王元元
(山西省公路局吕梁分局，山西吕梁 033000)
吕梁市干线公路养护桥梁564座，其中:拱桥占整个桥梁总数的42%，经过逐年的改建、加固，建造于20世纪80年代前204座仍在运营使用之中。由于技术条件和经济的局限，普遍设计标准偏低。随着经济的发展，交通运输的迅速增长，当时的设计标准已经不适合当今经济发展需求，形成了巨大的隐患。
本文结合工程实例探讨拱桥加固技术的应用。
1 病害分析和方法
1.1 拱桥常见病害及原因分析
1)旧桥设计荷载等级和标准低，车辆偏载作用下，致墩台移动、基础沉陷及拱圈受力不对称的影响，主拱圈(板拱)或腹拱圈或拱脚、墩台帽梁上产生纵向裂缝。2)施工工艺和砌筑用料质量差，同时受腐蚀气体、水侵蚀和温度变化，产生主拱圈砌缝砂浆脱落、主拱圈表面风化剥落。3)拱桥由多层平行拱圈石砌成，在施工中拱圈砌石未注意交错搭接，拱圈也易发生纵向裂缝。拱圈裂缝一经开裂，发展迅速，危及桥梁的正常使用。4)由于台后填土压力和桥头路面及路面荷载作用致使拱脚位移或主拱圈拱顶下沉。5)拱上填料施工不密实或拱上未设置排水系统、桥面排水不畅，桥面水由铺装层裂缝处渗入拱上填料致填料内部积水膨胀，造成主拱圈渗水，侧墙出现外倾、变形，桥面铺装出现翻浆、破损。6)旧桥墩台的基础多采用简单的扩大基础，基础埋置浅，在水流作用下，基础周围埋置特被冲刷掏空，造成基础外露、悬空。7)路堤冲刷拱桥，台后路堤由于雨水的冲刷对桥台冲刷造成垮塌。8)排水系统失效桥面杂物堵塞排水管，桥面积水严重，造成桥面破损。9)河道堆积物，桥孔淤塞，影响河流的泄洪，严重时河水直接冲刷墩台，造成桥梁的损毁甚至倒塌。
1.2 拱桥维修加固常用的方法
1)主拱圈裂缝封闭法。a.对原拱圈宽度小于限值的裂缝采用环氧树脂胶进行表面封闭，对宽度大限值的裂缝采用环氧灌缝胶或环氧树脂砂浆进行灌缝处理。b.用化学粘结剂从结构外部粘贴补强材料。2)套拱(内衬法)加固法。在拱腹挂网，植入钢筋并喷射混凝土形成整体结构，通过增大主拱圈截面面积的办法提高承载力。3)套拱(外衬法)加固法。即沿主拱圈顶部现浇增设一层钢筋混凝土套箍层，利用截面增大、断裂力学及“套箍效应”三个机理，达到提高原桥承载力的目的。其优点在于施工难度小，所需要的施工设备也较简单，且造价低廉，施工周期也较短。缺点是需要将上部结构拆除，施工周期长，且预算也加大。4)减轻拱上建筑自重法。减轻拱上建筑的重量在地基承载能力较低或桥台不够稳固时，可采用减轻拱上建筑自重的办法对拱桥进行改造，以降低对下部构造的要求，同时也可减轻主拱圈的负担。5)设置横向拉杆法。拱圈产生纵向裂缝时，保护性拆除，在跨中、1/4跨度处和拱脚附近设置横向拉杆加固，能有效防止裂缝继续发展。6)更换桥面系法。更换桥面系主要包括:更换拱上填料、桥面铺装、栏杆等。更换拱上填料是将拱上强度低，防水性能差的填料换成水稳、轻质混凝土等耐水轻质填料，清除拱上填料的顺序一般和施工时加载程序相反，后加的先御，先加的后御。
总之，拱桥加固的方法有很多，随着新材料的应用、科学技术及计算理论的进一步发展，还会出现更多的桥梁加固新技术。当然，各种加固技术也不是孤立的，在加固一座旧桥时，往往是多种技术同时使用，以达到对旧桥加固改造的目的。下面结合工作实际介绍一下外衬法套拱加固技术的应用。
2 工程实例
2.1 工程概况
国道209线峪口桥，全桥长77.6 m，主桥结构为3-16 m片石混凝土拱桥，拱圈厚65 cm，1/4拱，拱顶填土60 cm，斜35°，始建于1980年，主桥布置如图1，图2所示。当时设计荷载为汽车—20级，挂车—100。
图1 主桥立面布置示意图
图2 主桥侧面布置示意图
2.2 旧桥病害情况
1)混凝土拱圈第二跨、第三跨均有横向裂缝2道～3道，且为通缝，缝宽约0.1 cm～0.3 cm不等。2)侧墙变形。3)桥面平整度差、车辙、壅包现象严重，占桥梁总面积的65%。4)桥头引道严重下沉，形成跳车。5)锥坡缺失、栏杆外倾缺失。
2.3 旧桥加固方案
1)将原拱圈以上护拱、侧墙、拱上填料、栏杆全部拆除。2)对原拱圈宽度小于0.15 mm的裂缝进行表面封闭，宽度大于0.15 mm的裂缝采用环氧灌缝胶进行灌缝处理。3)在原拱圈横纵间隔60 cm梅花形钻孔，植入Ф25钢筋，灌入环氧水泥砂浆并与主筋进行焊接。4)用C30钢筋混凝土加高拱脚垫石，使起拱面达到20 cm。5)将原拱圈清理干净，凿毛后在原拱圈上浇筑20 cm厚、C40钢筋混凝土拱圈。6)用M7.5砂浆砌35号片石护拱、侧墙并进行勾缝处理。7)采用水稳砂砾料，分层填筑拱顶填料。8)铺筑桥上路面与桥头引道路面。9)现浇C25钢筋混凝土墙式护栏。10)修复锥坡。
2.4 施工方法、要点及注意事项
1)上部结构及拱上填土的拆除。为保证拱圈受力均匀，不遭到破坏，拆除原桥上部构造时，必须全桥同时进行，进度相同。先拆除栏杆，机械从两侧桥头向桥中分别对称均匀挖除台背填料和拱上填料，做到标高基本相同，以防拱圈受力不均，发生变形或坍塌，配合人工拆除拱上建筑。
2)外衬法套拱加固的施工。a.墩台拱脚线为水平，桥台拱脚上方设一道伸缩缝。b.浇筑加固拱圈时，必须将原拱圈顶面凿毛，并在原拱圈横纵间隔60 cm梅花形钻孔，植入Ф25钢筋，灌入环氧水泥砂浆并与主筋进行焊接，再进行拱圈混凝土浇筑(见图3)。c.浇筑混凝土时需清除拱顶松散粒料，并洒水浸湿后连续进行浇筑混凝土。d.为了减少混凝土的收缩应力避免收缩裂缝的产生，主拱圈采用一次性浇筑完成，中间不留施工缝的施工方法，全桥先边跨后中跨对称浇筑的原则。因故中断浇筑时，中断时间不能超出前层混凝土的初凝时间。e.混凝土浇筑完毕后待强度达到设计强度的50%后即可拆模。
图3 原拱圈与加固拱圈立面图（垂直起拱线方向）
3)侧墙及护拱的砌筑。a.先施工拱脚处侧墙，然后施工拱顶中部侧墙。砌筑时底浆要铺满，竖缝砂浆应先在已砌石块侧面铺放一部分，将另一砌石铺放对齐再填满砂浆并捣实，砌石下严禁用高于砂浆砌缝的小石片支垫。b.砌筑上层石块时应避免振动下层砌块，砌筑工作中断后再砌筑时，对砌石砌面清扫并洒湿后再砌筑。c.砌石应分层砌筑，宜2层～3层砌块组成一个工作层，每一工作层的水平缝应找平，各工作层的竖缝应相互错开不得贯通。d.砌筑侧面墙面及两端面应砌筑平顺，墙背及坡面密切结合，墙顶与边缝应封严。表面与周边平顺衔接，砌石之间应咬扣紧密，严禁通缝叠砌和浮塞。e.砌体勾缝应牢固美观，勾缝前将墙身洒水浸湿，使砂浆嵌入缝中与砌体牢固结合。f.墩台拱脚线为水平，桥台拱脚上方设一道伸缩缝。
4)台背及侧墙背回填。a.台背及侧墙回填宜同时进行。采用小型压路机回填、摊铺、分层、分段碾压密实。用手扶振动夯，对碾压困难的部位压实。b.回填应遵照两边对称原则，做到基本相同的标高上进行。
5)浇筑帽石混凝土时，预埋好钢筋混凝土墙式护栏钢筋。
6)钢筋混凝土墙式护栏下，两侧1/4跨径处各设一道泄水管。
7)做好开工前技术交底工作，施工中严把质量、技术、工艺关，现场设立施工标志，安全作业、文明施工。
3 结语
峪口桥维修加固工程于2011年底全部完工，经验收，达到了设计及规范要求，目前桥梁运行良好。
从已加固改造好的旧桥来看，采用合理的加固技术，不仅节省大量投资，收到良好的经济效益;而且通过维修和改造旧危桥，恢复和提高了旧桥的承载能力及通行能力，延长桥梁的使用寿命，消除交通安全隐患。
［1］JTG/D 60-2004，公路桥涵设计通用规范［S］.
［2］JTG/T J22-2008，公路桥梁加固设计规范［S］.
［3］JTG/H 11-2004，公路桥涵养护技术规范［S］.
［4］JTG/T.J 23-2008，公路桥梁加固施工技术规范［S］.
［5］CECS 25∶90，混凝土结构加固技术规范［S］.
［6］JGJ 116-98，建筑抗震加固技术规程［S］.
