臺(tái)。除德興橋臺(tái)置于密實(shí)卵石層外，其于墩臺(tái)均建于干枚巖基巖上。
大橋位于樂(lè)平至德興干線公路上，交通繁忙。在距大橋20余公里處，建有德興銅礦，該橋成為銅礦與樂(lè)平及香屯火車站聯(lián)系的必經(jīng)之路。隨著銅礦規(guī)模擴(kuò)大，通過(guò)大橋的交通量與日俱增，至1988年月平均交通量已突破2000輛／晝夜，最高峰達(dá)2247輛／晝夜。過(guò)橋車輛中60％屬銅礦車輛，最大噸位超過(guò)50t。隨著運(yùn)營(yíng)年限增加，大橋各孔中波從拱頂?shù)腖／4均產(chǎn)生縱向裂縫，第5孔兩拱腳之間也出現(xiàn)縱向裂縫，最大裂縫寬度約0.4mm。并在波肋連接處普遍有裂縫，各孔拱肋均有橫向裂縫，尤以第1、5孔比較集中，多發(fā)生在拱頂前后lorn左右范圍內(nèi)。拱軸線普遍下沉，拱頂下沉5-18cm，L／4截面下沉0-9cm，上下游下沉點(diǎn)也不一致。腹拱、立墻、墩臺(tái)及橋面均存在不同程度病害。
經(jīng)分析研究后，針對(duì)大橋主拱圈受力大，裂縫多的缺陷，采用拱肋及拱波部分外包鋼筋網(wǎng)并噴射C25厚6cm混凝土加固拱圈截面，以提高各孔的整體剛度和承載力。錨固鋼筋插入深度必須大于8cm，焊接長(zhǎng)度不小于12cm，噴射混凝土按先拱腳后拱頂順序進(jìn)行，并加強(qiáng)對(duì)已噴混凝土養(yǎng)生。拱波上較大裂縫用鋼扒釘卡緊，然后將縫鑿成“∧”形槽，填塞M12號(hào)砂漿。為使拱腳應(yīng)力減小，在每跨拱腳至第二腹拱的主拱圈拱背現(xiàn)澆C30鋼筋混凝土、厚lOcm，其余部位病害亦分別進(jìn)行了處治。
加固后，經(jīng)荷載試驗(yàn)鑒定，完全達(dá)到汽超一20、掛一120使用標(biāo)準(zhǔn)。加固費(fèi)用為246萬(wàn)元，為重建新橋的19.02％，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
2.鋼筋混凝土拱圈加固
具體做法與上述噴固法相似，在采用如上清理和維修處理措施后，再在原拱圈下綁扎鋼筋網(wǎng)，并在正確位置上固定后，搭架、支模、用泵送混凝土澆筑一層鋼筋混凝土新拱圈，如圖3-5所示，應(yīng)特別注意新舊拱圈的密切結(jié)合，通常應(yīng)在混凝土中摻加一定膨脹劑，并加強(qiáng)濕法養(yǎng)生，冬季并應(yīng)做好防凍保溫工作。
圖3-5拱下新加一層鋼筋混凝土拱圈加固法
三、主拱上緣增大截面加固法
1．局部增大截面加固法
絕大多數(shù)無(wú)鉸拱橋主拱圈的拱腳是荷載作用下內(nèi)力最大的控制截面，按照結(jié)構(gòu)受力的需要，無(wú)鉸拱的主拱圈本應(yīng)設(shè)計(jì)為變截面形式，但施工難度較大，為了方便施工，我國(guó)的絕大多數(shù)拱橋都是以拱腳為控制截面，采用等截面形式。因此一般情況下，荷載作用下除拱腳外，其他截面都有不同程度富余，病害也多發(fā)生在拱腳截面附近?；谏鲜鲈颍瑢?duì)絕大多數(shù)大、中跨徑空腹式拱橋，為了方便施工，減少加固費(fèi)用，通?？刹捎迷谥鞴叭ι暇壘植吭龃笾鞴叭孛娴募庸谭椒?，提高原橋的承載能力，如圖3-6所示。其施工要點(diǎn)如下：
圖3-6拱橋局部加大主拱圈截面圖
?。?）清除主拱圈拱背上面的浮渣和風(fēng)化層，鑿毛、沖洗干凈。
（2）按一定間距鉆孔，灌環(huán)氧樹脂膠漿，植入錨固鋼筋，布設(shè)鋼筋網(wǎng)。鋼筋的直徑根據(jù)結(jié)構(gòu)受力需要確定，最小直徑應(yīng)不小于¢12mm。
?。?）澆筑混凝土，混凝土強(qiáng)度不得低于C30。一般情況下可采用普通混凝土，當(dāng)拉應(yīng)力較大時(shí)，或大跨徑拱橋應(yīng)采用鋼纖維混凝土澆筑，以提高承受拉應(yīng)力的能力；必要時(shí)，還可在鋼筋網(wǎng)上鋪設(shè)高強(qiáng)鋼絲網(wǎng)，采用鋼筋、鋼絲網(wǎng)、鋼纖維復(fù)合增強(qiáng)混凝土，亦稱三鋼混凝土，增強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)法的結(jié)構(gòu)性能，提高原橋的承載能力。
加固實(shí)例1：
重慶市梁平縣七間橋，建于1987年，為單孔一25m空腹式石拱橋，原設(shè)計(jì)荷載為汽--20、掛一100，為適應(yīng)重慶市重點(diǎn)工程項(xiàng)目，運(yùn)輸開縣白鶴電廠重240t的發(fā)電機(jī)設(shè)備，需要通過(guò)該橋，為此2003年5月對(duì)該橋進(jìn)行了加固：在主拱圈空腹段拱背，從拱腳向L／4變截面澆筑10—20cmC40鋼纖維混凝土，拱腹用環(huán)氧砂漿粘貼雙層0.6mm鋼板。加固后，運(yùn)輸白鶴電廠的三大件重型設(shè)備，都全部安全地通過(guò)了該橋，橋況良好，未對(duì)橋梁造成任何損傷，大幅度提高了七間橋的承載能力。
加固實(shí)例2：
重慶市江津游渡河大橋，凈跨lOOm、矢跨比1／9、全長(zhǎng)151m、雙肋單波石拱橋，是我國(guó)早期修建的最大跨徑的雙曲石拱橋，橋面凈寬7.5m，原設(shè)計(jì)荷載為汽一15、掛一80，1973年建成通車。
因在主拱圈砌筑期間，山洪突發(fā)，洪水沖跨拱架，主拱圈受到劇烈震動(dòng)，拱頂驟降14cm大雨，大橋竣工時(shí)，拱頂下沉值達(dá)到56.9cm，造成拱腳區(qū)段嚴(yán)重開裂，竣工驗(yàn)收時(shí)鑒定為危橋，建議觀測(cè)使用。1985年對(duì)該橋采取拱腳1lm范圍內(nèi)噴錨混凝土加固，增大截面面積，加固拱腳截面，在實(shí)腹段兩側(cè)40m范圍內(nèi)拆除石欄桿，換成鋼管欄桿，減輕恒載重量26.5t的措施，恢復(fù)了原橋的承載能力，經(jīng)荷載試驗(yàn)達(dá)到原設(shè)計(jì)能力汽一15、掛一80的荷載等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。隨著交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展和四面山國(guó)家級(jí)風(fēng)景區(qū)開發(fā)建設(shè)的需要，原橋荷載等級(jí)已不能適應(yīng)交通發(fā)展的需要。2004年5月，對(duì)該橋采用了在拱背空腹段澆筑三鋼混凝土，增大主拱腳截面的加固措施，將承載能力提高為汽一20、掛一lOO，經(jīng)荷載試驗(yàn)我運(yùn)營(yíng)實(shí)踐，效果良好。
2.全拱加固法
早期修建的石拱橋，由于承載能力與現(xiàn)行車輛荷載差距大，除拱腳外，還有多個(gè)其他截面不能滿足結(jié)構(gòu)受力要求，特別是承壓面積不足，軸向力已接近或超過(guò)規(guī)范限值，采用局部增大截面法已不能滿足要求，為了提高承載能力，在對(duì)拱圈缺陷和病害進(jìn)行處治，恢復(fù)其固有承載能力的同時(shí)，可采取拆除拱上建筑，在主拱圈上面全拱澆筑一層鋼筋混凝土，以增大截面的方法進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，并采用輕型梁式拱上建筑，取代實(shí)腹拱或拱式重力式腹拱，提高了綜合承載能力，如圖3-7所示。
其施工工藝如下：
圖3-7 拱橋全拱增大截面圖
（1）如原拱圈有損壞，應(yīng)先采取噴護(hù)法、粘貼法等技術(shù)對(duì)主拱圈進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，恢復(fù)原橋承載能力。
?。?）對(duì)稱、均衡、分步拆除原橋拱上建筑。需要強(qiáng)調(diào)的是，拆除拱上建筑時(shí)，只能從兩拱腳對(duì)稱向跨中進(jìn)行，并保留拱頂一定范圍內(nèi)的填料，直到兩側(cè)拆除完畢后才最后拆除，以防止主拱“冒頂”，造成主拱圈開裂，甚至坍塌。
?。?）按前述局部增大截面法澆筑鋼筋混凝土加固層。澆筑鋼筋混凝土加固層，亦應(yīng)按照對(duì)稱、均衡加載原則進(jìn)行。
（4）對(duì)稱、均衡砌筑拱上建筑和橋面系。
全拱加固法，需預(yù)先設(shè)計(jì)好加固卸載、加載程序，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)規(guī)定程序進(jìn)行施工。施工繁瑣、難度大、工程造價(jià)高，需較長(zhǎng)時(shí)間中斷交通，通常較少采用。
第三節(jié) 粘貼加固方法與技術(shù)
在荷載作用下，主拱圈產(chǎn)生拉應(yīng)力，如果超過(guò)其承受限度時(shí)，將導(dǎo)致主拱圈開裂、破損，喪失承載力，甚至坍塌；除了前述可以通過(guò)增大截面法減小主拱圈承受的拉應(yīng)力，提高原橋承載力的途徑外，還可采用環(huán)氧砂漿在主拱圈的受拉區(qū)段粘貼鋼板鋼筋，或用環(huán)氧膠漿粘貼玻璃纖維布(玻璃鋼)、碳纖維布、芳綸纖維布等高強(qiáng)材料，增加主拱圈的強(qiáng)度，提高橋梁的承載力。
一、環(huán)氧砂漿粘貼鋼板或鋼筋加固法．
1.粘貼鋼板補(bǔ)強(qiáng)法
一般設(shè)在主拱圈的受拉部位，可按主拱圈受拉開裂強(qiáng)度估算補(bǔ)強(qiáng)鋼板(或鋼筋)的配置數(shù)量，補(bǔ)強(qiáng)范圍宜沿整個(gè)負(fù)彎矩區(qū)或正彎矩區(qū)導(dǎo)致截面出現(xiàn)拉應(yīng)力的范圍，并向外延伸l-2m。粘貼的鋼板厚度，一般宜采用4-6mm，為便于鋼板沿拱腹線成型，鋼板不宜太長(zhǎng)，可分段粘貼，每段長(zhǎng)度1.2—1.5m，接頭處搭接鋼板或錨縫。鋼板在工廠按設(shè)計(jì)要求加工成型，并沿粘貼面設(shè)置一定數(shù)量的膨脹錨栓，在環(huán)氧砂漿初凝前對(duì)鋼板加壓和固定，保證鋼板與拱圈的粘貼效果；環(huán)氧砂漿固結(jié)后增強(qiáng)鋼板與拱圈的粘貼面的抗剪能力。粘貼基面的處理和粘貼工藝與梁橋的施工方法基本相同，可參照前述施工方法進(jìn)行施工。
粘貼鋼板對(duì)石拱橋、鋼筋混凝土拱橋等各類橋型的拱式橋梁均適用，由于其強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原拱圈基材的強(qiáng)度，粘貼面的大小可根據(jù)結(jié)構(gòu)受力狀況全拱圈寬度粘貼，亦可間隔分肋粘貼，如圖3-8所示。
此法是拱橋中較常采用的加固方法，它不僅加固了拱圈，而且將原有開裂的拱連在一起，也利于橋梁排水。加固時(shí)，加筑部分新拱圈厚度，可按上面所述方法擬定。原拱圈如有損壞，應(yīng)先用噴注高強(qiáng)度水泥砂漿等方法修理后再砌新拱圈，在考慮加厚拱圈時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮墩臺(tái)受力是否安全可靠等因素。當(dāng)多孔石拱橋需全部加新拱圈時(shí)，拆除拱上填料時(shí)，須特別注意保持兩邊對(duì)稱、同時(shí)進(jìn)行，以確保連拱作用的均勻受力。
粘貼鋼筋通常僅用于鋼筋混凝土拱橋主拱圈(肋)的加固補(bǔ)強(qiáng)。施工時(shí)應(yīng)先鑿開原拱圈(肋)的保護(hù)層，露出主筋，根據(jù)結(jié)構(gòu)受力需要將補(bǔ)強(qiáng)鋼筋用環(huán)氧砂漿粘貼到原拱圈(肋)的主筋上，然后用環(huán)氧砂漿或高強(qiáng)砂漿進(jìn)行封閉，恢復(fù)原保護(hù)法。用砂漿恢復(fù)保護(hù)法應(yīng)在補(bǔ)強(qiáng)鋼筋外側(cè)加一層鋼筋網(wǎng)，以防止砂漿開裂，造成鋼筋銹蝕，如圖3-9所示。
圖3-8粘貼鋼板平面示意圖 圖3-9環(huán)氧砂漿粘貼鋼筋加固拱肋示意圖
2．加固實(shí)例
加固實(shí)例l：
廣東省官汕線三多齊橋?yàn)?孔一25.85m，矢跨比1／5無(wú)筋雙曲拱橋，橋面凈寬為7m，設(shè)計(jì)荷載為汽一13、拖--60，1966年建成。施工時(shí)，初期就在拱頂左右1—2m范圍內(nèi)出現(xiàn)了裂縫，通車后裂縫不斷擴(kuò)展，縫寬由原來(lái)的0.50mm發(fā)展到2—5mm，深度幾乎貫通整個(gè)拱圈厚度；側(cè)墻與拱圈分離，豎向開裂，已成為危橋。于1972年8月封閉了交通。
1973年采用環(huán)氧樹脂粘貼法進(jìn)行加固。加固方法是：在拱頂兩側(cè)各3-4m的范圍內(nèi)，采用厚4mm，寬240mm的鋼板，用環(huán)氧樹脂砂漿分段粘貼。每段鋼板長(zhǎng)1．5m，鋼板接頭與分裂縫位置錯(cuò)開，接頭處設(shè)置長(zhǎng)500mm的搭接鋼板。粘貼前先用環(huán)氧樹脂漿液灌注裂縫，對(duì)裂縫進(jìn)行灌漿處理。
加固后，用汽一13荷載進(jìn)行加載試驗(yàn)，拱肋未出現(xiàn)新的裂縫，經(jīng)灌漿處理的裂縫亦未再加大。鋼板與混凝土粘接良好，共同受力。拱頂撓度為0．23-0．74mm，墩臺(tái)水平位移0.62mm，卸載后變位均有不同程度的恢復(fù)。1977年6月檢查，發(fā)現(xiàn)在鋼板端部及其附近又有新的裂縫出現(xiàn)，但不影響橋梁的使用。加固費(fèi)用為5000元，用鋼板1.60t，環(huán)氧樹脂190kg。
加固實(shí)例2：
重慶市開縣黃家灣橋?yàn)?孔一13m，矢跨比1／2的石拱橋，橋面凈寬7m，是清朝道光年間修建的古為今用的老石拱橋，主拱圈厚寬為60cm，用糯米石灰漿砌筑，石料強(qiáng)度為50號(hào)，運(yùn)營(yíng)上百年后有三跨主拱圈下緣出現(xiàn)多處縱向貫穿性裂縫，成為危橋。由于重慶市開縣白鶴電廠運(yùn)送發(fā)電機(jī)等重型設(shè)備，荷載重量達(dá)到240t左右，需通過(guò)該橋，2003年5月28日采用環(huán)氧砂漿粘貼鋼板進(jìn)行了加固。
加固方法是：在全拱圈范圍內(nèi)，用兩層6條寬1m，厚0.6mm的鋼板采用環(huán)氧砂漿分段分層粘貼加固，每段鋼板長(zhǎng)1.2m，設(shè)計(jì)采用了少量異形鋼板，讓每條鋼板肋的鋼板接縫位置錯(cuò)開，第二層鋼板與第一層鋼板錯(cuò)開粘貼。粘貼鋼板前先用環(huán)氧膠漿灌注裂縫，對(duì)裂縫進(jìn)行封閉處理后，再粘貼鋼板補(bǔ)強(qiáng)。
加固后20天，6月18日運(yùn)送白鶴電廠240t重發(fā)電機(jī)定子、鍋爐和變壓器的三輛平板拖車及車隊(duì)，順利通過(guò)了黃家灣橋，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和觀察未出現(xiàn)任何異常情況和病害，加固效果良好。
加固實(shí)例3：
廣西平山橋?yàn)?孔一lOm無(wú)筋雙曲拱橋。該橋無(wú)設(shè)計(jì)資料，估計(jì)載重標(biāo)準(zhǔn)為汽一13、拖一60。加固前各孔拱肋在L／2、L／4、3／8L處均出現(xiàn)沿拱肋高度貫穿的徑向裂縫，其寬度達(dá)0．2-1．2mm，拱肋與拱波銜接處有不同程度的環(huán)形裂縫。產(chǎn)生裂縫的原因是多方面的，主要有：建橋初期基礎(chǔ)下沉引起拱圈位移，施工質(zhì)量不好以及超載通行等。
該橋采用環(huán)氧樹脂粘貼鋼筋加固拱肋。在拱肋底面涂20mm厚的環(huán)氧樹脂砂漿，包裹7根¢8mm的小鋼筋，形成補(bǔ)強(qiáng)層。補(bǔ)強(qiáng)范圍在兩端L／8之間。加固前后用兩列汽車荷載進(jìn)行試驗(yàn)。加固前加載至13t時(shí)，拱頂截面拱肋下緣拉應(yīng)力超出容許值。加固后加載至16.9t時(shí)，各部應(yīng)力均未超過(guò)容許值，拱頂撓度比加固前減少27％。試驗(yàn)結(jié)果表明，加固后拱圈的截面強(qiáng)度和剛度都有所提高，滿足了汽一13級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)的要求。加固后經(jīng)過(guò)兩年多的觀察，受力情況良好。
加固實(shí)例4：
廣西宜山龍口橋?yàn)?孔—(3X55m+1X15m)雙曲拱橋，橋面凈寬7+2X1.25m人行道，設(shè)計(jì)荷載為汽—13、拖—60，1971年7月建成。
通車不久即陸續(xù)發(fā)現(xiàn)各腹拱的波、肋、拉桿及拱座開裂；1976年12月至1977年2月期間，六次通行50—60t重型機(jī)械及38t吊車后，裂縫增多、加大。至1981年初，部分裂縫寬度已擴(kuò)展到3mm，橋面混凝土鋪裝層也出現(xiàn)裂縫，腹拱嚴(yán)重漏水。但各孔主拱的肋、波均無(wú)裂縫。病害的原因主要是腹拱的施工質(zhì)量較差及拉桿強(qiáng)度不足。
1981年對(duì)該橋進(jìn)行了加固。其方法是：用粘貼鋼筋加固腹拱拱波，恢復(fù)并加強(qiáng)腹拱橫向聯(lián)系。由于主腹拱拱波大部分都有順橋向的縱向裂縫，故先將裂縫鑿成3-4cm寬的V形槽，在縫兩側(cè)用電鉆打眼，然后用￠6mm鋼筋彎成螞釘形扣緊，每隔25cm扣一眼，再澆一層厚3cm的環(huán)氧樹脂水泥砂漿。副腹拱(主腹拱上對(duì)應(yīng)橫墻頂部的疊腹拱)大部分在拱頂或其附近產(chǎn)生橫橋向貫通裂縫。為加強(qiáng)拱的橫向聯(lián)系及整體性，在拱頂?shù)撞空迟N6¢12mm鋼筋，再澆一層厚3cm的環(huán)氧樹脂水泥砂漿。同時(shí)為加強(qiáng)腹拱的橫向聯(lián)系，在腹拱原套筒拉桿間增設(shè)橫向拉桿。其做法是：用三根按要求加工好的螺紋¢22mm鋼筋，從腹拱上下游兩側(cè)穿人7根拱肋，采用二肋一組連接，組間通過(guò)鋼筋拉桿中設(shè)置的對(duì)開螺帽連接，并夾緊拱肋，穿人拱肋之間的二根鋼筋，在居中一組拱肋中用法蘭螺帽收緊，然后用電焊將各螺帽固定在鋼筋上，再立模現(xiàn)澆C20混凝土，形成16cmXl6cm斷面之新拉桿。將已斷裂的舊拉桿套筒混凝土清除并重新澆筑。
該橋加固工期為6個(gè)月，加固費(fèi)用79000元，材料用量：水泥8.2t、環(huán)氧樹脂2.96t，投勞動(dòng)力5200工日。加固后曾通過(guò)31t重車120多次，補(bǔ)強(qiáng)的各部位均未發(fā)現(xiàn)開裂。
二、環(huán)氧膠漿粘貼玻璃纖維布(玻璃鋼)、碳纖維布、芳綸纖維布加固法
目前，國(guó)內(nèi)外用環(huán)氧膠漿粘貼玻璃鋼、碳纖維布，芳綸纖維布等加固技術(shù)大都用于梁橋加固補(bǔ)強(qiáng)，用于加固拱橋的加固實(shí)例還不多，但是，據(jù)采用了該技術(shù)加固鋼筋混凝土拱橋，特別是加固雙曲拱橋的工程實(shí)例來(lái)看，仍不失為一種較好的加固方法。對(duì)主拱圈下緣拉應(yīng)力較大的部位用環(huán)氧膠漿粘貼玻璃鋼、碳纖維布、芳綸纖維布等輕質(zhì)高強(qiáng)材料不僅施工方便，而且加固效果也十分顯著。其施工工藝與梁橋基本相同，但由于結(jié)構(gòu)不同，受力特性不一樣，故加固的部位也不相同。因此，對(duì)鋼筋混凝土各類拱橋采用上述材料進(jìn)行加固時(shí)，應(yīng)根據(jù)橋梁的具體缺陷和病害，確定具體的加固部位，制定切實(shí)可行的加固方案。
加固實(shí)例1：
廣東省海南島九曲江大橋?yàn)閱慰?mdash;50.40m雙曲拱橋，橋面凈空7+2X0.25m人行道，鉆孔樁基，1969年9月建成。
該橋通車后不久，即發(fā)現(xiàn)拱肋上出現(xiàn)裂縫，拱軸變形。裂縫集中在兩個(gè)四分之一點(diǎn)之間，拱頂附近較密。每m長(zhǎng)度范圍內(nèi)平均有垂直裂縫16條，大部分位于拱肋的兩側(cè)且貫通肋底，縫寬多數(shù)為0.30—0.60mm，部分為1.Omm。此外在拱腳截面的拱板上及腹拱與拱波結(jié)合處，側(cè)墻等部位也出現(xiàn)裂縫。拱頂下沉35cm，其于各點(diǎn)均有不同程度下沉，但沉降均勻，弧線平順，原矢跨比1／9下沉后變?yōu)?／9.6。臺(tái)身未發(fā)現(xiàn)裂縫，但兩臺(tái)拱背座標(biāo)高相差2.70cm。
經(jīng)分析，產(chǎn)生上述病害的主要原因是橋臺(tái)和樁基抗力不足，橋臺(tái)向岸轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致拱軸變形，拱頂出現(xiàn)較大正彎矩，拱腳出現(xiàn)較大負(fù)彎矩，引起開裂。
加固采取的方法是：將所有的裂縫均用環(huán)氧樹脂砂漿灌縫修補(bǔ)，6號(hào)肋用玻璃鋼補(bǔ)強(qiáng)，1-5號(hào)肋用環(huán)氧樹脂砂漿粘貼小鋼筋加固。
加固6年后檢查，拱肋裂縫大為減少，各肋裂縫在加固前每肋有80—90條。加固后減少到15-25條。加固后部份裂縫又重新開裂，但拱軸無(wú)新的變形。
加固實(shí)例2：
南京長(zhǎng)江大橋公路南引橋?yàn)槎嘧佑鴱?2.2m,矢跨比1／5的雙曲拱橋，橋?qū)?0m，1969年建成。
近年來(lái)發(fā)現(xiàn)各孔主拱在拱波處有多處縱向裂縫，尤以拱軸線附近側(cè)墻的波頂縱向裂縫最為嚴(yán)重，有幾孔幾乎貫通全跨，有的裂縫已貫通波板。各孔腹拱拱波也發(fā)現(xiàn)多處垂直于拱軸線橫向裂縫。
后來(lái)，決定采用粘貼玻璃鋼布的方法加固拱波。其作法是：先整平裂縫每側(cè)3-4cm范圍內(nèi)的拱波腹面，沿縫開鑿寬1cm，深7cm的槽，以酒精或丙酮洗凈并干燥后，再用環(huán)氧樹脂漿液粘貼二層玻璃布。
