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【摘要】根据双曲拱桥的特点，通过对双曲拱桥的主要病害进行成因分析，提出相应的加固方案及加固工艺，并通过对案例的结构验算、分析，对比加固方案的可行性。
【关键词】双曲拱桥；病害分析；加固；方案可行性
双曲拱桥以其施工便捷、造价低、造型美观等优点，六七十年代出现后即得到了迅速的推广应用。随着国民经济的发展，交通运输量的增加，重载车增多，双曲拱桥上部结构的主要病害（拱波纵向开裂；拱肋横向开裂；横系梁（横隔板）开裂或脱落；拱顶下沉开裂；侧墙鼓胀外倾及腹拱纵裂；腹拱圈纵横向开裂等）也不断表现出来。所以，有必要根据现有技术状况，存在的病害情况，车辆通行的需要，以及将来交通发展的趋势，对病害双曲拱桥进行结构验算分析，提出既经济又施工可行，且能满足加固后承载力要求的加固方法。
1.主拱圈加固主要方法：
1.1 扩大拱肋截面加固法
外包钢筋混凝土加大拱肋，从而扩大拱肋的截面尺寸，增加拱肋断面的含筋率，以提高拱肋的抗弯刚度。采用增大截面法进行旧桥加固改造时，由于新旧结构的材料性质或混凝土之间收缩率的不同，引起结构内力的重分布，在新旧材料或新旧结合面处将出现较大的拉应力，极易出现裂缝而影响结构的整体性。因此，必要时应该进行收缩应力的计算；在新旧材料或者新旧结构之间的结合面处采用增加纤维和采用性能相近的材料进行补强。
1.2 粘贴法加固主拱圈
通过在主拱肋受拉区底缘或受力薄弱部位粘贴钢板或碳纤维布等材料，本法要求卸载之后再粘贴，才会产生作用，不然仅承担活载。
2.工程案例：
现以某3*50m双曲拱桥为例， 桥梁全长182m，行车道宽8.5m，桥面采用水泥混凝土铺装。桥梁每跨均由6片拱肋、15道横系梁组成，拱圈矢跨比为1/6，组合式U型桥台及双柱式桥墩，立柱直径为2.5m。原桥设计荷载标准是汽—15级，挂—80，计算荷载标准提高为公路Ⅱ级；原桥拱上填料为素混凝土，容重按25 kN/m3计（2004年旧桥加固将填料由砂砾更换为素混凝土）
2.1 原桥结构验算：
病害情况：墩顶处腹拱圈纵向贯通裂缝，对应横墙开裂，裂缝宽度约20mm；第三跨拱顶处拱肋横向开裂，裂缝宽度约5mm；第二第三跨边拱波纵向开裂，裂缝宽度约5mm；
验算条件：主拱圈的横断面中，由于拱肋、拱波及拱板均存在开裂现象，所以断面的承载能力等性能指标相比整体现浇的断面有所下降。因此，本计算对拱肋等主要构件的断面承载能力等性能指标打8折进行考虑。
原桥结构计算结果：
主拱圈拱顶处裂缝宽度不满足要求；腹拱圈纵桥向及横桥向正应力均不满足要求；主拱圈压弯承载能力，主拱圈抗剪承载能力、主拱圈面内稳定性均满足要求。原桥主拱圈及腹拱圈的计算裂缝宽度指标超限（腹拱圈现状开裂严重）；另外，由于桥面板整体连续，在基础的不均匀沉降、汽车效应、温度效应等工况作用下，造成桥墩处的桥面板的变形、内力均较大，计算裂缝宽度指标超限。
2.2 旧桥加固处治方案：
2.2.1 加固方案一：外包混凝土方案
加固措施：主拱肋外包15cm厚钢筋混凝土； 横墙外包15cm厚钢筋混凝土，腹拱圈内衬25cm钢筋混凝土；
计算条件：主拱肋外包钢筋混凝土时，拱肋横断面中，外包的凹形断面作为叠合截面进行考虑，凹形叠合组件的混凝土湿重由原主拱圈结构承受，凹形疊合组件只承受部分新施工的二期恒载及部分活载的效应。
2.2.2 加固方案一计算结果：
主拱圈裂缝宽度、抗弯承载力、抗剪承载能力、主拱圈面内稳定性、腹拱圈纵桥向及横桥向正应力等主要参数均满足公路Ⅱ级荷载标准要求。
2.2.3 加固方案二：卸载，更换拱上填料为轻质混凝土（泡沫混凝土）
加固措施：更换全桥桥面系及腹拱圈，包括腹拱拱座、腹拱、侧墙、拱上建筑，保留主拱圈及横墙，拱上填料采用轻质混凝土，腹拱圈及拱座采用整体性更好的钢筋砼；
计算条件：拱上填料采用轻质混凝土，容重调整为8 kN/m3进行计算（减载）。
2.2.4 加固方案二计算结果：
由于加固方案二的减载效果，改造后桥梁各构件的承载能力及裂缝宽度指标比较容易控制。各构件均满足公路Ⅱ级荷载标准要求。
3.总结：
加固方案一增载明显，原桥墩承载力及桥台基础面临滑移的风险（基础的抗滑移安全系数不足的可能）尚应作进一步验证。
加固方案二由于较明显地减轻了拱上建筑重量，受力情况分析较为合理，各主要构件基本能满足要求。原桥结构拱上填料为素混凝土，厚度约为0.8～1m，而拱桥侧墙保持为原有的浆砌片石结构，此方案需要凿除拱顶素混凝土填料，由于素混凝土填料强度较高，且厚度较大，而拱板配筋较少，存在局部开裂的情况，凿除填料过程难以保证拱板及拱圈的完整性，不确定因素较多，施工过程存在较大风险。
以上两个加固方案均以公路-Ⅱ级荷载标准进行验算，荷载标准偏低，不满足本桥作为主干道的荷载要求，另外，方案一估算建安费为532万，方案二估算建安费为496万，笔者认为本桥维修加固的效益不明显，应考虑拆除重建。
若旧桥拱上填料为砂砾等松散结构，且主体结构无明显病害、交通量不大的情况下则可考虑采用减轻拱上填料的方法对旧桥进行加固处理。
目前，正在服役的公路钢筋混凝土双曲拱桥数量还比较多，其中的大多数都存在不同程度的病害，给桥梁的安全性、耐久性和可靠性带来了不利影响。正确分析和总结既有双曲拱桥的病害及其成因，以及对加固方案的分析计算，对于桥梁的维修加固或改建的选择有着重要意义。
【关键词】双曲拱桥；病害分析；加固；方案可行性
双曲拱桥以其施工便捷、造价低、造型美观等优点，六七十年代出现后即得到了迅速的推广应用。随着国民经济的发展，交通运输量的增加，重载车增多，双曲拱桥上部结构的主要病害（拱波纵向开裂；拱肋横向开裂；横系梁（横隔板）开裂或脱落；拱顶下沉开裂；侧墙鼓胀外倾及腹拱纵裂；腹拱圈纵横向开裂等）也不断表现出来。所以，有必要根据现有技术状况，存在的病害情况，车辆通行的需要，以及将来交通发展的趋势，对病害双曲拱桥进行结构验算分析，提出既经济又施工可行，且能满足加固后承载力要求的加固方法。
1.主拱圈加固主要方法：
1.1 扩大拱肋截面加固法
外包钢筋混凝土加大拱肋，从而扩大拱肋的截面尺寸，增加拱肋断面的含筋率，以提高拱肋的抗弯刚度。采用增大截面法进行旧桥加固改造时，由于新旧结构的材料性质或混凝土之间收缩率的不同，引起结构内力的重分布，在新旧材料或新旧结合面处将出现较大的拉应力，极易出现裂缝而影响结构的整体性。因此，必要时应该进行收缩应力的计算；在新旧材料或者新旧结构之间的结合面处采用增加纤维和采用性能相近的材料进行补强。
1.2 粘贴法加固主拱圈
通过在主拱肋受拉区底缘或受力薄弱部位粘贴钢板或碳纤维布等材料，本法要求卸载之后再粘贴，才会产生作用，不然仅承担活载。
2.工程案例：
现以某3*50m双曲拱桥为例， 桥梁全长182m，行车道宽8.5m，桥面采用水泥混凝土铺装。桥梁每跨均由6片拱肋、15道横系梁组成，拱圈矢跨比为1/6，组合式U型桥台及双柱式桥墩，立柱直径为2.5m。原桥设计荷载标准是汽—15级，挂—80，计算荷载标准提高为公路Ⅱ级；原桥拱上填料为素混凝土，容重按25 kN/m3计（2004年旧桥加固将填料由砂砾更换为素混凝土）
2.1 原桥结构验算：
病害情况：墩顶处腹拱圈纵向贯通裂缝，对应横墙开裂，裂缝宽度约20mm；第三跨拱顶处拱肋横向开裂，裂缝宽度约5mm；第二第三跨边拱波纵向开裂，裂缝宽度约5mm；
验算条件：主拱圈的横断面中，由于拱肋、拱波及拱板均存在开裂现象，所以断面的承载能力等性能指标相比整体现浇的断面有所下降。因此，本计算对拱肋等主要构件的断面承载能力等性能指标打8折进行考虑。
原桥结构计算结果：
主拱圈拱顶处裂缝宽度不满足要求；腹拱圈纵桥向及横桥向正应力均不满足要求；主拱圈压弯承载能力，主拱圈抗剪承载能力、主拱圈面内稳定性均满足要求。原桥主拱圈及腹拱圈的计算裂缝宽度指标超限（腹拱圈现状开裂严重）；另外，由于桥面板整体连续，在基础的不均匀沉降、汽车效应、温度效应等工况作用下，造成桥墩处的桥面板的变形、内力均较大，计算裂缝宽度指标超限。
2.2 旧桥加固处治方案：
2.2.1 加固方案一：外包混凝土方案
加固措施：主拱肋外包15cm厚钢筋混凝土； 横墙外包15cm厚钢筋混凝土，腹拱圈内衬25cm钢筋混凝土；
计算条件：主拱肋外包钢筋混凝土时，拱肋横断面中，外包的凹形断面作为叠合截面进行考虑，凹形叠合组件的混凝土湿重由原主拱圈结构承受，凹形疊合组件只承受部分新施工的二期恒载及部分活载的效应。
2.2.2 加固方案一计算结果：
主拱圈裂缝宽度、抗弯承载力、抗剪承载能力、主拱圈面内稳定性、腹拱圈纵桥向及横桥向正应力等主要参数均满足公路Ⅱ级荷载标准要求。
2.2.3 加固方案二：卸载，更换拱上填料为轻质混凝土（泡沫混凝土）
加固措施：更换全桥桥面系及腹拱圈，包括腹拱拱座、腹拱、侧墙、拱上建筑，保留主拱圈及横墙，拱上填料采用轻质混凝土，腹拱圈及拱座采用整体性更好的钢筋砼；
计算条件：拱上填料采用轻质混凝土，容重调整为8 kN/m3进行计算（减载）。
2.2.4 加固方案二计算结果：
由于加固方案二的减载效果，改造后桥梁各构件的承载能力及裂缝宽度指标比较容易控制。各构件均满足公路Ⅱ级荷载标准要求。
3.总结：
加固方案一增载明显，原桥墩承载力及桥台基础面临滑移的风险（基础的抗滑移安全系数不足的可能）尚应作进一步验证。
加固方案二由于较明显地减轻了拱上建筑重量，受力情况分析较为合理，各主要构件基本能满足要求。原桥结构拱上填料为素混凝土，厚度约为0.8～1m，而拱桥侧墙保持为原有的浆砌片石结构，此方案需要凿除拱顶素混凝土填料，由于素混凝土填料强度较高，且厚度较大，而拱板配筋较少，存在局部开裂的情况，凿除填料过程难以保证拱板及拱圈的完整性，不确定因素较多，施工过程存在较大风险。
以上两个加固方案均以公路-Ⅱ级荷载标准进行验算，荷载标准偏低，不满足本桥作为主干道的荷载要求，另外，方案一估算建安费为532万，方案二估算建安费为496万，笔者认为本桥维修加固的效益不明显，应考虑拆除重建。
若旧桥拱上填料为砂砾等松散结构，且主体结构无明显病害、交通量不大的情况下则可考虑采用减轻拱上填料的方法对旧桥进行加固处理。
目前，正在服役的公路钢筋混凝土双曲拱桥数量还比较多，其中的大多数都存在不同程度的病害，给桥梁的安全性、耐久性和可靠性带来了不利影响。正确分析和总结既有双曲拱桥的病害及其成因，以及对加固方案的分析计算，对于桥梁的维修加固或改建的选择有着重要意义。