一種圬工拱橋加固結構及其施工方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于圬工拱橋加固技術領域，具體涉及一種圬工拱橋加固結構及其施工方法。
【背景技術】
[0002]隨著使用年限的增加，在河水的沖刷、腐蝕，以及外界環境的風化作用下，目前相當數量的圬工拱橋拱橋主拱圈、腹拱圈等構件已發生損壞，從而導致承載力下降。同時，隨著現役橋梁的實際通行荷載的增加，大量舊拱橋已不能滿足使用要求，需要承載力提升或維修加固。
[0003]在橋梁工程中，石拱橋是非常古老的橋型，同時也是現階段省縣鄉道上最主要的橋型之一。近年來，隨著省縣鄉道車流量增加以及超載車、重型車增多，加劇了石拱橋病害的產生。特別是以前依照舊規范甚至沒有規范指導下修建的石拱橋，由于設計荷載等級偏低，已經不能滿足現階段交通通行的要求。另外，隨著服役年限的增長，橋梁的病害問題也越來越突出，需要處理的拱橋數量也越來越多。石拱橋的破壞帶有很大的突發性，給橋梁的安全帶來很大的威脅。如果對這些橋進行拆除重建，不僅要耗費巨大的人力、物力、財力，還需要中斷交通，這對經濟的影響是不可估量的。特別是對于那些有一定承載潛力且損壞不大的橋梁，通過適當的加固措施，可增強橋梁的承載能力，恢復和提升其通行能力，延長其壽命。這樣不但節約資金，而且施工速度快，還避免了丨日橋拆除帶來的污染問題。
[0004]目前對拱橋的修復和加固方法可以分為兩大類:1、通過增大主拱圈截面面積方法和提高主拱圈強度方法(例如，粘貼鋼板和碳纖維布)，提高主拱圈承載力;2、通過改變結構體系或減輕拱上建筑恒重，減小主拱圈內力，維持主拱圈承載功能。
[0005]已有研究結果表明，粘貼鋼板或纖維布對以受壓為主的拱圈改善效果不明顯，且石砌拱圈表面的風化層會明顯影響鋼板或纖維布與原拱圈的共同工作效果。所以，當主拱圈承重構件的斷面不足，或承載構件施工質量不佳或已發生性能劣化，或由于橋梁長期超載運營等原因引起開裂、變形時，一般需要采用增加主拱圈截面面積的方法進行加固。增加主拱圈截面面積的方法可采用在原拱圈上緣(拱背)澆注混凝土、在原拱圈下緣澆注混凝土和在拱圈四周新增鋼筋混凝土套箍3種方法。
[0006]1、在原主拱圈上緣(拱背)澆注混凝土，特別對于實腹式拱橋的實腹段需要拆除上部結構，施工周期長，費用高，又要中斷交通。
[0007]2、在橋下凈空容許、橋下泄水面積容許縮小時，可采用在原拱圈下面噴射混凝土或緊貼原拱圈下面澆筑鋼筋混凝土新拱圈的方法。如果在原拱圈下緣澆注普通混凝土，由于一般加厚層都比較薄，模板是曲面形、鋼筋是曲線形，栗送進去的混凝土在重力作用下垂直下落，堆積在鋼筋、模板間，導致混凝土根本澆注不進去；即使澆注進去，也會存在結合不密實的問題。通過振動器振動后，混凝土仍不密實，大量混凝土堆積在模板澆注口，施工時難度較大。
[0008]3、在拱圈四周新增鋼筋混凝土套箍的方法可以通過增加截面面積增加承載力，但由于混凝土面積較大，新增混凝土產生較大自重;通常只有拱圈區段性設置，才能減少混凝土用量，但是，區段性設置將導致突變截面成為加固后拱圈的薄弱點。
[0009]申請號為201110247277.0的中國發明專利公開了一種圬工拱橋的加固方法通過植筋和澆注混凝土的方式，沿拱圈的兩側形成一體結構的鋼筋混凝土肋，對稱布置的截面為L形的鋼筋混凝土肋可以將荷載直接傳遞至拱座。
[0010]上述各種通過擴大截面面積提高承載力方法，無論采用噴射混凝土還是澆筑混凝土工藝，大面積的植筋時均會對原有拱圈結構造成損傷，影響原拱圈的完整性。
[0011]申請號為201410031178.2的中國發明專利公開了一種采用鋼波紋板加固危橋的方法。專利設計采用頂推法使鋼波紋板拱進入橋梁拱圈內；并提出向鋼波紋板拱與橋梁拱圈內圓周面之間的間隙中澆筑混凝土或噴砂漿形成填充層。該方案存在以下3方面問題:1、鋼波紋板拱頂推法就位，實施難度較大;2、如上所述，采用普通混凝土填充無法達到設計要求的密實狀態;3、向鋼波紋板拱與橋梁拱圈內圓周面之間的間隙中噴砂漿的工藝根本無法實施。
【發明內容】
[0012]本發明的目的在于克服上述現有技術中的不足，提供一種圬工拱橋加固結構。該加固結構能夠大幅度地提升橋梁的承載力，并由于該加固結構無需在拱圈內植筋，從而對拱圈的力學性能影響非常小，在保證原圬工拱橋結構的同時，實現了對圬工拱橋的有效加固。
[0013]為實現上述目的，本發明圬工拱橋加固結構采用的技術方案是:一種圬工拱橋加固結構，其特征在于:包括左側加寬基礎、右側加寬基礎、左側加寬拱座、右側加寬拱座和波紋鋼板拱殼，所述左側加寬基礎設置在拱橋的左側基礎內側且與所述左側基礎相連接，所述右側加寬基礎設置在拱橋的右側基礎內側且與所述右側基礎相連接，所述左側加寬拱座設置在所述左側加寬基礎上且與拱橋的左側拱座相連接，所述右側加寬拱座設置在所述右側加寬基礎上且與拱橋的右側拱座相連接，所述波紋鋼板拱殼設置在拱橋的拱圈下方，所述波紋鋼板拱殼的左端與左側拱座相連接，所述波紋鋼板拱殼的右端與右側拱座相連接，所述波紋鋼板拱殼與拱圈之間澆筑有混凝土填充體，所述拱橋的上游側和下游側均設置有用于封堵所述混凝土填充體的封堵端板。
[0014]上述的一種圬工拱橋加固結構，其特征在于:所述混凝土填充體采用自密實混凝土饒筑而成。
[0015]上述的一種圬工拱橋加固結構，其特征在于:所述波紋鋼板拱殼與拱圈之間的距離沿拱圈的拱頂位置到所述左側拱座的方向逐漸增大，所述波紋鋼板拱殼與拱圈之間的距離沿拱圈的拱頂位置到右側拱座的方向逐漸增大。
[0016]上述的一種圬工拱橋加固結構，其特征在于:所述波紋鋼板拱殼包括多個鋼板拱殼單元，多個所述鋼板拱殼單元沿與拱橋行車方向相垂直的方向依次布設，每個鋼板拱殼單元包括沿拱圈的走向依次連接的多個單片波紋鋼板，所述鋼板拱殼單元上相鄰兩個單片波紋鋼板相互搭接，且相鄰兩個所述單片波紋鋼板通過穿過其搭接部的第一連接件相連接，相鄰兩個所述鋼板拱殼單元相互搭接，相鄰兩個所述鋼板拱殼單元通過穿過其搭接部的第二連接件相連接。
[0017]上述的一種圬工拱橋加固結構，其特征在于:所述第一連接件包括第一錨固段和第一螺紋連接段，所述第一錨固段伸入所述混凝土填充體的一端設置有第一錨接彎鉤，所述第一錨固段的另一端與所述第一螺紋連接段的一端相連接，所述第一螺紋連接段的另一端從相鄰兩個單片波紋鋼板的搭接部穿出，所述混凝土填充體內設置有套在所述第一螺紋連接段上的第一內螺母，所述混凝土填充體的外側設置有套在所述第一螺紋連接段上的第一外螺母;所述第二連接件包括第二錨固段和第二螺紋連接段，所述第二錨固段伸入所述混凝土填充體的一端設置有第二錨接彎鉤，所述第二錨固段的另一端與所述第二螺紋連接段的一端相連接，所述第二螺紋連接段的另一端從相鄰兩個鋼板拱殼單元的搭接部穿出，所述混凝土填充體內設置有套在所述第二螺紋連接段上的第二內螺母，所述混凝土填充體的外側設置有套在所述第二螺紋連接段上的第二外螺母。
[0018]上述的一種圬工拱橋加固結構，其特征在于:所述第一外螺母和與其相鄰的單片波紋鋼板之間設置有第一彈簧墊圈，所述第一外螺母遠離所述第一彈簧墊圈的一側設置有第一鎖緊螺母;所述第二外螺母和與其相鄰的鋼板拱殼單元之間設置有第二彈簧墊圈，所述第二外螺母遠離所述第二彈簧墊圈的一側設置有第二鎖緊螺母。
[0019]上述的一種圬工拱橋加固結構，其特征在于:所述封堵端板的上邊緣與拱圈錨固連接，所述封堵端板的下邊緣與波紋鋼板拱殼相焊接。
[0020]為了快速、有效的施工上述圬工拱橋加固結構，本發明還提供了一種圬工拱橋加固結構的施工方法。本發明圬工拱橋加固結構的施工方法采用的技術方案是:一種圬工拱橋加固結構的施工方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0021]步驟一、加寬基礎施工:在拱橋內側施工左側加寬基礎，并使左側加寬基礎與拱橋的左側基礎相連接，所述左側加寬基礎伸出拱橋的上游側或下游側形成左側加寬基礎延伸段;在拱橋內側施工右側加寬基礎，并使右側加寬基礎與拱橋的右側基礎相連接，所述右側加寬基礎伸出拱橋的上游側或下游側形成右側加寬基礎延伸段，所述右側加寬基礎延伸段和所述左側加寬基礎延伸段均位于拱橋的上游側或均位于拱橋的下游側；
[0022]步驟二、加寬拱座施工:在左側加寬基礎上施工左側加寬拱座，并使所述左側加寬拱座與所述左側基礎連接，所述左側加寬拱座伸出拱橋的上游側或下游側形成左側加寬拱座延伸段，所述左側加寬拱座延伸段對應設置在所述左側加寬基礎延伸段上;在右側加寬基礎上施工右側加寬拱座，并使所述右側加寬拱座與所述右側基礎連接，所述右側加寬拱座伸出拱橋的上游側或下游側形成右側加寬拱座延伸段，所述右側加寬拱座延伸段對應設置在所述右側加寬基礎延伸段上；
[0023]步驟三、波紋鋼板拱殼施工:在波紋鋼板拱殼施工時，包括以下步驟:
[0024]步驟301、在左側加寬拱座上設置左側導軌，在右側加寬拱座上設置右側導軌，所述左側導軌和所述右側導軌均沿與拱橋行車方向相垂直的方向布設；
[0025]步驟302、在所述左側加寬拱座延伸段和所述右側加寬拱座延伸段之間搭設腳手架，并使所述腳手架頂部的形狀與所述拱圈的形狀相適配；
[0026]步驟303、在所述腳手架頂部將多個單片波紋鋼板沿拱圈的走向依次搭接構成