中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）08-0146-03

0 引言

拱橋跨越能力大，受力明確，外形美觀，被廣泛應用在我國公路橋梁中。但建設年代較早的拱橋因設計及施工等方面的原因，建造等級普遍不高，再加上長期的荷載作用，病害問題較為突出。為避免造成交通中斷等不利影響，在無法對原橋進行拆除重建的情況下，只能采取切實適用的技術進行加固處治，在一定程度上恢復結構承載力和性能?；诖吮尘埃撐囊劳泄窐蛄簩嶋H，對病害現(xiàn)狀及成因展開分析，并對增大截面法加固施工進行探究，以期為此類橋型病害處治提供借鑒參考。

1 工程概況

某跨河橋梁全長 2 4 5 m ，橋墩高度在 4 4 . 5 ～ 5 0 . 0 m 之間，主橋為跨徑 1 2 0 m 的上承式空腹拱橋，拱肋采用鋼混結構，拱腹及側(cè)墻全部為砌筑結構，橋面鋪裝水泥混凝土。橫跨大深度河谷。該橋梁建造于20世紀80年代，并于1998年改建。在運行過程中因交通荷載和外界環(huán)境的綜合作用，側(cè)拱肋、拱腳、墩柱、拱腹等部位先后出現(xiàn)貫穿性裂縫，混凝土層開裂、剝落，內(nèi)部鋼筋銹蝕外露。對橋梁展開荷載試驗和結構驗算，結果顯示，橋梁病害嚴重，綜合評定等級為D級，亟待大修處治。

2病害調(diào)查及原因分析

2.1病害調(diào)查

（1）混凝土開裂。第一跨主拱中上游側(cè)拱肋下緣貫穿性裂縫長度在 7 . 5 ～ 9 . 0 m 之間；第二跨上游側(cè)拱肋1/4跨處裂縫長度在 0 . 9 ～ 1 . 2 m ，寬度在 0 . 1 5 ～ 0 . 1 8 m m 之間，貫穿至拱肋側(cè)后長變?yōu)?0 . 5 4 ～ 0 . 6 5 m ，寬變?yōu)? . 1 1 ～ 0 . 1 4 m m 。拱腳處縱向裂縫長和寬最大達到 6 . 1 m 和 0 . 4 5 m m 。第三跨拱腳偏1/4跨間拱背多處開裂，鈣化物析出，裂縫寬度無法準確量測。橋墩墩身側(cè)壁裂縫數(shù)量多，且偏橋軸向開裂。

（2）混凝土脫落、鋼筋銹蝕。以上裂縫中約一半裂縫處混凝土剝落破損，內(nèi)部鋼筋外露銹蝕；部分位置內(nèi)部鋼筋雖未外露，但變形嚴重，將混凝土結構頂起外鼓。

（3）砌體斷裂及滲水。第一跨1#和2#腹拱間橫墻條石開裂，裂縫長度達到 0 . 3 1 m ，寬度為 0 . 1 6 m m ；2#和3#腹拱間橫墻連接主拱處砌石脫落，4#腹拱連接橫墻段持續(xù)滲水。第二跨8#腹拱實腹段砌體脫落，10#腹拱小里程側(cè)條石破斷，拱圈處鈣化物析出，結構風化嚴重。

2.2 病害原因分析

造成該拱橋病害的原因包括以下幾點：（1）結構尺寸單薄。對于同跨徑、同荷載等級的拱橋而言，主拱圈厚度應達到 1 2 0 c m 以上，拱橫墻厚度應達到 以上[，但該拱橋拱波厚度僅為 ，包括 厚的石砌拱波和 厚的鋼混拱波，橫墻厚度僅為 6 0 c m ，主拱圈剛度明顯不足，長期受到荷載作用后抗變形性能必將下降。（2）橫隔板尺寸小。橫隔板是連接拱肋和拱波的關鍵性結構，該拱橋橫隔板厚度僅為 ，難以長期承受拱波自重、行車荷載等造成的水平推力。在運行期間，橫隔板開裂不可避免。（3）拱上橫墻尺寸小。因主拱截面尺寸薄弱，為控制主拱應力，將拱上橫墻的尺寸相應減小。橫墻抗推剛度也因此降低，在主拱變形后發(fā)生協(xié)同變形和徑向開裂。（4）拱波的作用。對于該雙肋單波拱橋，鋼混結構拱肋與拱波共同參與結構受力，并將結構自重與行車荷載傳遞至墩臺結構。但實際受力時因拱波的作用，結構受力先傳遞至鋼混拱肋，再傳遞至墩臺。故鋼混拱肋支撐處的拱波便產(chǎn)生外向水平推力[2]。

3加固方案設計及受力分析

3.1 加固方案設計

根據(jù)對橋梁病害嚴重程度及形成原因的分析，將加固處治分為耐久性處治和主體結構加固處治兩部分，前者為輔，后者為主。耐久性處治包括缺陷修補和裂縫封閉；缺陷修補及裂縫封閉施工完成后，按照《公路橋梁加固施工技術規(guī)范》（JTG/TJ23—2008）展開質(zhì)量檢測，確保達標。

主體結構加固處治主要指對主跨拱肋進行增大截面法加固處治，即通過混凝土結構截面積的增大，以提升原構件剛度和承載力[3]。增大截面法是主拱圈常用的加固技術，也是該文重點研究的加固方法。根據(jù)主拱圈加固部位的不同，將增大截面法進一步分成拱腹加固和拱背加固。按照以上措施加固后擬將橋梁荷載等級提升至公路－Ⅱ級。

3.2加固后結構受力分析

3.2.1 模型構建

應用MIDASCivil2020程序進行拱橋有限元模型構建，主跨拱肋模型建立全部結合橋梁拱軸線擬合結果展開。拱橋空間模型見圖1。

3.2.2 結構受力分析

（1）主拱肋內(nèi)力。該拱橋應用增大截面法加固拱腹和拱背前后邊跨拱肋控制截面內(nèi)力模擬結果見表1和表2。表中正數(shù)表示受拉，負數(shù)表示受壓。通過將模擬值與加固前實測值進行比較看出，對拱橋進行增大截面加固后，邊跨拱肋控制截面剪力和彎矩方向未變，取值均明顯減小，原橋受力得到較好改善，加固后結構承載力及穩(wěn)定性均提高。

（2）邊跨及中跨拱肋控制截面內(nèi)力。各荷載工況下，按照最大截面法加固前后邊跨及中跨拱肋控制截面內(nèi)力模擬結果見表3和表4。加固前，在正常使用極限狀態(tài)和承載力極限狀態(tài)下邊跨拱腳、1/4跨及1/2跨截面剪力和彎矩值較高，強度均較低。根據(jù)表中結果看出，加固后以上截面在公路－Ⅱ級荷載等級下截面剪力和彎矩值降低，強度和承載力均提高，且滿足規(guī)范要求。

4增大截面法加固施工工藝

4.1混凝土材料選用

普通混凝土硬化收縮明顯，為減緩硬化收縮程度，保證錨噴混凝土和原橋混凝土結構的整體性，該拱橋增大截面加固時主要使用UEA補償收縮混凝土。此類混凝土自由膨脹率在 0 . 0 4 % ～ 0 . 0 6 % 之間，受到鋼筋約束后的膨脹率調(diào)整為 0 . 0 2 % ～ 0 . 0 4 % ；能夠在鋼筋混凝土結構中形成 0 . 2 ～ 0 . 7 M P a 的預壓應力，從而抵消混凝土固化期間全部或部分拉應力[4，延緩混凝土固化時間，增強其抗拉強度，抑制裂縫產(chǎn)生。

4.2 加固施工要點

4.2.1 耐久性處治

（1）缺陷修補。對主拱圈拱背、拱肋、系梁等處的混凝土層剝落、筋材銹蝕及外露等進行處理。將全橋混凝土橋面更換為瀝青混凝土橋面，并更換重設排水系統(tǒng)。對橋涵與路基連接處的錐形護坡脫空區(qū)進行回填、碾壓和增強。

（2）裂縫封閉。對橋臺、拱圈、墩柱、腹板、梁體底面等處出現(xiàn)的寬度在 0 . 1 5 m m 以下的裂縫，直接涂抹封閉處理。在涂抹處理前，必須通過砂輪機、鋼絲刷等工具將待處治表面塵土、污漬、松散結構等徹底清除，確保露出堅實的混凝土面；再利用毛刷蘸取酒精、丙酮或甲苯等溶液反復擦拭裂縫邊緣 3 . 0 ～ 5 . 0 c m 范圍。根據(jù)《公路橋梁加固設計規(guī)范》（JTG/T522—2008），采用環(huán)氧樹脂封縫材料，通過膠輥或毛刷將封縫材料涂刷于清潔后的裂縫表面。第一遍涂刷時應順著裂縫走向橫向涂刷，待干燥成膜后再次縱向涂刷；最后涂刷一層與混凝土顏色接近的封縫材料。

對于寬度在 0 . 1 5 m m 以上的裂縫，應展開低壓灌縫處理。通過角磨機將待處治裂縫表面打磨平整，切除裂縫表面松散雜物；使用壓力在 0 . 2 M P a 以上的壓縮空氣將裂縫底部及側(cè)壁處塵土、附著物、石渣等全部吹除。順著縫隙走向用丙酮溶液反復刷洗裂縫外邊緣。在相應位置布設灌膠嘴并標記。將調(diào)制好的黏結膠均勻涂抹于灌膠底座底面，用力下壓使底座底部膠體溢出并包裹住底座邊緣。為防止裂縫相互貫通而跑氣，必須進行封縫處理；此后通過低壓容器進行裂縫修補膠灌注。灌縫結束后養(yǎng)護 2 4 h ，確保樹脂固化后在表面涂刷一層與混凝土顏色接近的封縫材料。

4.2.2主體結構增大截面法加固處治

對于該拱橋拱腹和拱背均采用噴錨混凝土加固工藝，即在拱腹下部緊貼原拱圈底面噴射混凝土或澆筑混凝土復合拱圈[5]。對待加固部位進行植筋并掛設鋼筋網(wǎng)，按照設計要求和厚度通過噴射機械并利用壓縮空氣，通過管道將混凝土噴射至待補強結構面，待混凝土硬化為固結結構。硬化后的錨噴結構層和原結構較好黏結，在充分利用原結構性能的基礎上，有效阻正了原結構開裂和變形。

錨噴混凝土無需振搗，主要借助高速噴射的壓力和勢能使水泥和集料反復撞擊，達到壓密效果。為增強水泥、集料間的黏結強度，保證新舊結合面拉應力和剪應力較好傳遞，錨噴后應及時養(yǎng)生，以減小混凝土噴射期間產(chǎn)生的內(nèi)應力，減弱因混凝土收縮而造成的開裂。

5結論

綜上所述，對于病害橋梁而言，在進行加固方案擬定和加固處治施工前，必須對橋梁病害展開全面調(diào)查和成因分析；對現(xiàn)有橋梁加固技術進行系統(tǒng)性總結，優(yōu)選出適用的加固技術，并應用仿真分析技術對加固效果進行模擬。該文所研究的拱橋結構尺寸單薄，拱波混凝土強度低，跨中接近拱肋處混凝土開裂剝落，拱石嚴重風化；拱肋、拱墻、腹拱圈及橫隔板均存在嚴重裂縫。應用增大截面法加固后以上病害基本根除，結構強度、承載力均顯著提高，橋梁結構性能較好恢復。

參考文獻

[1]郝小軍.增大截面加固法對小跨徑拱橋承載力影響[J]低溫建筑技術，2022（12）：138-141+146.

[2]何炳濤.剛架拱橋增大截面加固設計及承載能力評定——以廣東省秋云大橋為例[J].工程技術研究，2022（19）：16-18.

[3]齊秦，黃平明，牛艷偉.混凝土剛架拱橋增大截面法加固施工方案優(yōu)化[J].公路，2020（10）：94-100.

[4]唐楊，鐘華棟.增大截面法加固空心板梁橋有限元分析[J].河南城建學院學報，2020（1）：7-12.

[5]單成林，吳鵬均.增大截面法與新增拱片法加固剛架拱橋?qū)Ρ确治鯷J].施工技術，2019（23）：28-32.