一种双曲拱桥拱复合套拱加固方法与流程

本发明涉及桥梁修复结构技术领域，具体地指一种双曲拱桥拱复合套拱加固方法。

背景技术：

双曲拱桥是一种结构受力非常优秀的桥梁，应用历史悠久，其结构如图1～2所示，双曲拱桥通过主拱圈1支撑，主拱圈1沿桥向为拱形结构，其横桥向的截面上包括多根间隔排列的拱肋1.1，主拱圈1的拱背上沿桥向设置有多根间隔布置的原横梁1.2，原横梁1.2上安装有竖直布置的腹拱墙1.3，腹拱墙1.3上安装有腹拱1.4，腹拱1.4沿桥向连续布置，腹拱1.4上浇筑有填料1.5，桥面1.6铺设在填料1.5上，然后在桥面1.6上布置各种桥面附属设施1.7。

双曲拱桥因为受力结构良好，应用极为广泛，目前我国在役双曲拱桥数量庞大。双曲拱桥受设计荷载、建造工艺、材料性能、运营年限、养护水平等因素的综合影响，普遍表现出刚度下降、整体性偏弱、承载能力不足的状况，必须进行加固。

双曲拱桥强度变差主要是主拱圈的结构出现问题，通常需要对主拱圈进行相应的加固维修。常用双曲拱桥加固方法是在拱腹浇筑混凝土增大拱肋截面或改变拱圈截面形式，这类方法需要在桥下搭设大量的施工支架，当桥梁跨越沟谷、河流、公路、铁路等地区时，施工往往比较困难，加固费用高，还会严重影响桥下交通。且以往的加固方法均会造成桥梁外观的较大改变，对一些具有文物价值的桥梁，将造成不可弥补的伤害。

目前，有专利通过改造拱肋的结构从而增强整个拱圈的强度，以此来达到增强整个桥梁稳定性，如专利号为“CN101881005A”的名为“一种双曲拱桥的加固方法”的中国发明专利，该专利介绍了一种通过改变拱圈截面结构的方式增强拱圈强度的修复方法，该方法通过在拱波的上方钻孔，然后在拱腹处搭设支架和模板，通过向拱波上的通孔向下浇筑混凝土，使拱波的下端面形成坚实的混凝土结构，改变整个拱圈的横截面结构，通过将原先的拱形拱波结构，直接浇筑变成方形的板状结构，从而增强整个拱圈的强度。该专利的方法能够增强整个拱圈的结构强度，但是由于从内而外的改变了整个拱圈的结构，且需要在拱圈的下方搭建支架浇筑混凝土，因此不利于应用到拱桥下方需要通行或是有通行要求的拱桥上。

也有专利通过在拱圈的下方架设钢拱架来支撑拱圈，达到增强整个桥梁结构的目的，但是需要临时制作钢拱架，材料耗费较大，施工修复的成本较高，另外，架设钢拱架需要使用大型的吊运设备，对于有通航要求的桥梁来说显然是不适用的。另外，对于有保护价值的文物古桥梁，使用钢拱架进行加固是不符合文物修复的要求的。

由此可见，现阶段双曲拱桥加固主要存在两大难题：一是，如何减少桥梁加固与桥下环境间的相互影响，即一般的加固方式往往会影响桥下的航道、道路，同时桥下的峡谷、河流等复杂施工环境也影响桥梁的加固；二是，如何最大限度地保留原有结构，避免对需保留的原有结构造成损伤。对具有文物价值的桥梁，还面临确保不改变原桥外观与历史风貌，实现修旧如旧的困难。目前还没有有效的加固方法能解决这两大难题。

技术实现要素：

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种双曲拱桥拱复合套拱加固方法。

本发明的技术方案为：一种双曲拱桥拱复合套拱加固方法，其特征在于：沿顺桥向方向在主拱圈的拱背上浇筑出多条拱形的与主拱圈等长的混凝土加强筋，通过多条间隔排列的凸出于拱背的加强筋增强主拱圈的结构强度。

进一步的所述的方法包括以下步骤：

1、封闭桥面交通，拆除桥面以及位于桥面下方、主拱圈上方的填料；

2、在主拱圈的拱背上沿桥向开设出多条与主拱圈等长的矩形槽口，多条矩形槽口沿横桥向相互平行间隔排列；

3、在矩形槽口内下模板，绑扎钢筋，浇筑混凝土形成凸出于主拱圈拱背的加强筋；

4、加宽拱背上的原横梁形成横截面变宽的新横梁，在腹拱和腹拱墙上浇筑用于支撑桥面板的立柱；

5、在立柱上铺设桥面板，修建桥面附属设施，对全桥进行清洗，恢复桥面交通。

进一步的所述的混凝土加强筋的浇筑方法为：使用高压水射流技术在主拱圈的拱背上开凿出与主拱圈等长的矩形槽口，使槽口沿桥向贯通拱背上的原横梁，再在开凿出的槽口内搭模板、下钢筋，浇筑混凝土形成凸出于拱背、沿桥向穿过原横梁的加强筋。

进一步的所述的槽口按照从主拱圈的拱脚至拱顶的方向对称开凿。

进一步的所述的槽口位于主拱圈的拱肋正上方。

进一步的所述的步骤中，加宽原横梁的方法为：沿顺桥向将原横梁两侧的一部分拱背和加强筋凿毛，在原横梁、凿毛的拱背和加强筋上植筋，在原横梁的两侧搭建模板，在模板内下料钢筋骨架，再向模板内浇筑混凝土，形成将原横梁以及一部分加强筋包裹在内的新横梁。

进一步的所述的步骤中，立柱的浇筑方法为：清理腹拱的上端面，将腹拱墙的上端面以及位于腹拱墙上端两侧的腹拱的拱波表面凿毛，在腹拱墙和凿毛的腹拱上植筋，搭建模板，下料钢筋，浇筑出沿竖直方向布置的立柱。

进一步的所述的步骤中，桥面板的铺设方法为：在主拱圈的拱顶位置浇筑混凝土使之形成拱顶加强板，通过拱顶加强板将桥面板固定在主拱圈的拱顶处，将桥面板的下端面支承于立柱的上端。

进一步的所述的加强筋的浇筑方法为：沿顺桥向将拱背凿毛，在凿毛的拱背上植筋，搭设模板，下料钢筋，直接在拱背上浇筑出加强筋。

本发明在原拱背新增加强筋加固双曲拱桥，具有不受桥下环境制约、适应性好、不改变原桥外观、可操作性好、新旧结构共同受力、应用前景好等技术特征：

不受桥下环境制约：本发明的加固方法大部分工作在拱背以上完成，施工过程中无需搭设桥下施工支架，对跨越河流、公路、铁路的桥梁施工方便，不影响桥下交通，社会影响小。

适应性好：本发明的加固方法可以应用到各种跨径、布置形式的双曲拱桥加固改造中，也可以运用到钢筋混凝土板拱桥的加固中。并且，根据加固前桥梁承载能力状况，可根据需要适当调整加强筋的截面尺寸，从而极大地改善拱圈的承载能力、受力性能和安全储备。

不改变原桥外观：本发明的加固方法尽可能多地保留原结构，外露的主体构件根据需要可全部保留，新增结构均位于主拱圈、桥面及侧墙所组成的封闭空间中，从外部不可见。将外露且病害严重的附属设施更换为与原结构尺寸、造型、材料、颜色均一致的新构件，最后对全桥进行清洗，将保留的构件修复到原设计的尺寸，并对全桥进行防腐涂装，该方法能保证桥梁维持原有历史风貌不变化，做到修旧如旧。

可操作性好：本发明的加固方法先拆除大部分拱上建筑，新增加强筋建造时作业空间不受限制，施工安全和质量更有保障。原拱背上新增加强筋位置开槽可采用超高压水射流破碎技术实施，施工精度高，过程中不损伤需保留的原结构，大量的混凝土破碎工作均由机械完成，大大减轻劳动强度。

新旧结构共同受力：本发明的加固方法通过设置植筋等方式，能够保证新、旧结构之间的有效连接，避免新旧结构实质性分离、分开受力的不利情况，新旧结构共同承受上部荷载。

应用前景好：国内运营中的双曲拱桥数量庞大，其中大部分亟待加固，在原拱背新增加强筋的加固方法，能够极大地改善在役双曲拱桥的受力性能、提高桥梁运营年限、节约建设资金，本方法不改变桥梁外观，对具有文物性质和历史价值的双曲拱桥意义重大。

附图说明

图1：原双曲拱桥的主视图；

图2：原双曲拱桥的横截面结构示意图；

图3：改造后的双曲拱桥的主视图；

图4：改造后的双曲拱桥的横截面结构示意图；

其中：1—主拱圈；1.1—拱肋；1.2—原横梁；1.3—腹拱墙；1.4—腹拱；1.5—填料；1.6—桥面；1.7—桥面附属设施；2—加强筋；3—新横梁；4—立柱；5—桥面板；6—拱顶加强板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图3～4，本实施例通过在主拱圈1的拱背上增设加强筋2，增加整个主拱圈1的结构强度，从而加固整个双曲拱桥。

本实施例的施工步骤如下：

1、封闭桥面1.6交通，拆除桥面附属设施1.7，桥面附属设施1.7如栏杆、雕塑或是路灯等设备设施，对于事古文物的设施需要妥善保存，再使用机械设备将桥面1.6以及桥面1.6下方的填料1.5凿除，将主拱圈1拱顶部位裸露出来，如图3所示；

2、使用高压水射流技术或是其他设备在主拱圈1的拱背上开出矩形的槽口，槽口沿顺桥向布置于主拱圈1等长，开设时应该从两侧的拱脚开始对称开凿，并一起延伸至拱顶处形成完整的槽口结构，遇到原横梁1.2阻挡时，使用高压水射流技术将原横梁1.2凿通，使槽口沿桥向贯通所有的原横梁1.2，槽口应该按照桥横向间隔平行排列，保证后期结构的稳定性；

3、在矩形槽口内下模板，绑扎钢筋，浇筑混凝土形成凸出于主拱圈1拱背的加强筋2，浇筑出的加强筋2贯穿每一根原横梁1.2，拱形加强筋2的拱脚与主拱圈1的拱脚重合，加强筋2形成多个套设在主拱圈1上端面的支撑拱结构，增强了整个主拱圈1的支撑性能；

4、拓宽原横梁1.2，将原横梁1.2沿桥向两侧的一部分拱背和加强筋2凿毛，在凿毛的拱背和加强筋2上植筋、搭建模板，向模板内浇筑混凝土形成新的横梁结构，新横梁3将原横梁1.2包裹在内，新横梁3还将一部分的加强筋2包裹在内，即新横梁3支撑在加强筋2和拱背上，增强了整个连接结构的稳定性；

5、在腹拱1.4和腹拱墙1.3上搭建立柱4，将腹拱1.4上的结构凿除，再将腹拱墙1.3的上端和其上端两侧的腹拱1.4的拱波上端面凿毛，在腹拱墙1.3的上端和凿毛的腹拱1.4上植筋、搭设模板、浇筑混凝土，形成竖直布置的立柱结构，立柱4下端支承于腹拱1.4和腹拱墙1.3的上端，上端用于支撑桥面板5，原有的桥面1.6通过填料1.5支撑，填料1.5重量太大，使主拱圈1承受巨大的压力，改用立柱4后，减轻了主拱圈1的承受压力，增强了桥梁结构的稳定性；

6、在主拱圈1的拱顶部位浇筑混凝土，将桥面板5固定在主拱圈1的拱顶部位和位于拱顶部位上的加强筋2上，通过在桥面板5和拱顶之间浇筑混凝土形成连接拱顶与桥面板5的拱顶加强板6，位于拱顶处的加强筋2也被浇筑在拱顶加强板6内，本实施例的桥面板5为预制厂预制后运至现场的；

7、恢复桥面铺装即外观修复，恢复桥面栏杆、人行道等设备设施，修复原桥面上的缺陷，并对全桥进行清洗，恢复原桥的外观，对拱桥为文物古桥的桥梁进行修复，达到修旧如旧的效果。

对主拱圈1与桥面板5之间的距离较大的桥梁或修复时可调整桥面标高的桥梁来说，修复时，可以不用在主拱圈1的拱背上开凿矩形槽口，可以直接在主拱圈1的拱背上植筋、搭设模板，再在模板内浇筑混凝土形成加强筋2，实际上只需要将原横梁1.2凿通就可以了。

当拱顶与桥面板5之间的间隔很小时，增加的加强筋2又侵占了一部分间隙，此时如果直接在拱顶上铺设桥面板5，桥面板5就会超出原桥面，导致整个桥面结构的改变。因此，本实施例在桥面板5与拱顶距离较小时，直接在拱顶上浇筑混凝土形成拱顶加强板6，将这部分拱顶加强板6的上端面作为一部分的桥面，然后在拱顶加强板6的顺桥向两端铺设桥面板5，将桥面板5的端部与拱顶加强板6的顺桥向两端固定连接形成整体结构，桥面板5的下端支承于立杆4上端，桥面板5和拱顶加强板6的上端面形成桥面。由此，避免了铺设的桥面超出原桥面的高度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。