简介

腹拱的跨径一般选用2.5~5.5米，也不宜大于主拱圈的1/8~1/15，其比值随着主拱圈的跨径增大而减小。腹拱的拱圈可采用板拱，双曲拱，微弯板和扁壳等形式。

双曲拱桥腹拱裂缝成因及处理措施对双曲拱桥腹拱裂缝对拱桥结构整体性与稳固性的破坏，从双曲拱桥腹拱裂缝的类型区分出发，从锚喷混凝土加固法、粘贴钢板加固法及粘贴纤维材料加固法三方面对于拱桥腹拱裂缝病害处理、增强桥梁承载能力做了初步的思考。1

双曲拱桥腹拱裂缝的类型依据危旧双曲拱桥的数据调查，超负荷运营的空腹式双曲拱桥腹拱大多存在有不同程度裂缝病害，主要包含三类：腹拱圈裂缝、盖梁和底梁的裂缝、立柱或横墙的规律性裂缝。1

腹拱圈裂缝

可分为腹拱横向裂缝与环向裂缝，其中前者较为严重，对于拱桥结构的影响程度也更深。其中，横向裂缝成因主要是：双曲拱桥在腹拱多采用预制混凝土构件，多孔构成连拱，简易铰无法满足主拱变形需要。环向裂缝则多是由温度变化、混凝土收缩等造成的，一方面，主拱圈横向的不均匀变形，造成腹拱墩台位移变形、不均匀下沉，进而引发腹拱环向开裂，大致等同于污工拱桥存在的纵向开裂病害。另一方面，传统双曲拱桥勾缝水泥砂浆标号偏低，腹拱圈预制分块过多，拱桥存在有先天整体性差的缺陷。1

盖梁和底梁裂缝

通过双曲拱桥病害的相关调查数据分析显示，立柱盖梁和底梁中的裂缝病害同样较为突出。这主要是因为结构横向联系不足，尤其是在主拱圈横向出现不均匀变形的状况下，各立柱的不均匀沉降，会直接或间接地诱发盖梁裂缝病害。立柱底梁也是如此，弹性地基连续梁长期处于竖向集中力的受力状态，若底梁上缘配筋太少，甚或未配筋，裂缝的产生也是毫无疑问的了。1

立柱或横墙的规律性裂缝

主要是在混凝土收缩和徐变、活载以及温度变化作用环境中，主拱圈下挠，导致立柱或横墙两端拉裂。相对来说，短横墙与立柱的抗推刚度较高，在主拱圈下挠的影响下，两端裂缝较大。若出现各排立柱或横墙抗推刚度协调性低、相差较远时，就会更近一步地加重裂缝病害的发展。1

双曲拱桥腹拱裂缝的处理与防范措施双曲拱桥裂缝病害的存在很大程度上对结构整体性和耐久性、刚度及承载能力起到了严重的破坏作用。因此，处理拱桥各部位的裂缝病害，关键在于保障拱桥结构稳固、增强桥梁承载能力。其中，关于处置双曲拱桥腹拱裂缝、稳固拱桥结构主要包括三种方法：1

锚喷混凝土加固法

由于墩台地基沉降，长期超载营运，或主拱圈承重构件截面较窄等引起腹拱开裂、变形的，可通过锚喷混凝土加固法联结成新的整体受力结构，在恢复原结构变形协调性的基础上，进一步根治拱桥结构因裂缝诱发的局部应力集中病害，使之能继续运营并承受更大的外荷载。1

粘贴钢板加固法

贴钢加固法从加固理论上来说，就是通过增强主拱圈强度实现桥梁加固的目标。为有效降低或缓解腹拱裂缝对于拱桥整体结构的破坏，贴钢加固法通过使钢板、被加固构件间实现整体受力，能很好地增强桥梁结构的抗弯能力与抗剪切强度，达到修复双曲拱桥建设功能的预期目标。1

粘贴纤维材料加固法

相较于其它加固手段，粘贴纤维材料加固法能有效扩展恒载及断面尺寸，封闭腹拱圈内的混凝土裂缝，可适应不同构件形状，在不致构成对原结构产生新损伤的前提下，适应不同构件形状，具有成型、施工简便和耐腐蚀的优点。1

工程实践圬工式腹拱的砌石风化、砌缝开裂、漏水是公路拱桥的一种常见病害，以某双曲拱桥为例，介绍了在腹拱实施喷射水性环氧砂浆的修复与加固措施，包括喷射浆材组分的选择，配合比及施工工艺要点。2

修补工程所采用的有机高分子聚合物（环氧树脂）系一种互穿网络高分子材料，拥有不同高分子的互补和协同效应，体现出高分子合金的性能，因此由它制备的聚合物砂浆或混凝土具有优越的性能，常用于混凝土路面的快速修复，补强加固工程。水性环氧树脂聚合物水泥砂浆具有以下主要特点：2

（1）高强早强：抗压、粘结等物理力学性能远优于普通水泥砂浆。

（2）自流性：可填充全部空隙，满足结构二次灌浆的要求。

（3）无收缩：保证喷层与基面之间紧密接触。

（4）水乳环氧基：环氧树脂与高品质硬化剂共同作用，耐久性强，且无毒、易清洗，符合绿色环保要求。

（5）抗蠕变性：在恶劣物理工况下长期使用而无塑性变形，保证腹拱结构的耐久性。2

材料选择及材料性能1 材料选择

水性环氧树脂聚合物水泥砂浆的施工与水泥砂浆基本相同，可以摊铺也可喷涂，与普通水泥砂浆相比具有许多优点，其抗裂性较普通水泥砂浆好得多，对老混凝土（或圬工结构）的粘结强度好，抗水、抗盐分的渗透以及耐冻融的性能很好，是一种性能较好的防腐蚀和修补加固材料。2

2 聚合物（水性环氧树脂）水泥砂浆作用原理

聚合物（水性环氧树脂）水泥砂浆是一种新型的结构修补材料。它是采用水性环氧和特种水泥等配制而成的产品，具有粘结力强、抗渗透、耐磨性好、韧性高以及耐候性佳等特点。由于水性环氧树脂及其它活性成分的掺入，改善了材料的物理、力学及耐久性能。

3 主要原材料及选用

本材料的主要组分包括水性环氧树脂、细骨料、特种水泥、密实剂、缓凝剂、水等。2

工艺实践在腹拱喷射水性环氧砂浆的工序包括基层处理、砂浆配制、砂浆配制、砂浆打底、喷射施工、抹面、养护等，各工序技术要点如下：2

1 基层处理

2 砂浆配制

按设计配合比进行人工配制聚合物水泥砂浆的配制，拌匀后的砂浆不宜反复搅拌和中途加水。

3 砂浆打底

聚合物水泥砂浆喷射前，应采用聚合物水泥砂浆喷射一道薄层，力求薄而均匀，随即进行喷射施工。

4 分段施工和隔段施工

采用挤压式砂浆泵喷涂施工至设计厚度，一次施工面积不宜过大，操作速度要快。大面积施工时，应分段施工或隔段施工。间隔距离可根据现场施工条件而定，施工缝宽度为 0。8～1。4cm。施工缝或中间的地段应在不少于 24h 后才补平。留缝时应与底层缝隙错开。2

5 抹面

聚合物水泥的施工可用钢抹刀进行，将湿砂浆在分段上摊平并用抹刀压实。抹面后的聚合物水泥砂浆不宜反复抹压，尤其在通风较好的环境中更不能反复抹压。聚合物水泥砂浆施工完后，不能像普通水泥砂浆那样等若干时间后（初凝后）再用抹刀压光一次，因为反复抹压会使表面形成的胶膜断裂而产生龟裂。

6 养护

聚合物水泥砂浆喷射施工完毕后，必须湿养护 48~72 小时方可开放交通。2

中小跨径空腹式拱桥腹拱病害评价方法公路桥梁技术状况评定标准没有对空腹式拱桥腹拱、立柱出现的病害进行评价，在一定程度上提高了空腹式拱桥的总体技术状况评定分数及技术状况等级，导致在桥梁维修加固时忽略对腹拱病害进行处理，达不到对桥梁进行维修加固的目的。为得到更为合理的总体技术状况评定分数及确定技术状况等级，从自重应力、脉冲激励、车辆荷载等方面对比腹拱与主拱在应力的计算结果，得到拱桥腹拱、立柱病害应扣除的比较合理的分数，并通过在实例上进行应用研究，得到更为准确的桥梁总体技术状况评定分数。3

腹拱对于整个上部结构受力起着非常重要的作用，一旦其在桥 梁 运 营 过 程 中 发 生 破坏，会直接影响整个拱桥的受力特征。3

分析过程荷载的施加有限元模型的分析计算主要通过不同的工况的模拟完成，工况 1： 仅考虑空腹式拱桥在自重应力作用的反应，分析两侧腹拱及主拱的响应； 工况 2：考虑车辆静荷载、自重应力荷载共同作用下的腹拱及主拱的响应； 工况 3： 考虑车辆脉冲荷载、自重应力荷载共同作用下的腹拱及主拱的响应； 工况 4： 根据公路桥梁荷载规范分别考虑纵向、横向以及纵向、横向地震共同作用下的腹拱及主拱的响应。3

自重应力影响分析由于拱桥在自重作用下，拱桥两侧结构反应相互对称，所以按轴对称问题研究空腹式拱桥在自重应力作用下的响应和腹拱圈、主拱圈的应力以及立柱柱底、主拱脚的应力。3

标准轴静载的影响分析桥梁为二级干线公路，重型车辆较多，静车辆荷载作用下，车道荷载取公路 － II 级标准，集中荷载取 PK = 270 kN，均布荷载取 qK = 7.875 kN /m，车辆荷载按标准指标选取，取为 550 kN。3

标准轴动载 脉冲激励反应分析半周正弦脉冲力 是介于三角形与矩形波荷载之间的一种脉冲反应分析方法，其更符合实际工程应用。

公路桥涵设计通用规范，桥梁设计采用公路 － II 级车道荷载，考虑车辆荷载拱桥结构的半周正弦脉冲力作用下结构的响应。3

空腹式拱桥在自重应力、标准轴静载、标准轴动载、地震作用各工况下腹拱、主拱所受的应力及其比值，探讨得出空腹式拱桥腹拱出现的渗水、风化等病害应扣除一定的分值，否则会造成对拱桥的病害评估不足，影响空腹式拱桥维修加固质量，使空腹式拱桥维修加固后达不到预期的使用效果。3