上海同丰工程咨询有限公司 上海 200444
摘要：本文主要根据上海市多座乡村双曲拱桥的具体检测，通过分析病害产生的原因，提出相应的维修加固方法，为以后类似桥梁的检测、维修、加固提供借鉴。
关键词：双曲拱桥 病害 加固
1、引言
双曲拱桥为我国于上世纪60年代，结合国内较差的经济实力所创建的一种新型桥梁形式。双曲拱桥具有材料用量省，建造成本低，施工简单，由于其结构构件可以提前进行预制，构件尺寸较小，对施工机械要求较低，且具有建造速度快等诸多优点。因此，该桥型在国内得到了广泛推广，目前上海市农村等交通通行等级要求较低地区仍存在较多该类桥梁。由于双曲拱桥大多修建于上世纪60至80年代，距今已有50余年，目前该类桥梁均已出现不同程度的病害，因此针对该类桥梁病害进行相应的维修加固具有十分重要的现实意义。
2、工程背景
2019年上海市闵行区浦江镇网格化综合管理中心委托我公司对浦江镇内一批桥梁进行定期检查，在检查中发现多座双曲拱桥主拱圈均存在多种共性病害，如拱波顶部纵向开裂、主拱圈径向开裂、主拱圈环向开裂、主拱圈锈胀破损等现象。目前该类桥梁大多为3类（有中等缺损，尚能维持正常使用功能）或4类（主要构件有大的缺损，严重影响桥梁使用功能；或影响承载能力，不能保证正常使用）桥，随着时间的推移其实际通行能力已不能满足日益增长的交通通行要求。需及时对其进行维修加固。
3、上部结构主要病害产生的原因及维修加固
3.1主拱圈纵向裂缝
该类裂缝产生在拱波顶部沿跨径方向，主要出现在拱顶位置，有时也出现在拱脚附近。裂缝产生的原因有以下三方面：
1）主拱圈（肋）横向联系不够，横系梁（横隔梁）刚度较小，在繁重车辆荷载作用下横向弯曲变形及拱肋扭转过大，致使拱波顶部薄弱处产生开裂；
2）当设计采用打平的拱板时，由于拱肋上方的混凝土现浇层较厚，混凝土自身的收缩较大，且拱波顶处较为薄弱易产生开裂；
3）桥面偏载，传向波顶的载荷不均匀，连拱效应使薄弱的波顶开裂。
拱波顺桥向裂缝将减弱拱桥的横向整体性，易造成荷载横向分布不均，降低桥梁的承载能力。同时主拱圈跨中区段，拱波和拱板上方为实腹段填料，可导致内部水由纵缝处渗出，影响结构的混凝土耐久性。
拱波矢跨比小、横向联系少的宽大拱桥容易出现该种病害。检测过程中需对较为严重的裂缝进行测量，根据规范规定，对该类裂缝需及时封闭，若裂缝开展较为严重，需进一步采取专项维修加固措施。
3.2主拱圈径向裂缝
主拱圈的径向裂缝可分为正弯矩裂缝和负弯矩裂缝两种。
拱式桥拱圈跨中常出现横向正弯矩裂缝。该类裂缝的产生原因主要为：桥台水平位移、通行荷载过大、构件强度不足等使得跨中区域正弯矩效应增大，拱圈（肋）等下缘所受拉应力大于材料抗拉强度而开裂。裂缝下宽上窄，部分裂缝横向贯通，竖向有所延伸。
此类裂缝一般分布在3L/8—5L/8的区段内，少数也有的分布范围较大，延伸至1L/4—3L/4（L为拱桥跨径）范围内。
拱式桥拱脚易出现横向负弯矩裂缝。该类裂缝的产生原因主要为：桥台水平位移、通行荷载过大、构件强度不足等使得拱脚区域负弯矩效应增大，拱脚等上缘所受拉应力大于材料抗拉强度而开裂。裂缝上宽下窄，裂缝多横向贯通，垂直于拱轴线向下延伸。
以上两种裂缝易导致空气中的水汽进入，加速材料腐蚀速度直接影响桥梁结构的耐久性，应予以涂刷封闭。若裂缝出现较为密集或裂缝宽度超过规范允许值，则应进行灌胶封闭，并采取相应的加固维修措施。
3.3主拱圈环向裂缝
环向裂缝的出现一般在接合面部位，如双曲拱桥在拱肋与拱波结合面上会产生拱波环向裂缝。其走向大致与拱轴线相平行，分为剪力环向缝和法向拉力环向缝两种情况。剪力环向缝出现于拱脚附近剪力较大的区域，法向拉力环向缝出现在拱顶附近正弯矩较大的区域。
环向缝产生的原因主要有两方面：一方面因主拱圈整体性不足，肋、波、板的结合面过于薄弱，车辆荷载作用下出现开裂。另一方面当桥台发生水平位移以及不均匀沉降，导致拱顶正弯矩及拱脚剪应力大大增加，使结合面法向拉应力、剪应力超过其极限值而出现裂缝，裂缝较为严重。
此外，拱波坐浆不良；拱波脚的斜面脚较大；砂浆质量差，含水量较大等也是促使病害产生的因素。
3.4横向联系的损坏
双曲拱桥横向联系病害多为裂缝，主要由混凝土收缩徐变所引起，宽度较小；部分则是因本身尺寸偏小，强度和刚度相对较弱，与拱肋连接处抗剪能力偏小，在车辆荷载及微弯板的水平推力下出现开裂，严重者甚至脱落。
1）实腹段横隔板混凝土靠近固结端普遍存在竖向裂缝，裂缝下宽上窄，两侧面贯通；
2）横向联系构件角部混凝土斜向开裂、破损；
3）横向联系构件与拱片连接处下缘焊接钢筋脱焊或断裂。
上述横向联系构件病害主要是由于桥梁横向联结刚度较低，相邻拱片间挠度不连续，致使横向联系构件弯曲变形过大而开裂、破损，同时横向联系构件混凝土开裂、破损后致使横向联系刚度进一步降低，导致上述病害进一步加剧，表现为桥面铺装层大范围出现纵向裂缝，从而进一步降低桥梁的横向整体性，严重影响结构承载能力。若裂缝是由于收缩徐变所造成的，可采用渗透型结晶材料进行封闭，若裂缝产生的原因是由于结构偏小，强度和刚度相对不足所致，可在原横向联系构件下方增设通长钢筋，然后再采用外包混凝土进行增大横向联系构件截面尺寸或将横系梁改造成横隔板，从而提高横向联系构件的整体强度和刚度。
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3.5主拱圈异常变形
主拱圈异常变形表现为拱顶明显下挠，拱轴线不再是一条圆滑的曲线，局部呈现出折线状。拱顶发生较大的难以恢复的变形。主拱圈异常变形的原因主要有以下几点：
1）超载车辆作用；
2）基础不均匀沉降、拱脚水平位移；
3）原设计通行能力不足；
4）强度不足或预拱度不够；
5）横向联系设置偏弱，易开裂、失效，拱肋受力不均匀，导致单肋变形过大；
6）圬工拱桥卸落拱架后，因砂浆不饱满或强度偏低，短期内砂浆层发生破碎造成主拱圈永久变形。
如果主拱圈出现异常变形，应在现场对该桥梁进行详细检测，判别具体是那种原因导致主拱圈异常变形，然后再对其进行专项维修加固。
3.6主拱圈锈胀、破损
由于该类桥梁大多修建于上世纪60至80年代，经过几十年的风吹雨打，目前除结构病害外，普遍存在钢筋锈胀、混凝土破损现象，该类病害主要是由于主拱圈混凝土保护层局部偏薄，偏薄处的混凝土过早全面碳化，导致钢筋失去碱性保护而锈蚀并胀破表层混凝土所致。该类病害虽非结构病害，但其易使主拱圈有效截面缩减，对结构的承载能力极为不利。且该类病害会随着时间推移进一步加剧，建议及时凿除破损疏松的混凝土，对内部钢筋予以除锈并清理干净后，采用专用的修补砂浆予以修补，若钢筋锈蚀严重，应考虑对其进行加固。
4、结论及建议
1、不同桥型的结构受力特点不同，而双曲拱桥作为我国特色桥型，其独特的主拱圈构造，在赋予其较强的承载能力的同时，也因其构造特点易产生多种病害，故对该类桥梁所产生的病害进行归纳总结，从其受力角度进行科学分析、进行定性，然后进行针对性的维修、加固才能充分利用有限的维修资金确保桥梁的安全运营。
2、由于该类桥梁普遍使用时间较长，桥梁本身比较破旧，建议管养单位在对桥梁的日常巡查中，根据该类桥梁结构受力特点，对桥梁重要部位进行着重观察，发现问题及时进行维修。
参考文献：
【1】几类常见拱桥的病害分析及维修加固.中国水运.2006年
【2】谈双曲拱桥的加固维修技术.城市道桥与防洪.2010年
【3】双曲拱桥上部结构加固方法的应用研究.超星期刊.2019年
【4】《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）