李文銳
(凱里公路管理局)
主拱圈是石拱橋最重要的結(jié)構(gòu),是石拱橋的心臟。拱圈具有其典型的變形特點(diǎn)和受力特點(diǎn),一旦上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫,就會(huì)由于整體性被破壞而形成松散結(jié)構(gòu)。對(duì)石拱橋的加固主要是通過對(duì)截面和裂縫進(jìn)行修補(bǔ),對(duì)拱圈進(jìn)行加固,來使的石拱橋的承載能力提高,使其整體性得到恢復(fù)。
石拱橋的拱圈最常見的病害就是拱肋開裂,其直接原因就是荷載的作用,可以將主拱圈的裂縫分為兩類:徑向縫和縱向縫。與拱軸線方向垂直的裂縫就是徑向縫,主要包括拱背徑向縫和拱肋徑向縫。在拱波和拱肋的結(jié)合面上產(chǎn)生的裂縫就是縱向縫,其方向是與拱軸線方向平行的,主要包括剪力縱向縫和法向拉力縱向縫。石供橋拱圈還有一些常見病害,比如橫系梁被破壞、拱波破壞和腹拱破壞等。
在石拱橋拱圈加固處理技術(shù)中,比較常見的有粘貼加固技術(shù)、體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)、增大橫截面技術(shù)和加強(qiáng)橫向聯(lián)系加固技術(shù)。
(1)增大橫截面技術(shù)
增大橫截面技術(shù)主要是針對(duì)性石拱橋因拱石風(fēng)化、砂漿脫落、主拱圈開裂和變形進(jìn)行處理。該方法主要使用鋼筋鋼纖維混凝土、鋼筋混凝土、鋼纖維混凝土等對(duì)拱圈的厚度進(jìn)行加厚?;蛘邔摻罨炷恋共坌伟寮由w到雙曲拱肋波背部、將拱肋截面用鋼筋混凝土外包起來。
使用增大橫截面技術(shù)對(duì)拱圈進(jìn)行加固處理,要先計(jì)算鋼筋混凝土加固層的厚度。鋼筋混凝土加固層的設(shè)計(jì)尺寸應(yīng)根據(jù)加固后結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度驗(yàn)算確定,根據(jù)國內(nèi)外研究資料,從構(gòu)造、材料、使用角度考慮,增大的鋼筋混凝土加固層厚度最大、最小尺寸應(yīng)滿足下表要求。
表1 加固層構(gòu)造尺寸要求
增大橫截面技術(shù)有三種具體的方法,分別為主拱圈下緣增大截面加固法、主拱圈上緣增大截面加固法和全拱加固法。主拱圈下緣增大截面加固法又分為現(xiàn)澆鋼筋混凝土拱圈加固法與錨噴鋼筋混凝土加固法。
施工工序:搭架→鉆孔→安設(shè)描桿→主拱圈表面鑿毛→布設(shè)縱橫向鋼筋→模板現(xiàn)澆(或噴射)混凝土加固層→折架、清理現(xiàn)場(chǎng)。
增大截面加固法有著施工工程量小、加固費(fèi)用低、施工技術(shù)較簡(jiǎn)單,后期無需特殊服務(wù)等優(yōu)點(diǎn),在我局近幾年實(shí)施的石拱橋改造加固中,大多數(shù)采用該種方法。
(2)粘貼加固技術(shù)
粘貼技術(shù)一般采用環(huán)氧樹脂或建筑結(jié)構(gòu)膠將鋼板、鋼筋、玻璃鋼、碳纖維等抗拉強(qiáng)度高的材料粘貼在主拱圈表面,使之與結(jié)構(gòu)物形成整體,從而達(dá)到提高主拱圈的搞彎、抗剪能力,以及減少裂縫擴(kuò)展的目的。根據(jù)粘貼材料的不同,要為粘貼鋼板技術(shù)、粘貼鋼筋技術(shù)、粘貼碳纖維技術(shù)和粘貼玻璃技術(shù)。
粘貼鋼筋和鋼板主要是在拱圈的受拉部位,鋼筋或鋼板的配置數(shù)量根據(jù)拱圈的開裂程度而定,補(bǔ)強(qiáng)范圍在4~6 mm之間,不要選用太長的鋼板,以1.2~1.5 m 為宜。鋼板的固定和加壓使用環(huán)氧砂漿,以提高拱圈與鋼板粘貼面的抗剪能力。
以G321 線從江境的前進(jìn)橋?yàn)槔撌皹蚴? ×10.3 +1 ×33.9 +1 ×10.3 無鉸雙曲拱,拱軸線是懸鏈線。根據(jù)其病害情況對(duì)其進(jìn)行加固,采用粘貼鋼板加固技術(shù)。
加固施工流程為:搭架→清洗拱圈→鋼板除銹→鉆孔→涂膠→粘貼鋼板→膨脹螺栓錨固→鋼板除銹→刷防銹漆兩遍→拆架、清理現(xiàn)場(chǎng)。
采用粘貼鋼板技術(shù)對(duì)石拱橋加固時(shí),鋼材的防腐、防銹較難處理,需定期檢查的銹蝕情況并采取足夠的措施對(duì)鋼板進(jìn)行防腐、防銹處理。另一方面由于鋼板與石材的線膨脹系數(shù)、彈性模量相差太遠(yuǎn),兩者的共同協(xié)調(diào)作用、耐久性問題有待觀察。
(3)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)
體外預(yù)應(yīng)力加固橋梁是以粗鋼筋、鋼絞線或高強(qiáng)鋼絲等鋼材作為施力工具,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力,以預(yù)加力產(chǎn)生的彎矩和拉力部分抵消外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力,從而達(dá)到改善舊橋使用性能并提高基承載力的目的。
在石拱橋的拱圈加固中使用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù),能夠解決橋臺(tái)位移和拱圈開裂的情況。主要做法是根據(jù)拱圈開裂的方向,對(duì)于橫向開裂的拱橋則,則進(jìn)行鋼拉桿的順向設(shè)置,進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的加固;對(duì)于縱向開裂的拱橋進(jìn)行鋼拉桿的橫向設(shè)置,進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的加固。
施工工藝如下。
①安裝錨固板:錨固板可用厚鋼板制成,在鋼絲束的位置上鉆出穿絲孔,并用環(huán)氧砂漿因定在拱腳。
②安裝箍圈或定位梢:U 形箍盤可用鋼筋焊制,末端高有穿預(yù)應(yīng)力鋼絲束套環(huán)。
③布設(shè)鋼絲束。
④張拉并封錨。
⑤防護(hù)處理:張拉完畢后,在鋼絲束上涂防銹防腐涂料并做其他相關(guān)處理。
體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的具有經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)、不妨礙交通、施工快速、工期短,所需設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),但對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絲束防銹防腐問題難以處理,以及存在預(yù)應(yīng)力松馳問題,耐久性較差,后期維護(hù)成本較高,并能橋下通航有較大影響。
[1]周建庭,劉思孟,李躍軍.石拱橋加固改造技術(shù)[J].人民交通出版社,2008,(3).
[2]王勝斌,劉伏成,王程.塔山石拱橋加固設(shè)計(jì)[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2010,(11).
[3]劉向華,周安,楊慶印.南陵石拱橋的試驗(yàn)分析與加固研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,(8).
[4]李偉華,張傳龍.抱箍托架在橋梁加固維修中的應(yīng)用研究[J].山東交通科技,2011,(1).
[5]鄧連升,張朝明,李躍軍.鋼筋混凝土套箍封閉主拱圈加固石拱橋技術(shù)的研究[J].湖南交通科技,2010,(1).
[6]趙川.增大截面法進(jìn)行雙曲拱橋加固的研究[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2011,(3).