淮北职业技术学院 李爱军

中国矿业大学力学与建筑工程学院 袁广林

锚喷混凝土在双曲拱桥维修加固中的应用

淮北职业技术学院 李爱军

中国矿业大学力学与建筑工程学院 袁广林

双曲拱桥是我国首创的一种新型拱桥，其主拱圈在纵向（顺桥方向）和横向（顺水流方向）均呈曲线形，故称双曲拱桥。其最大优点是施工安装时化整为零，而承受荷载时则又集零为整。正是由于双曲拱桥将拱圈化整为零，难免会带来承重上拱圈整体性差、容易开裂的缺点，特别是随着年限增长和超载，多有拱圈开裂、变形现象，需加固。锚喷混凝土加固法所形成的组合结构，既根治了原结构由于裂缝等原因造成的局部应力集中病害，又恢复了原结构的协调性，使其能够承受更大的外荷载。

一、双曲拱桥的常见病害

1. 拱肋强度不足而引起承载力降低。拱肋与拱圈共同承受全部恒载和活载，是主要受力构件。因此，当其抗弯强度和刚度不足时，往往使承载能力降低，同时也会引起其他构件的损坏。

2. 横向联系不足而引起失稳。当横向联系布置不够或强度不足而产生损坏时，将会使拱桥横向稳定性减低，拱波顶出现纵向裂缝。

3. 拱上填料排水不畅等原因引起的侧墙鼓肚破坏。双曲拱桥侧墙发生鼓肚，一般是由于排水不良，填土内聚积大量水分从而造成膨胀，也可能是砌筑质量不佳引起的。

4. 墩台位移而引起破坏。双曲拱桥由于自重大，其相应的水平推力也较大，当设计、施工不当时，往往容易引起墩台较大位移和沉降。由于沉降和位移较大，必将出现拱圈下沉、开裂，拱肋与拱波分离，侧墙与拱肋分离，空腹小拱开裂或立柱严重裂缝等损坏现象。

二、锚喷混凝土加固原理与加固设计要点

1. 锚喷混凝土加固原理。锚喷混凝土加固法实际上由两部分组成，首先是将锚杆锚入拟补强部位结构内，挂设补强钢筋网，然后再借助高速喷射机械，将新混凝土混合料连续地喷射到已锚固好的钢筋网受喷面上，凝结硬化而形成钢筋混凝土。其中增设的补强钢筋主要是帮助原结构承受拉应力，同时成为新增混凝土部分的骨架；锚喷混凝土的作用则是将补强钢筋与原结构联结组成整体受力结构，并与锚杆一同在结合面上传递拉应力和剪应力。

2. 加固设计要点。根据加固原理，锚喷混凝土加固法实际上仍是加大构件截面加固法，所以加固设计仍按加大构件截面的方法进行内力计算。其设计原则为：恒载内力（包括新锚喷的混凝土）按原构件的截面模量进行计算，即新喷上的混凝土恒载仍作用于原构件上；活载内力用加大后的组合截面模量计算内力，即新旧混凝土作为一个整体计算，对不同的混凝土强度等级和新增的补强钢筋按其弹性模量进行截面换算；仍按弹性理论进行计算；强度验算按照锚喷截面占原截面的比率，考虑是否按组合截面进行有关验算；进行加固设计前，应弄清旧桥的原始情况以及病害原因，对旧桥的基本承载力作出评价；采用的喷射混凝土与钢筋的强度等级，不应低于原结构的强度等级。

三、加固实例分析

1. 桥梁概况。某座钢筋混凝土双曲拱桥，建成于20世纪70年代，全长为55m，桥面宽为：净7.00m（行车道）+2×0.30m（栏杆基座）。上部结构为1×45m钢筋混凝土双曲拱（实测净矢高7.3m，净跨径44.95m），主拱圈为五肋四波及两侧各一个悬半波；下部结构为重力式桥台。桥尾岸第一腹拱拱圈和横墙曾经加固过，原设计荷载为汽车-13、拖车-60。

2. 大桥拱圈病害状况。加固前对大桥拱圈病害调查，其状况如下。

（1）主拱圈裂缝。主拱圈中波纵向裂缝大桥横向中心线正处于第三拱波波顶处，检查时发现中波波顶存在纵向裂缝，自拱顶开始至L/4附近为止，裂缝宽度最大约0.5mm。在拱波与拱肋连接处，大部分都有裂缝，有的较细，有的十分明显，且有不少水泥砂浆脱落现象，也有不少发生渗水现象。拱肋有横向裂缝，有不少是U形裂缝，这些裂缝多发生在拱顶前后10m左右范围内。横系梁裂缝为数较少。拱脚部位拱肋下边缘存在混凝土剥落、露筋。

（2）主拱圈轴线下沉。主拱轴线普遍下沉，拱顶下沉10～15cm，L/4点下沉0.7cm，而且上下游下沉量也不一致。

3. 拱圈加固设计。根据大桥实际，由于桥台及基础良好，应业主要求，加固设计要求充分利用原结构承载潜力的可能性，不仅整治裂缝病害，而且提高桥梁荷载等级至汽一超20、挂-120。据此，确定设计要点如下。

（1）由于主拱圈受力大、裂缝多，在主拱圈及拱波下缘外包钢筋网锚喷6cm厚C25混凝土板，增强主拱圈整体性，以提高整体刚度和承载力，锚固钢筋插入深度必须大于8cm，焊接长大于12cm，喷射混凝土按先两拱脚后拱顶顺序进行，其竣工后的外露面的凸凹差值不大于1.5cm。施工中应边进行喷射作业边对已喷射混凝土用喷射养护液养生；较大裂缝扒钉卡紧，然后将缝凿成V形，再填塞M 10号砂浆。在拱脚至第二拱圈顶处，现浇C30钢筋混凝土，厚10cm，增大拱圈截面。

（2）在腹拱圈下缘现浇20cm厚、30cm宽、间距1.15m的C30钢筋混凝土，增大、增高腹拱圈截面，提高腹拱圈承载能力。

（3）拆除原桥面铺装，重新铺桥面，更换栏杆，排除安全隐患，加设伸缩缝。

4. 锚喷混凝土加固施工。

（1）材料选用。水泥；粗、细骨料；水。

（2）喷射混凝土配合比设计。喷射混凝土的标号，应尽量与原结构混凝土标号相接近。由于掺用速凝剂后喷射混凝土的后期强度会降低，因此，设计混凝土标号时应考虑其影响。本桥需要标号为C25，考虑速凝剂的影响后设计标号为C30。喷射混凝土的配合比，可采用浇筑混凝土配合比设计方法确定。

（3）桥梁加固施工工艺。

5. 加固后承载力鉴定。加固后进行静载试验，对全桥承载力作了鉴定。在以汽一超20为主要组合荷载、挂-120附加组合荷载作用下，各测点应力、变形和裂缝宽度均满足规范规定的容许限值，因此加固后本桥能承受汽一超20、挂-120荷载要求。本桥采用喷锚混凝土加大拱肋及拱波截面提高旧桥承载能力，达到了预期效果。