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浮光掠影
昨日黄昏愁满池,云崖夜雨落叶时,西风独飒谁共饮?约期未成秋华迟。
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2017-07-15 11:42:37 | 分类:默认分类| 标签:道路桥梁

   1、引言


   石拱桥由于其就地取材、施工简单、不需要大型设备等优点,在50年代~80年代被广泛推广使用。然而,随着我国经济建设的高速发展,重型车辆与日俱增,加之桥梁建设时设计荷载较小,导致现阶段多数石拱桥已无法满足正常使用要求,处于超负荷状态,因而出现病害情况较多,需要维修加固,提高其承载能力。本文将就石拱桥常见病害的成因与加固处理措施作一些浅要分析。

   2、石拱桥常见病害及成因分析


    2.1 主拱圈裂缝


    拱圈裂缝是石拱桥最常见的病害。主拱圈开裂严重影响桥梁的安全性,按照开裂方向可以分为主拱圈横向裂缝与纵向裂缝

   2.1.1 主拱圈横向裂缝及成因分析


   主拱圈横向裂缝多发生在拱顶下部或拱脚上部,其主要成因分析如下:
   1)主拱圈截面太薄或石料强度不够。对石拱桥主拱圈进行内力分析可知,拱顶承受最大正弯矩,拱脚承受最大负弯矩,当截面抗力小于荷载内力时,拱顶下部或拱脚上部受拉部位开裂。
   2)拱圈受力不对称。这种情况主要发生在坡桥或弯桥上。有些坡桥坡度较大,而主拱圈水平设置,造成拱圈受力不对称;车辆在弯桥上转弯时产生向心力,造成拱圈弯道外侧开裂。
   3)基础均匀沉降,墩台移动。石拱桥多按无铰拱设计,为超静定结构。基础沉降或墩台位移将引起主拱圈巨大的附加应力,造成拱圈横向开裂,且多发生在L/4处。
   4)设计时拱轴系数选择不当。
   5)施工质量差。如砂浆不饱满、砌筑工艺不规范等。

   主拱圈横向裂缝对原结构的影响:如果主拱圈出现横向裂缝并发展到一定深度,开裂面的抗弯惯性矩将大大降低,相当于形成铰,改变原结构体系,内力随之发生变化,结构的稳定性降低。如果出现多条横向裂缝,形成三铰以上时,结构将变成可变体系,失稳破坏。

   2.1.2 主拱圈纵向裂缝及成因分析


   主拱圈的纵向裂缝成因分析如下:
   1)拱圈多采用分环砌筑,如在施工时,未注意环与环交错搭接,则会在拱腹发生纵向开裂;
   2)基础非均匀沉降;
   3)结构自身的受力特征影响,如弯桥受离心力作用;
   4)局部温度应力。对于长期存在局部日照的拱桥,横向两侧存在较大温差,主拱圈或在日照区域边缘产生纵向裂缝。

   主拱圈纵向裂缝对原结构的影响:结构自身横向整体性降低;裂缝两侧拱圈的受力变形不均匀,局部内力增大。由于裂缝使横向受力性能减弱,即使横向力不变,裂缝也将继续发展,继而导致拱桥承载能力的降低。

   2.2 腹拱圈裂缝


   腹拱圈开裂现象严重且普遍,其主要成因分析如下:
   1)铰缝处理不当。石砌腹拱圈的铰石应选择石质坚硬且无裂纹的石料,一对铰石的接触面较一般拱石应多加修凿以增大实际接触面积,如果施工中未达到要求,将导致铰石破坏而开裂;
   2)拱与拱上建筑的联合作用显著;
   3)腹拱的开裂造成桥面破坏,加上养护不到位,引起桥面渗水,又加剧了腹拱圈裂缝的开展。

   2.3 桥面破损


   桥面破损影响行车舒适性和安全性、且可能加剧其他部位破损。其主要成因分析如下:
   1)对实腹式拱桥来说,拱上填料多采用砂砾或碎石等柔性填料,柔性填料在车辆荷载作用下的不均匀压缩变形或台后排水处理不当,造成填料积水,填料强度降低,引起路面破坏。
   2)空腹式拱桥由于腹拱铰的存在,为适应变形的需要,侧墙与桥面结构需相应设置伸缩缝或变形缝,这些部位往往是裂缝的起源。

   2.4 防水层破坏或失效


   防水层破坏或失效,使拱圈漏水,影响结构安全,缩短了桥梁的使用寿命。其主要成因分析如下:
   1)实腹式拱桥施工时常采用易找到的一般亚粘土作为防水层,防水效果不佳;桥面有渗水,防水层易软化而失效。
   2)空腹式拱桥多采用沥青、油毛毡防水层,油毛毡容易老化,特别是变形缝处,难以保证沥青麻絮密实。

   除此之外,石拱桥还有基础冲刷及基础沉降、滑移、开裂等很多病害。石拱桥的病害有的影响桥梁的安全,有的只是影响桥梁的使用性能。因此对石拱桥的病害进行详尽的调查分析,可根据危害程度的不同进行相应处理,对那些危及交通安全的病害要及时整治,必要时需对桥梁进行加固改造。

   3、主拱圈常用加固措施


   石拱桥加固措施很多,但归根结底,主要是增大拱圈截面、增强拱肋、拱波之间的联系、加强横向联系、减轻拱上建筑的重量等几种基本方法方法及其衍生。加固原理如下:
   加固方法主要通过增大截面面积A、W减小截面应力或通过增大容许应力来提高桥梁的承载能力。
   目前,常用的加固措施有锚喷混凝土加固、体外预应力加固及钢筋混凝土套箍加固。

   3.1 锚喷混凝土加固


   锚喷混凝土加固是隧道施工中的“新奥法”在桥梁加固中的应用。其加固机理在于:利用锚入原主拱圈内的锚杆挂设钢筋网,再喷射加入适量速凝剂的混凝土至结构面层,形成复合主拱圈,与原主拱圈共同协调变形,分担部分活载,从而达到提高桥梁承载力的目的。
   工艺流程:处理原有裂缝→设置砂浆锚固→主拱圈凿毛、冲洗→挂设钢筋网→喷射混凝土→养生。
   施工要点:每次喷护厚度不宜超过5~8cm。若需加厚,需反复多喷几次。

   3.2 碳纤维粘贴加固


   体外预应力加固是以钢绞线或高强钢丝等钢材作为施力工具,对桥梁结构施加预应力,以预应力产生的弯矩和拉力部分抵消外荷载长生的内力,从而达到改善旧桥使用性能并提高其承载能力的目的,具有加固、卸载和改变结构或构件内力分布三重效果。
   (1)工艺流程:安装锚固板→安装箍圈或定位梢→布设钢丝束→张拉→进行必要的防护处理。
   (2)施工要点:需重视钢材防锈处理。

   3.3 钢筋混凝土套箍加固


   钢筋混凝土套箍主拱圈加固的主要机理在于:增大原主拱圈的截面尺寸和刚度;新增设钢筋混凝土层与原主拱圈共同作用,分担了桥梁活载;钢筋混凝土套箍环状封闭原主拱圈,使结构三向受压,提高结构抗压强度,同时增强桥梁防水蚀、抗风化能力。

   (1)工艺流程:处理原有裂缝→设置砂浆锚固→主拱圈凿毛、冲洗→挂设纵、环钢筋网格→现浇拱腹、侧面、拱背混凝土→养生。
   (2)施工要点:①纵向钢筋在拱脚区段予以加密;
                              ②套箍封闭层采用移动架模现浇施工;
                              ③先浇拱腹面及拱圈两侧面,再浇拱背;
                              ④从拱脚往拱顶方向两岸对称施工。

   4、小结


   桥梁加固是一项重要的桥梁研究课题。在我国,由于旧桥设计标准偏低,现有交通量高速增长的形势,决定了我国有相当一部分桥梁急待加固的客观现实。针对既有桥梁的损伤、缺陷及使用情况,掌握石拱桥病害形成的原因,并对症下药,制定合理的桥梁加固维修方案来提高桥梁的耐久性、安全性及使用性,具有重要意义。


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