改变拱上建筑体系的双曲拱桥
加固提载与拓宽技术
摘要：通过将空腹式双曲拱桥的拱式腹拱及拱顶实腹段等拱上建筑拆除后，重建为连续板式拱式建筑，从而达到减轻恒载、调整主拱圈受力状态，以及改善桥梁荷载横向分布性能，提高桥梁承载能力之目的；并在利用和加高腹拱墩的同时，将墩帽外悬加长，达到拓宽桥面的目的。
关键词：双曲拱桥提载拓宽改变拱上建筑
1大桥概况
走马岗大桥位于江西省修（水）武（宁）公路K2+520处（新桩号），该桥建成于1974年，运营至今近三十年。大桥全长105.7m，上部构造为2跨40米等截面悬链线空腹式钢筋混凝土双曲拱及两岸各一孔净跨径4m的半圆弧拱副孔（设置在桥台上）。桥面净空为：净－7+2×0.35m栏杆。根据同年代类似桥梁推定该桥原设计荷载为：汽车－13级，拖车－60；通航等级为不通航。双曲主拱的净矢跨比为fo/Lo=1/10，拱轴系数（推算）为m=2.514。
1.1上部构造：每跨主拱圈由4肋3波及2个悬半波组成，拱肋中距为185cm，主拱圈全宽7.4m。主拱圈截面由基肋、拱波和现浇混凝土填平层组成；其中拱肋宽为25cm、高50cm，施工过程中分三段预制后无支架吊装，接头位置在反弯点附近，采用环氧树脂水泥胶卡砌接头。每跨拱肋各按等弧长设置11道横隔板联接。每跨各设8个腹拱，腹拱跨径为250cm左右。
1.2下部构造：桥台为明挖扩大基础配U型桥台与重力式桥墩。
1.3据调查，该桥使用过程中未进行过大修加固。
1.4大桥目前状况概述
由于大桥使用近三十余年，并常有重型运输货物车辆经过，现从外观看，第二跨（靠武宁岸）拱顶部位已明显下沉，桥面坑洼不平，栏杆扶手亦损坏严重；且桥面较窄（净－7+2×0.35m栏杆）、原设计荷载偏低，已不能适应当地经济发展的需要。为配合正在按照二级公路标准进行改建的修（水）武（武宁）公路，拟对走马岗大桥进行加固与拓宽改造，加固前进行了全面的结构检查，并通过对结构检查数据进行了综合分析。
图1走马岗大桥现状总体布置图
2走马岗大桥现状综合评定
通过对修武公路走马岗大桥全面的现场结构检查、室内分析，对该桥现状综合评定为：
2.1走马岗大桥桥面坑洼较多，纵向成波浪形，特别是第二跨跨中桥面明显下沉，加剧了车辆通行时产生的冲击力，增大了活载作用时的内力，因而应及时进行维修。
2.2走马岗大桥第一跨主拱肋尚好，未发现有影响结构受力的病害，仅在拱脚附近背缘发现横向裂缝（分析为负弯矩过大产生），拱波及横隔板未发现有肉眼能见裂缝，横向整体受力性能较好。
2.3第二跨拱肋拱顶产生较大的沉降，继而使拱肋拱顶下缘因承受过大拉应力而开裂（裂缝宽尚在《规范》允许范围内），并且使原本较坦的拱圈变得更坦，改变了原结构的受力状态。
2.4大桥腹拱圈损坏严重，纵、横向贯穿裂缝较多，已严重影响了腹拱圈的受力与使用安全。
2.5两岸桥台上付孔拱圈经检查，目前使用状况尚好，未发现有影响结构受力与使用的病害。
2.6拱上侧墙砌石风化较为严重，局部碎裂，已影响到大桥的整体使用安全。
2.7武宁岸桥台有向后倾斜迹象，应采取相应措施进行加固。
2.8桥墩水面以上经检查未发现有影响结构受力的病害，应在枯水季节或维修加固施工时，对桥墩基础进行详细的调查探明。如发现病害，则应采取相应措施进行加固。
3加固拓宽设计要点
根据结构检查有关数据及进一步对走马岗大桥进行结构检算，对走马岗大桥采用以下措施进行加固拓宽：
图2加固拓宽总体布置图
3.1加固拓宽设计标准
①设计荷载：汽车－20级；挂车－100；人群－3.5KN/m2；
②桥面净空：净－9+2×1.5m人行道。
3.2拱上建筑和桥面加固拓宽
①拆除大桥现有腹拱圈、侧墙并挖除所有拱腔填料，以减少拱上恒载的作用；
②在现有各腹拱墩两外侧（纵桥向）各设置一层钢筋网，并每侧现浇10cm厚混凝土，以增强现有腹拱墩的整体受力性能和抗弯强度，并在腹拱墩顶设置钢筋混凝土墩帽（每侧悬出长度为2.3m）；
③在原拱圈实腹段按等间距设置8道钢筋混凝土腹孔墩（均外悬设置12m长墩帽）；
④将预制好的6cm厚钢筋混凝土薄板安装就位，并现浇12cm厚钢筋混凝土桥面，并使薄板由简支受力体系转换为连续板受力体系。
图3桥面加固拓宽图
3.3桥台加固拓宽
在两岸桥台上分别拆除部分侧墙，并现浇横挑梁（12m长）与整体式钢筋混凝土桥面（宽为9.2m）。
图4桥台上桥面加固拓宽图
3.4主拱圈加固维修
①对第二跨拱肋下缘粘贴2层碳纤维布，以增强拱肋的抗弯能力；
②对第一跨拱肋下缘拱顶两侧各5m长范围（弧长）粘贴1层碳纤维布，以增强拱肋抗弯强度；
③对全桥两跨主拱圈拱脚附近拱背上缘（2个边腹孔内）设置一层钢筋网，并现浇10cm厚混凝土层（要求先将拱板间凹槽浇平后再设置钢筋网），以增强主拱圈拱脚承受负弯矩的能力。
3.5桥墩、桥台加固
①对桥墩墩身外侧设置一层钢筋网，并浇筑10cm厚混凝土（外包），以提高桥墩的强度和抗风化能力；文章来自：工程监理
②对武宁岸桥台两侧侧墙设置一层钢筋网，并浇筑10cm厚混凝土，以改善侧墙的受力性能。
3.6台上副孔加固
在台上副孔拱圈下缘锚固一层钢筋网，并锚喷10cm厚混凝土，以增强副孔拱圈的承载能力。
3.7其它
①重新预制安装人行道构件、栏杆与扶手。
②在桥墩及桥台上各设置一道行车道桥面伸缩缝。
3.8结构计算
（1）计算参数取值
①活载：汽车－20级；挂车－100；人群－3.5KN/m2。
②温度变化：a.体系整体升温20℃，体系整体降温20℃。
b.拱上建筑整体升温10℃（主拱圈不变）。
③考虑到该桥营运至今已三十余年，桥梁墩（台）沉降已基本稳定，本次计算未考虑墩台沉降作用。
（2）结构分析
根据该桥的实际结构尺寸、施工步骤，将本桥分为拱肋安装、腹孔墩浇筑、桥面板现筑及人行道等二期恒载共5个施工阶段进行分析，分析采用的结构模型见图5所示。
图5走马岗大桥结构离散图
根据以上模型采用交通部公路科研所编制“公路桥梁结构设计系统GQJS8.6”进行计算，并采用广州市政设计研究院编“桥梁结构静动力CAD系统V5.0”进行复核。
4加固拓宽施工要点
旧桥加固是一项繁杂的系统工程，工程量虽不大，但涉及到诸多隐蔽工程，且施工工艺多具特殊性和复杂性，因而应由具有相应资质与类似工程施工经验的施工单位施工，并聘请具有旧桥加固工程施工经验的工程师进行监理。施工中应严格按照交通部《公路桥涵施工技术规范》（JTJ021-2000）和旧桥加固各项目中的相关规范进行施工，并应特别注意以下几点：
4.1施工流程
根据本桥加固拓宽特点，按照以下施工流程进行加固拓宽施工：
图6走马岗大桥施工流程图
4.2施工工艺要求
（1）施工单位按基本建设程序的规定，根据设计和相应规范的要求及本施工单位的人员、设备情况，在每道工序施工之前制定出详细的施工组织设计或施工方案，并报监理工程师审查批准，从而确保桥梁施工安全和质量；
（2）凿除大桥桥面及拱腔填料过程中，不允许采用大型机械设备，应采用人工进行凿除或挖除，以免对大桥主拱圈产生新的损伤；并应及时将废料运走至弃土场地；文章来自：工程监理
（3）拆除腹拱圈时应注意以腹拱墩及拱顶为对称轴，对称地逐渐拆除，以免突然拆除或不对称拆除而造成腹拱墩和拱肋垮塌，并应切实做好安全保护工作（拆除腹拱圈时应暂时中断交通）；
（4）粘贴碳纤维布施工过程中应严格按照《粘贴碳纤维增强复合材料加固混凝土工程施工与验收暂行规定》（建设部建筑物鉴定与加固规范管理委员会颁：建规固[2001]008号）进行施工，并应特别注意以下几点：
①粘贴碳纤维布应按以下框图（图7）的程序进行施工；
②粘贴碳纤维布应在拆除半幅桥面与腹拱圈之后进行，尽量减轻上部构造的恒载作用，以充分发挥碳纤维布的高强性能；
③粘贴碳纤维布时及粘结胶达到强度前，不允许对上部构造增加重荷载作用，以免影响粘贴质量；
图7粘贴碳纤维布程序框图
④在粘贴碳纤维布胶达到强度后，开始浇筑腹孔墩与桥面；
⑤要求粘贴前应清除拱肋下缘表面疏松部分，至露出混凝土结构层。若有裂缝，应先行修补，用修补材料将混凝土表层修复平整，要求平整度达到5mm/m；
⑥粘贴碳纤维布时，应使碳纤维布材料充分浸润，确保粘结效率；
⑦施工前应对粘贴表面混凝土含水率及所处的环境进行测量。若混凝土表层含水率大于4%或现场气温低于5℃时，应停止施工或采取措施；
⑧碳纤维布是否与被粘结面充分粘合直接关系到碳纤维布的施工质量，在粘贴后应仔细检查粘贴面，若发现碳纤维布与拱肋混凝土底面之间有气孔，应采用注射针管进行注射粘结胶修补，确保碳纤维布与拱肋底面充分粘合；
⑨在施工现场，应做好防火等安全措施；
⑩各种胶粘附在皮肤上时，要用肥皂水冲洗，特别是进入眼内，要立即用水冲洗，或接受医生诊治；
（5）预制桥面混凝土薄板时，应切实采取措施确保混凝土薄板的钢筋上、下保护层厚度；
（6）桥面板、腹孔墩墩帽及墩身左右半幅钢筋要求焊成整体；
（7）桥台上副孔拱圈采用锚固钢筋网后再喷射混凝土进行加固。
-4-
施工准备
拆除半幅桥面、栏杆及腹拱圈（包括桥台上路面）
预制桥面薄板
拱肋粘贴碳纤维布
桥墩锚固钢筋网，并外包砼
浇筑半幅腹拱墩及墩帽、拱脚上缘砼
浇筑桥台侧墙砼、副孔锚喷砼
安装桥面薄板
凿除桥台部分侧墙
浇筑桥面板
浇筑台上悬臂挑梁与整体桥面
安装半幅人行道构件
拆除锥坡并重新设置
另半幅施工
粘结剂贮存、检验、供应系统
配、调底胶
配、调修补胶
配、调粘浸胶
涂刷
底胶
（当工艺有要求时）
施工
准备
粘贴部位
的混凝土
表面处理
修补并
找平或
抹曲面
刷胶、粘贴
碳纤维材料
表面
防护
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