钢拱支架加固空腹式石拱桥受损腹拱施工工法
成都华川公路建设集团有限公司
苏昌茂 钱印忠
1.前言
拱桥在我国历史悠久，是我国公路上广泛采用的一种桥架体系，就其原因是拱式体系的受力合理。拱式结构在竖向荷载作用下，拱脚支承处除产生竖向反力外，还产生水平推力，由于存在水平推力，使拱的弯矩比相同跨径粱的弯矩小很多，拱圈内主要承受压力，特别对于大跨度的拱桥，静载占全部荷载中的绝大部分，当合理选用拱圈的轴线时，使拱圈在静载作用下主要受压，这就使抗压性能较好而抗拉性能较差的石料和混凝土材料得到了充分的利用。同时由于外形美观、耐用、维护费用低，在桥梁方案比选中常处于有利的位置，经常被选用。但是拱桥在受损时其承载能力降低，一般情况下都是采取限行，限载通过来处理，再者就是通过加固恢复其承载能力，目前常采用的加固方法有：增厚拱板加固法、锚喷混凝土加固法、钢筋混凝土套箍封闭拱圈加固法、勾缝注浆加固法等。
成都华川公路建设集团有限公司在“4.20”芦山大地震重灾区病害桥梁应急抢通、保通、处治、加固中，针对宝盛大桥腹拱受损的实际情况，通过实地勘察和创新思维，形成了钢拱支架加固空腹式石拱桥受损腹拱的施工工法，其“钢拱支架”加固关键技术方案获得了四川省交通运输厅抗震救灾指挥部专家组的高度认可，并成功实施了对宝盛大桥的加固施工，取得了不错的经济效益和社会效益，具有良好的推广应用前景。
2.工法特点
2.1通过该工法加固恢复的拱桥结构，不改变原结构形式，外形美观。 2.2钢拱支架结构简单，受力明确，通过防腐涂装，可作为永久性结构，其承载能力强，保证了加固结构的使用安全。
2.3钢拱支架采用工厂化制作，现场安装，施工快捷高效，缩短了施工工期。 2.4该工法与钢筋混凝土套箍封闭拱圈加固法比较，减少了混凝土施工及养护时间，减少了大量人工费支出，降低了施工成本。
3.适用范围
本工法适用于空腹式石拱桥受损腹拱加固施工，也可参照用于其他拱桥、拱涵等类似腹拱结构的加固施工。
4.工艺原理
该工法先对受损拱桥腹拱实际测量，再对受损腹拱进行受力分析，计算确定钢拱支架断面形式、尺寸和平面布置，形成钢拱支架设计图纸。利用设计图纸，对钢拱支架进行工厂化制作，完成后试拼装。试拼装符合要求后，进行工地现场架设安装，立柱柱脚采用填塞钢板方式对其高度进行调整固定，支撑完成后浇筑水泥基灌浆料固定，钢拱支架与桥梁腹拱之间的满铺钢板焊接为整体。钢板与桥架腹拱的间隙压注环氧结构胶进行填充，每榀拱支架间通过角钢将各榀连接成整体。最后对钢拱支架进行防腐涂装，以保证钢拱支架使用的持久性。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
钢拱支架加固空腹式石拱桥受损腹拱施工工艺流程：
钢拱支架设计 现场测量数据 施工前准备
不合格
固定和灌注 调试 试拼装 工厂加工制作 工地现场架设安装
防护涂装 5.1-1钢拱支架加固受损腹拱施工工艺流程图
5.2操作要点
5.2.1施工准备及现场测量：先对拱桥受损腹拱进行测量，包括跨径、拱矢度、前墙或横墙高度、宽度。
5.2.2钢拱支架的设计
根据现场测量的数据对拱桥受损腹拱进行受力分析，对钢拱支架采用何种型钢或何种断面形式进行设计，并进行受力验算，形成钢拱支架设计图纸。
5.2.3钢拱支架的加工
1、钢拱支架的加工要选定专业化厂家加工制造，并制订专门加工制造工艺、方案。
2、根据设计图所要求的型钢（工字钢、角钢、槽钢）、钢板、螺栓等材料进行采购验收，每批材料必须具有“质量保证书”和出厂合格证书。进场后应随机进行抽样，并委托具有相关资质的单位进行力学实验和化学分析实验，试验合格后才允许进行加工前的预处理。
3、经检验合格并对刚材做好标记后，即可对刚材进行表面除锈处理，处理等级必须到达国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》规定的S2.5级。为防止在钢材加工过程中生锈，在表面除锈后就内涂一层底漆。涂漆时应在焊缝边缘预留60mm不涂漆。
4、钢材的切割采用半自动气割为主，型钢焊缝处应进行破口处理。 5、钢材拱弧的卷制，卷制前必须熟悉图纸、工艺、精度、材料性能等技术要求，然后选择合适的卷曲机和卷板机，卷制必须采用冷卷形式，卷制过程中必须严格控制弧长、弦长和矢高。型钢卷制时还要控制端头的切向角确保加工精度。
6、钢拱片与拱柱的连接钢板焊接及连接螺孔要保证其精度，确保安装顺利实施。
5.2.4钢拱支架的试拼装
钢拱支架加工完成后要在工厂内进行试拼装，每榀钢拱片与拱柱要进行试拼装后检查各数据是否符合设计要求，弧度、角度、螺栓孔等不对的要进行加工调整、矫正，调整合格的各钢拱片、拱柱要对应进行编号、确保施工现场的安装顺利。
5.2.5钢拱支架的安装 1、钢拱支架的运输
运输采用公路运输，运至桥梁加固施工现场。运输必须做好保护，防止损伤涂层，切忌碰撞。运输过程中防止构件在途中撞击、变形、表面磨损，确保构件安全.
1、 钢拱支架的安装（如图5.2.5-1）
环氧结构胶 拱片钢板 连接钢筋 钢架立柱 立柱基础 5.2.5-1钢拱支架安装图
1) 、放出拱片安装的轴线、边线； 2) 、清理柱脚基础过至满足设计标准； 3) 、在立柱边线设计的植螺栓位置进行植螺栓；
4) 、将立柱吊至安装位置，置于植螺栓中由压板初步固定； 5) 、将拱片段吊至安装位置，使之与立柱顶端螺栓联结；
6）、各拱片安装完毕后将拱腹钢板按照编号置于拱片与桥梁拱腹间，并焊接成整体。
5.2.6钢拱支架的调试
钢拱支架安装完成后应对轴线、竖直度进行检查调整，并将钢拱支架整体顶外至桥梁拱腹使之吻合。
5.2.7固定和灌注
1、立柱柱脚采用填塞钢板方式对其高度进行调整固定，支撑完成后浇筑水泥基灌浆料固定；
2、锁紧立柱压板；
3、钢拱支架与桥梁拱腹之间的满铺钢板焊接为整体，并作为砌体与钢拱支架的传力过度，且作为永久加固的底模，钢板与桥架拱腹支架间的间隙压注环氧结构胶进行填充；
4、每榀拱支架间通过角钢将各榀连接成整体。 5.2.8防腐涂装
对焊缝表面以及锈蚀处进行清理，用环氧磷酸锌作底涂漆漆60μm厚，环氧原浆型防锈漆涂刷80μm，丙烯酸脂肪族聚氨酯作面漆涂刷70μm。
5.2.9劳动力组织
以四川省雅安市庐山县X074线县道上跨越太平河的1-64m空腹式石拱桥宝盛大桥工程应用为例，组织以下人员就可以完成施工任务：
表5.2.9-1 劳动力配置表
工种 技术员 工班长 质检员 安全员 测量员 型钢卷曲机 卷板机 汽车吊机司机 空压机工 电焊工 数量 2 2 1 2 3 6 6 2 2 8 职责 施工现场的技术指导 施工现场的施工组织 施工现场质量检查 施工现场的安全检查 施工现场测量 钢拱支架型钢的加工制作 钢板的加工制作 施工现场对钢拱支架的吊装 空压机操作与维护 施工现场钢拱支架的焊接