CN111119079A - 一种实腹式圬工拱桥的加固施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及实腹式圬工拱桥加固技术领域，具体涉及一种实腹式圬工拱桥的加固施工方法，包括：步骤A：在拱桥的原拱圈底部下方搭设浇筑模板，使得浇筑模板与原拱圈底部之间形成加固层浇筑区；步骤B：在拱桥的桥面上开设浇筑通孔，所述浇筑通孔沿拱桥的桥面向下延伸且依次贯穿拱桥的铺装层、拱顶填料以及原拱圈并与加固层浇筑区连通；步骤C：通过所述浇筑通孔向加固层浇筑区浇筑预拌的混凝土，直至混凝土填充满加固层浇筑区后停止浇筑，混凝土在加固层浇筑区形成加固层；步骤D：待加固层的强度达到预设强度后拆除所述浇筑模板。本发明的实腹式圬工拱桥加固施工方法，能够提高加固层质量、减小加固层厚度、简化加固施工流程。

Description

一种实腹式圬工拱桥的加固施工方法

技术领域

本发明涉及实腹式圬工拱桥加固技术领域，具体涉及一种实腹式圬工拱桥的加固施工方法。

背景技术

实腹式圬工拱桥是现阶段省县乡道上一种常见的桥梁，其跨径一般小于20米，主拱圈大多为石料或者素混凝土。近年来，随着省县乡道车流量增加以及超载车、重型车增多，有些拱桥的拱圈出现了不同程度的病害，如纵、横向开裂，砌缝脱落等，使得桥梁的承载能力降低；另外，受桥梁荷载等级提高需要，一些荷载等级低的实腹式拱桥也需要进行加固。

当前，实腹式圬工拱桥的加固方法归结起来有两大类。一类是通过改变结构体系或减轻拱上填料恒重，减小拱圈内力，维持主拱圈承载功能，但是结构体系的改变对于专业技术的要求较大，减轻拱上填料的自重对于主拱圈的改善效果不明显。另一类是通过补强主拱圈提高其承载能力，加固材料有碳纤维布、钢板以及钢筋混凝土，加固方式有套箍、拱背和拱腹加固。其中，碳纤维布和钢板由于与原拱圈的粘结性能较差，加固施工效果不好；套箍以及拱背加固的方式需要挖除拱上填料，施工周期长，工作量大，造成的交通压力大。因此，在实腹式圬工拱桥补强主拱圈的首选方式是拱腹加固。

当前针对实腹式拱桥的拱腹加固方式，就是在拱腹处增设钢筋混凝土拱圈，为保证足够的承载能力,增设拱圈的厚度一般在30cm以上，纵向钢筋层数在2层以上，同时，为保证与原拱圈的可靠粘结，会大面积植筋，植筋间距在15cm左右，呈梅花形布置。一系列的实践发现该加固方式存在三大缺点，一是加固层厚度大，不仅影响桥梁美观还严重影响桥下泄洪；二是钢筋布置多，给施工带来了较大的不便；三是混凝土浇筑质量不佳，在拱顶等区域经常存在混凝土浇筑不密实的状况。

因此，如何提高实腹式圬工拱桥的加固层质量，减小加固层厚度，并且简化加固施工流程成为本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种实腹式圬工拱桥的加固施工方法，以能够提高加固层质量、减小加固层厚度、简化加固施工流程，从而能够提升实腹式圬工拱桥的加固施工效果。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种实腹式圬工拱桥的加固施工方法，包括以下步骤：

步骤A：在拱桥的原拱圈底部下方搭设浇筑模板，使得浇筑模板与原拱圈底部之间形成加固层浇筑区；所述加固层浇筑区的厚度与预设的加固厚度相对应；

步骤B：在拱桥的桥面上开设浇筑通孔，所述浇筑通孔沿拱桥的桥面向下延伸且依次贯穿拱桥的铺装层、拱顶填料以及原拱圈并与加固层浇筑区连通；

步骤C：通过所述浇筑通孔向加固层浇筑区浇筑预拌的混凝土，直至混凝土填充满加固层浇筑区后停止浇筑，混凝土在加固层浇筑区形成加固层；

步骤D：待加固层的强度达到预设强度后拆除所述浇筑模板。

本方案中通过预拌的混凝土浇筑形成加固层，与现有钢筋混凝土结构的加固层相比，本方案中的加固层厚度更小，既不会影响拱桥的美观性，也不会影响洪水期拱桥的泄洪性能；其次，本方案中的加固层不需要植入钢筋网，与现有钢筋混凝土结构的加固层相比，极大的简化了施工的流程；最后，本方案中的加固层为一次性浇筑完成的拱形结构，一方面，浇筑形成的拱形结构加固层能够向上对拱桥进行支撑，不容易裂开，能够保证对拱桥的支撑效果；另一方面，一次性浇筑的方式使得加固层中不存在接缝，能够保证加固层的加固质量。此外，本方案中预拌的混凝土采用超高性能混凝土，在减小加固层厚度的前提下，进一步保证了加固层质量。

因此，本方案中实腹式圬工拱桥的加固施工方法，能够提高加固层质量、减小加固层厚度、简化加固施工流程，从而能够提升实腹式圬工拱桥的加固施工效果。

优选的，步骤A中：先在拱桥的原拱圈底部搭设支架，并对原拱圈的拱腹位置和桥台前墙位置进行凿毛处理，然后通过支架在拱桥的原拱圈底部下方搭设浇筑模板。

这样，对原拱圈的拱腹位置和桥台前墙位置凿毛处理，使得浇筑的混凝土与拱桥原拱圈和桥台之间的连接更牢固，能够提升拱桥的加固层质量，从而能够提升拱桥的加固施工效果；此外，通过支架搭设浇筑模板的方式能够提升浇筑模板的稳定性，同样能够提升拱桥的加固层质量。

优选的，步骤A中：对拱桥原拱圈的拱腹位置和桥台前墙位置进行凿毛处理后，对凿毛处理的相应位置进行清洗。

这样，通过清洗的方式将凿毛处理过程中产生的杂质进行清除（杂质会降低混凝土与拱桥底部的粘结强度），这同样能够使得浇筑的混凝土与拱桥原拱圈和桥台之间的连接更牢固，能够提升加固层质量，从而能够提升拱桥的加固施工效果。

优选的，步骤A中：所述预设的加固厚度大于等于十厘米且小于等于十五厘米。

这样，申请人通过有限元计算发现，在不考虑原拱圈对承载力的贡献情况下，10-15cm的混凝土（超高性能混凝土）浇筑的加固层可使得桥梁整体承载力的提升幅度达到100%以上，使得拱桥的加固层质量能够得到提升，从而能够提升拱桥的加固施工效果。

优选的，步骤A中：所述预设的加固厚度根据拱桥的跨径计算确定。

这样，在设计加固层的厚度（加固厚度）时，能够根据拱桥的跨径计算得到合理的数值（具体是通过有限元软件进行计算，保证加固层内的拉应力不超过材料设计拉应力的一半进行计算），使得能够选取最合适的加固层厚度，不仅能够保证加固层质量，还能尽可能的节约施工成本，有利于能够提升拱桥的加固施工效果。

优选的，步骤B中：在拱桥的桥面上开设浇筑通孔时，若拱桥的跨径小于预设的拱桥跨径阈值，则在拱桥的拱顶区域开设浇筑通孔。

这样，只开设一个浇筑通孔是为了尽量减少对拱桥本体的破坏，有利于保证拱桥原本的稳定性；而当拱桥的跨径小于预设的拱桥跨径阈值时，只开设一个浇筑通孔已经能够一次性完成加固层的浇筑了，使得拱桥的加固层质量能够得到提升，从而能够提升拱桥的加固施工效果。

优选的，步骤B中：在拱桥的桥面上开设浇筑通孔时，若拱桥的跨径大于或等于预设的拱桥跨径阈值，则在拱桥上间隔开设多个浇筑通孔。

这样，当拱桥的跨径大于或等于预设的拱桥跨径阈值时，只通过一个浇筑通孔难以一次性完成加固层的浇筑，使得加固层容易产生接缝，导致加固层的质量不高；而本方案中，根据拱桥的跨径（即浇筑的方量）来确定浇筑通孔的数量，即使在面对大跨径的拱桥时也能够一次性完成加固层的浇筑，使得拱桥的加固层质量能够得到提升，从而能够提升拱桥的加固施工效果。

优选的，步骤B中：所述浇筑通孔的孔径小于等于十厘米。

这样，该尺寸的浇筑通孔已经能够满足混凝土的浇筑需要了；而小于十厘米的孔径，一方面是为了减少对原结构产生破坏（开孔越大对原结构损伤越大），保证拱桥的稳定性；另一方面是为了控制混凝土流动速度，避免混凝土流动过快导致的加固层浇筑的不密实，使得拱桥的加固层质量能够得到提升，从而能够提升拱桥的加固施工效果。

优选的，步骤C中：所述预拌的混凝土的二十八天立方体抗压强度大于等于120MPa、单轴抗拉强度大于等于10MPa，且钢纤维体积掺量达到2%。

这样，申请人研究发现采用二十八天立方体抗压强度大于等于120MPa、单轴抗拉强度大于等于10MPa，且钢纤维体积掺量达到2%的超高性能混凝土时，能够极大的提升加固层质量，使得能够提升拱桥的加固施工效果。

附图说明

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为实施例中加固施工方法的逻辑框图；

图2为实施例中加固后实腹式圬工拱桥的结构示意图。

说明书附图中的附图标记包括：浇筑通孔1、原拱圈2、加固层3、桥台前墙4。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

实施例：

本实施例中公开了一种实腹式圬工拱桥的加固施工方法。

如图1和图2所示：一种实腹式圬工拱桥的加固施工方法，包括以下步骤：

步骤A：在拱桥的原拱圈2底部下方搭设浇筑模板，使得浇筑模板与原拱圈2底部之间形成加固层3浇筑区；加固层3浇筑区的厚度与预设的加固厚度相对应；

步骤B：在拱桥的桥面上开设浇筑通孔1，浇筑通孔1沿拱桥的桥面向下延伸且依次贯穿拱桥的铺装层、拱顶填料以及原拱圈2并与加固层3浇筑区连通；

步骤C：通过浇筑通孔1向加固层3浇筑区浇筑预拌的混凝土，直至混凝土填充满加固层3浇筑区后停止浇筑，混凝土在加固层3浇筑区形成加固层3；

步骤D：待加固层3的强度达到预设强度后拆除浇筑模板。

本实施例中通过预拌的混凝土浇筑形成加固层3，与现有钢筋混凝土结构的加固层3相比，本实施例中的加固层3厚度更小，既不会影响拱桥的美观性，也不会影响洪水期拱桥的泄洪性能；其次，本实施例中的加固层3不需要植入钢筋网，与现有钢筋混凝土结构的加固层3相比，极大的简化了施工的流程；最后，本实施例中的加固层3为一次性浇筑完成的拱形结构，一方面，浇筑形成的拱形结构加固层3能够向上对拱桥进行支撑，不容易裂开，能够保证对拱桥的支撑效果；另一方面，一次性浇筑的方式使得加固层3中不存在接缝，能够保证加固层3的加固质量。此外，本实施例中预拌的混凝土采用超高性能混凝土，在减小加固层3厚度的前提下，进一步保证了加固层3质量。

具体实施过程中，步骤A中：先在拱桥的原拱圈2底部搭设支架，并对原拱圈2的拱腹位置和桥台前墙4位置进行凿毛处理，然后通过支架在拱桥的原拱圈2底部下方搭设浇筑模板。

这样，对原拱圈2的拱腹位置和桥台前墙4位置凿毛处理，使得浇筑的混凝土与拱桥原拱圈2和桥台之间的连接更牢固，能够提升拱桥的加固层3质量，从而能够提升拱桥的加固施工效果；此外，通过支架搭设浇筑模板的方式能够提升浇筑模板的稳定性，同样能够提升拱桥的加固层3质量。

具体实施过程中，步骤A中：对拱桥原拱圈2的拱腹位置和桥台前墙4位置进行凿毛处理后，对凿毛处理的相应位置进行清洗。

这样，通过清洗的方式将凿毛处理过程中产生的杂质进行清除(杂质会降低混凝土与拱桥底部的粘结强度)，这同样能够使得浇筑的混凝土与拱桥原拱圈2和桥台之间的连接更牢固，能够提升加固层3质量，从而能够提升拱桥的加固施工效果。

具体实施过程中，步骤A中：预设的加固厚度大于等于十厘米且小于等于十五厘米。

这样，申请人通过有限元计算发现，在不考虑原拱圈2对承载力的贡献情况下，10-15cm的混凝土(超高性能混凝土)浇筑的加固层3可使得桥梁整体承载力的提升幅度达到100%以上，使得拱桥的加固层3质量能够得到提升，从而能够提升拱桥的加固施工效果。

具体实施过程中，步骤A中：预设的加固厚度根据拱桥的跨径计算确定。

这样，在设计加固层3的厚度(加固厚度)时，能够根据拱桥的跨径计算得到合理的数值(具体是通过有限元软件进行计算，保证加固层3内的拉应力不超过材料设计拉应力的一半进行计算；根据申请人的计算压应力是远低于其设计压应力)，使得能够选取最合适的加固层3厚度，不仅能够保证加固层3质量，还能尽可能的节约施工成本，有利于能够提升拱桥的加固施工效果。

具体实施过程中，步骤B中：在拱桥的桥面上开设浇筑通孔1时，若拱桥的跨径小于预设的拱桥跨径阈值，则在拱桥的拱顶区域开设浇筑通孔1。本实施例中，预设的拱桥跨径阈值为10m。

这样，只开设一个浇筑通孔1是为了尽量减少对拱桥本体的破坏，有利于保证拱桥原本的稳定性；而当拱桥的跨径小于预设的拱桥跨径阈值时，只开设一个浇筑通孔1已经能够一次性完成加固层3的浇筑了，使得拱桥的加固层3质量能够得到提升，从而能够提升拱桥的加固施工效果。

具体实施过程中，步骤B中：在拱桥的桥面上开设浇筑通孔1时，若拱桥的跨径大于或等于预设的拱桥跨径阈值，则在拱桥上间隔开设多个浇筑通孔1。本实施例中，预设的拱桥跨径阈值为10m，若拱桥的跨径大于或等于10m时，分别在拱桥的拱顶区域，以及拱桥跨径长度上的四分之一位置和四份之三位置分别增设浇筑通孔1；此外，是否需要多个浇筑通孔，还需要根据搅拌设备和工人的工作效率，以及工人是否能够连续施工来确定。

这样，当拱桥的跨径大于或等于预设的拱桥跨径阈值时，只通过一个浇筑通孔1难以一次性完成加固层3的浇筑，使得加固层3容易产生接缝，导致加固层3的质量不高；而本实施例中，根据拱桥的跨径(即浇筑的方量)来确定浇筑通孔1的数量，即使在面对大跨径的拱桥时也能够一次性完成加固层3的浇筑，使得拱桥的加固层3质量能够得到提升，从而能够提升拱桥的加固施工效果。

具体实施过程中，步骤B中：浇筑通孔1的孔径小于等于十厘米。

这样，该尺寸的浇筑通孔1已经能够满足混凝土的浇筑需要了；而小于十厘米的孔径，一方面是为了减少对原结构产生破坏(开孔越大对原结构损伤越大)，保证拱桥的稳定性；另一方面是为了控制混凝土流动速度，避免混凝土流动过快导致的加固层3浇筑的不密实，使得拱桥的加固层3质量能够得到提升，从而能够提升拱桥的加固施工效果。

具体实施过程中，步骤C中：预拌的混凝土的二十八天立方体抗压强度大于等于120MPa、单轴抗拉强度大于等于10MPa，且钢纤维体积掺量达到2%。

这样，申请人研究发现采用二十八天立方体抗压强度大于等于120MPa、单轴抗拉强度大于等于10MPa，且钢纤维体积掺量达到2%的超高性能混凝土时，能够极大的提升加固层3质量，使得能够提升拱桥的加固施工效果。

此外，本实施例中还进一步公开了如下所述的一个实例：

一座服役多年的实腹式圬工拱桥，跨径组合为1×20m，桥面横向布置0.25m(护栏)+0.80m(人行道)+7.0m (行车道)+0.80m(人行道)+0.25m(护栏)；主拱圈厚度0.85m，拱顶填料高0.05m，拱脚填料高4.25m。

该拱桥的主拱圈存在一条长100cm，宽0.5mm的纵向裂缝1条，超过规范允许限值，因此需要进行加固；在公路二级荷载下验算发现，拱脚区域偏心距超过限值，存在受拉的情况，不满足现行规范要求。于是，采用本发明中的实腹式圬工拱桥的加固施工方法在该拱桥拱腹处增设了15cm超高性能混凝土，并将加固层3作受力拱圈，原拱圈2视为荷载。

在公路二级荷载下验算发现，最不利荷载组合下加固层3的压应力为15.4MPa，拉应力为1.9MPa，远低于材料自身的拉压强度，仍旧有非常大的承载潜力，可见，采用本发明的加固施工方法加固后承载力的提升效果明显。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.一种实腹式圬工拱桥的加固施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：在拱桥的原拱圈底部下方搭设浇筑模板，使得浇筑模板与原拱圈底部之间形成加固层浇筑区；所述加固层浇筑区的厚度与预设的加固厚度相对应；

步骤B：在拱桥的桥面上开设浇筑通孔，所述浇筑通孔沿拱桥的桥面向下延伸且依次贯穿拱桥的铺装层、拱顶填料以及原拱圈并与加固层浇筑区连通；

步骤C：通过所述浇筑通孔向加固层浇筑区浇筑预拌的混凝土，直至混凝土填充满加固层浇筑区后停止浇筑，混凝土在加固层浇筑区形成加固层；

步骤D：待加固层的强度达到预设强度后拆除所述浇筑模板。

2.如权利要求1所述的实腹式圬工拱桥的加固施工方法，其特征在于，步骤A中：先在拱桥的原拱圈底部搭设支架，并对原拱圈的拱腹位置和桥台前墙位置进行凿毛处理，然后通过支架在拱桥的原拱圈底部下方搭设浇筑模板。

3.如权利要求2所述的实腹式圬工拱桥的加固施工方法，其特征在于，步骤A中：对拱桥原拱圈的拱腹位置和桥台前墙位置进行凿毛处理后，对凿毛处理的相应位置进行清洗。

4.如权利要求1所述的实腹式圬工拱桥的加固施工方法，其特征在于，步骤A中：所述预设的加固厚度大于等于十厘米且小于等于十五厘米。

5.如权利要求1所述的实腹式圬工拱桥的加固施工方法，其特征在于，步骤A中：所述预设的加固厚度根据拱桥的跨径计算确定。

6.如权利要求1所述的实腹式圬工拱桥的加固施工方法，其特征在于，步骤B中：在拱桥的桥面上开设浇筑通孔时，若拱桥的跨径小于预设的拱桥跨径阈值，则在拱桥的拱顶区域开设浇筑通孔。

7.如权利要求1所述的实腹式圬工拱桥的加固施工方法，其特征在于，步骤B中：在拱桥的桥面上开设浇筑通孔时，若拱桥的跨径大于或等于预设的拱桥跨径阈值，则在拱桥上间隔开设多个浇筑通孔。

8.如权利要求1所述的实腹式圬工拱桥的加固施工方法，其特征在于，步骤B中：所述浇筑通孔的孔径小于等于十厘米。

9.如权利要求1所述的实腹式圬工拱桥的加固施工方法，其特征在于，步骤C中：所述预拌的混凝土的二十八天立方体抗压强度大于等于120MPa、单轴抗拉强度大于等于10MPa，且钢纤维体积掺量达到2%。

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