本发明涉及桥梁加固维修方法领域，具体地指一种减重提载延长耐久性的双曲拱桥加固维修方法。
背景技术：
双曲拱桥是我国20世纪60～70年代在特定历史时期自主发明的一种桥梁结构形式，由主拱圈和拱上建筑组成。如图1～2所示，主拱圈由主拱肋1、拱波2和横系梁3组成，拱上建筑一般由腹拱墙或立柱4、腹拱波5、拱上填料6和桥面结构组成。由于其外形在纵横向两个方向均呈弧形曲线，故称双曲拱桥。20世纪60年代末至80年代初，双曲拱桥由于具有节省材料、造价低廉、施工简便、造型美观等特点，在全国范围内得到了广泛推广和应用。
随着双曲拱桥服役期的增长，在交通量剧增、自然侵蚀、材料老化等多种因素影响下，结构出现了不同程度的病害，存在严重的安全隐患，需要对其进行加固维修。目前双曲拱桥加固维修主要根据病害状况及原因进行局部加固维修。主拱圈的加固主要有：1、主拱圈外包混凝土增大截面，如专利号为“cn203129027u”的名为“一种双曲拱桥转换截面加固结构”的实用新型专利，通过在主拱圈上浇筑一层混凝土结构，将主拱肋、拱波全部包裹进去增加主拱圈的横截面积，提高整个主拱圈的结构稳定性和承载能力，达到了拱桥修复的目的，但是这种修复结构实际上大幅度增加了整个主拱圈的重量，加重了主拱圈自身的负担，另外这种修复结构需要搭建满堂支架，并不利于下方地形复杂的拱桥；2、主拱肋粘贴钢板、纤维布等，如专利号为“cn206952520u”的名为“一种拱肋截面增大的双曲拱桥”的实用新型专利，通过在拱肋底面粘贴钢板增加拱肋的结构强度，达到增强主拱圈结构稳定性的目的，但这种结构实际上存在很多弊端，例如修复方法较为繁琐、钢板易锈蚀损坏、钢板承载强度差的问题，难以进行大范围推广使用；3、主拱肋施加体外预应力；4、主拱肋底推钢箱拱加固。
而拱上建筑改造主要有：拱上建筑改为连续板式拱上建筑、置换拱上调料。双曲拱桥具有整体性差(自身由零散小构件拼装而成)、结构含筋量少、设计荷载等级低等缺点，使得采取上述一种或几种维修加固不系统、不彻底、不全面，甚至出现负面影响。
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，提供一种减重提载延长耐久性的双曲拱桥加固维修方法。
本发明的技术方案为：一种减重提载延长耐久性的双曲拱桥加固维修方法，其特征在于：封闭桥面交通，拆除拱上填料，先在拱波上端面浇筑混凝土增加拱波横截面面积，再于主拱肋和横系梁上浇筑钢筋混凝土增加两者横截面面积，最后在拱波和腹拱波上布置拱上填料的地方填充减重填料，在减重填料上浇筑桥面结构，完成拱桥加固维修。
进一步的所述的在拱波上端面浇筑混凝土增加拱波横截面面积的方法为：对拱波上端面进行凿毛处理，在拱波上端面进行植筋连接原有混凝土内的钢筋，再在拱波上面浇筑混凝土形成一层完全覆盖在原有混凝土上端面的钢筋混凝土层。
进一步的所述的在在拱波上面浇筑混凝土形成一层完全覆盖在原有混凝土上端面的钢筋混凝土层的方法为：从腹拱波与拱波连接处开始向拱脚方向由上至下浇筑混凝土，形成由上至下厚度逐渐增大的钢筋混凝土层。
进一步的所述的于主拱肋上浇筑钢筋混凝土增加横截面面积的方法为：对主拱肋的横向两侧和下端面进行凿毛，植筋连接主拱肋原混凝土内钢筋；对拱波下端与主拱肋接触的部位进行凿毛，植筋连接拱波原混凝土内钢筋；在主拱肋两侧和下端面以及拱波下端两侧浇筑混凝土增加主拱肋的横截面积。
进一步的在主拱肋两侧和下端面浇筑混凝土时，将横系梁与主拱肋连接部分浇筑在混凝土内。
进一步的在主拱肋横向两侧和下端面完成凿毛处理后，在主拱肋上植入钢筋和牺牲阳极锌块连接主拱肋原混凝土内钢筋。
进一步的所述的填充减重填料、在减重填料上浇筑桥面结构的方法为：在腹拱波和位于腹拱波上方的拱波上端面填筑减重填料，在减重填料上浇筑钢筋混凝土连续配筋板，最后在钢筋混凝土连续配筋板上布置沥青混凝土桥面铺装。
进一步的在减重填料上浇筑钢筋混凝土连续配筋板的方法为：在减重填料上浇筑钢筋混凝土连续配筋板，于顺桥向方向一跨或是两跨处于腹拱波拱脚位置预留伸缩缝，在伸缩缝与对应的腹拱波拱脚之间浇筑牛腿，在顺桥向中间预留后浇带间隙，待混凝土完成收缩徐变后，再在后浇带间隙上浇筑混凝土将所有的钢筋混凝土连续配筋板连接为整体。
进一步的包括以下步骤：
1)、封闭桥面交通，按照竖向分层，顺桥向和横桥向水平对称拆除桥面铺装和拱上填料；
2)、对处于腹拱波下方的拱波上端面进行凿毛植筋处理，从腹拱波与拱波连接处至主拱圈拱脚处由上至下开始浇筑混凝土，在拱波上端面浇筑出由上至下厚度逐渐增加的混凝土层；
3)、对主拱肋以及与主拱肋连接的拱波拱脚部位、与主拱肋连接的横系梁部分进行凿毛植筋，在主拱肋上植入牺牲阳极锌块，在主拱肋和横系梁的侧面和底面浇筑混凝土将主拱肋、与主拱肋连接的横系梁部分包裹成横截面增大拱形结构；
4)、对腹拱波和处于腹拱波上方的拱波表面进行修补，填充减重填料，在减重填料上浇筑钢筋混凝土连续配筋板，布置沥青混凝土铺装，完成拱桥修复。
进一步的所述的减重填料为密度不大于600kg/m3、强度不小于2.5mpa的轻质泡沫混凝土。
本发明具有减轻结构自重、提高结构承载能力、提高整体刚度和稳定性、延长结构使用寿命、应用前景好等优点，具体说明如下：
减轻结构自重：通过将原拱上填料更换为轻质泡沫混凝土，拱上填料容重从1800kg/m3～2450kg/m3降为550kg/m3～650kg/m3，减轻填料自重约2/3～3/4，即使进行了主拱肋和横系梁、拱背加厚和增加了钢筋混凝土连续配筋板后，结构自重仍有减轻，最大减轻约10％。
提高结构承载能力：通过主拱肋增大截面提高了主拱肋正弯矩抗弯承载能力，通过拱背加厚提高了主拱肋负弯矩抗弯承载能力。
提高整体刚度和稳定性：增设钢筋混凝土连续配筋板提高了活荷载横桥向和纵桥向分配系数，通过横系梁增大截面提高了横向整体稳定性。
延长结构使用寿命：在拱肋新旧钢筋之间增设牺牲阳极锌块延缓钢筋锈蚀速率，对外露混凝土涂刷水性混凝土防护涂装体系降低混凝土碳化速率和雨水侵蚀影响，对轻质泡沫混凝土下的主/腹拱圈背部涂刷聚氨酯防水涂料、安装拱上和桥面排水系统避免雨水侵蚀混凝土结构，采取上述措施延长了混凝土结构的使用寿命。
应用前景好：国内运营中的双曲拱桥数量庞大，其中大部分有待加固，采用上述维修改造方法，能极大改善在役双曲拱桥的受力性能和行车舒适性，提高桥梁运营年限、节约建设资金，且本方法不改变桥梁外观，对具有历史文化价值的双曲拱桥意义更为重大。
附图说明
图1：本发明双曲拱桥修复前的主视图；
图2：本发明的图1中的1-1视图；
图3：本发明双曲拱桥修复后的主视图；
图4：本发明的图3中的2-2视图；
图5：本发明的主拱肋植筋布置示意图；
图6：本发明的钢筋混凝土连续配筋板浇筑结构示意图；
其中：1—主拱肋；2—拱波；3—横系梁；4—腹拱墙；5—腹拱波；6—沥青混凝土桥面铺装；7—拱上填料；8—减重填料；9—钢筋混凝土连续配筋板；10—第一植筋；11—第二植筋；12—第三植筋；13—第一外包混凝土；14—第二外包混凝土；15—牺牲阳极锌块；16—第三外包混凝土；17—伸缩缝；18—牛腿；19—后浇带。
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1～5所示，本实施例的双曲拱桥维修加固方法主要从三个方面进行调整，一是通过增加主拱肋1和横系梁3的横截面积提高主拱圈的结构强度；二是通过增加拱波2的横截面积提高主拱圈的结构强度；三是通过将拱上填料7更换为轻质材料减小拱桥自身荷载。
如图3～5所示，为第一种方案的实施方式示意图，对主拱肋1进行凿毛处理，凿毛的厚度约为1cm，形成粗糙面，然后对其进行植筋，主拱肋1上的植筋如图5所示，植入的钢筋伸入到主拱肋1的原混凝土内部与内部钢筋相连接，为了提高后续增加的钢筋混凝土与原先结构的连接强度，本实施例的植筋包括伸入到主拱肋1内部的第一植筋10、伸入到拱波2拱脚内的第二植筋11和伸入到横系梁3内的第三植筋13，植筋完成后通过在拱桥上布置吊装模板进行混凝土浇筑，将所有植筋和凿毛处理的部分浇筑混凝土，形成包裹主拱肋1、拱波2拱脚部分和横系梁3与主拱肋1连接部分的第一外包混凝土13，完成主拱肋1的横截面增大施工。
同时，横系梁3的加固与主拱肋1的加固同时进行，即先对横系梁3裸露在外的部分进行凿毛植筋处理，然后在主拱肋1上浇筑混凝土时，同时对横系梁3上进行混凝土浇筑，形成包裹在横系梁3外侧的第二外包混凝土14，横系梁3两端部分包裹在第一外包混凝土13内，中间部分包裹在第二外包混凝土14内，第二外包混凝土14两端与第一外包混凝土13固定连接形成整体结构。
主拱肋1和横系梁3外包混凝土的断面尺寸和配筋分别根据主拱肋1正弯矩抗弯承载力和横向刚度要求计算确定，最小厚度应满足钢筋内外净保护层最小厚度的要求，混凝土采用无收缩细石自密实混凝土
为了避免后续使用过程中主拱肋1内部钢筋的锈蚀，本实施例在对主拱肋1进行植筋处理时，还将牺牲阳极锌块15植入到主拱肋1原混凝土内与原钢筋骨架进行连接，通过电化学反应减小钢筋骨架的锈蚀，具体结构见图5所示。
如图3～4所示，为第二种方案的实施方式示意图，对拱波2进行维修加固，对拱波2上端面进行凿毛处理，在拱波2上端面进行植筋连接原有混凝土内的钢筋，再在拱波2上面浇筑混凝土形成一层完全覆盖在原有混凝土上端面的第三外包混凝土16。本实施例的第三外包混凝土16浇筑时，是从3/8处的拱波2开始由上至下开始浇筑施工，该位置是腹拱波5与拱波2的连接处，本实施例改造的拱波2实际上腹拱波5下方的部分拱波2，通过在腹拱波5与拱波2的连接处开始向下浇筑混凝土，使形成的第三外包混凝土16由上至下厚度逐渐增大。
如图3和5所示，为第三种方案的实施方式示意图，拱上填料7拆除前需要封闭桥面交通，然后对称分层拆除桥面铺装和拱上填料7。拱上填料7拆除施工荷载应严格按照设计要求执行，拆除顺序严格按照竖向分层、纵横向水平对称分区进行，拆除过程严禁损伤原结构，并做好施工工程结构监控，保证施工安全和结构安全。
拱上填料7实际上是填充在腹拱波5和一部分拱波2上的填充结构，如图3所示，这部分拱波2为位于腹拱波5上方的拱波2部分。填充前，对裸露的拱波2和腹拱波5背部进行裂缝缺陷处理后涂刷聚氨酯防水涂料，安装拱上和桥面排水系统。在涂刷聚氨酯防水涂料后的拱波2和腹拱波5浇筑减重填料8，本实施例的减重填料8为轻质泡沫混凝土。轻质泡沫混凝土干密度不大于600kg/m3、强度不小于2.5mpa，且在距泡沫混凝土顶部5cm位置安装玻纤格栅，泡沫混凝土顶标高偏差控制在-5cm～0cm间。
轻质泡沫混凝土填充完成后，在轻质泡沫混凝土的上方开始浇筑钢筋混凝土连续配筋板9，如图6所示，钢筋混凝土连续配筋板9顺桥向1～2跨或不大于70m长度设置一道伸缩缝17，并在伸缩缝17处增设钢筋混凝土牛腿18，将钢筋混凝土连续配筋板9荷载传递到拱脚处。钢筋混凝土连续配筋板9顺桥向中间1m宽作为后浇带19，待混凝土收缩徐变完成大部分后再浇筑。
然后在钢筋混凝土连续配筋板9上方恢复沥青混凝土桥面铺装6，最后对外露混凝土表面进行裂缝缺陷处理，基面处理后涂刷水性混凝土防护涂装体系完成整个桥梁结构的加固修复施工。
具体的施工方案包括以下步骤：
1、封闭桥面交通，按照竖向分层，顺桥向和横桥向水平对称拆除桥面铺装和拱上填料7；
2、对处于腹拱波5下方的拱波2上端面进行凿毛植筋处理，从腹拱波5与拱波2连接处至主拱圈拱脚处由上至下开始浇筑混凝土，在拱波2上端面浇筑出由上至下厚度逐渐增加的混凝土层；
3、对主拱肋1以及与主拱肋1连接的拱波2拱脚部位、与主拱肋1连接的横系梁3部分进行凿毛植筋，在主拱肋1上植入牺牲阳极锌块15，在主拱肋1和横系梁3的侧面和底面浇筑混凝土将主拱肋1、与主拱肋1连接的横系梁3部分包裹成横截面增大拱形结构；
4、对腹拱波5和处于腹拱波5上方的拱波2表面进行修补，填充减重填料8，在减重填料8上浇筑钢筋混凝土连续配筋板9，布置沥青混凝土铺装6，完成拱桥修复。
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。