一种钢筋混凝土拱桥主拱圈的加固结构

摘要

本发明公开了一种钢筋混凝土拱桥主拱圈加固结构，它包含沿拱桥混凝土主拱圈(1)轴向方向延伸布置的预制混凝土表面模板(2)，该表面模板(2)是由数段模板工作段(16)组成，所述模板工作段(16)是由一圈相互连接的模板组合而成的模板系，该模板工作段(16)顶底两面的中部分别固定有相互对称设置的第一钢锚箱(7)和第二钢锚箱(8)，模板工作段(16)中设有环向预应力钢绞线。本发明由于采用的是免拆模环向预应力加固工艺，使得主拱圈横断面受到环向分布的挤压力和切向拖拽力，在减少整体工时、降低整体劳动强度和提升经济效益的同时，有效地提高了主拱圈径向的抗压承载能力。

说明书

技术领域

本发明涉及的是钢筋混凝土拱桥上主拱圈加固技术领域。

背景技术

在钢筋混凝土拱桥主拱圈加固中，目前常用的主拱圈加固手段有：喷锚加 固、钢筋混凝土模注加固、贴钢板或钢筋加固、贴纤维材料加固等及以上几类 加固的变种，其中钢筋混凝土模注加固法因其施工难度较小，在钢筋混凝土拱 桥上部结构加固使用最为广泛，但目前模板主要采用的是钢模板，而模板的架 设方式也主要采用钢模台车架设或满堂支架等。下时消耗高，成本回收周期长 等问题，且对桥下通行条件产生明显影响。

发明内容

本发明目的是提供一种在能够有效降低施工成本，显著提高加固效果和施 工效率的钢筋混凝土拱桥主拱圈的加固结构，即使用环锚预应力筋及植筋悬吊 混凝土模板进行模筑混凝土加固，它能有效地解决背景技术中所存在的问题。

一种钢筋混凝土拱桥主拱圈加固结构，它包含沿拱桥混凝土主拱圈1轴向 方向延伸布置的预制混凝土表面模板2，该表面模板2是由数段模板工作段16 组成，所述模板工作段16是由一圈相互连接的模板组合而成的模板系，该模板 工作段16顶底两面的中部分别固定有相互对称设置的第一钢锚箱7和第二钢锚 箱8，所述的该第一钢锚箱7和第二钢锚箱8之间通过第一预应力钢绞线9和第 二预应力钢绞线10将表面模板工作段16整体拉紧固定成一体，所述的模板工 作段16由平面模板21和弧形模板22组成，所述平面模板21和弧形模板22的 中部预先埋设有供第一预应力钢绞线9或第二预应力钢绞线10中各个钢绞线穿 束通过的波纹管18，所述模板工作段16与混凝土主拱圈1之间通过钢筋4定位 分隔出灌注混凝土的空腔a，该空腔a内设有剪切销钉3，所述的剪切销钉3分 别布置在混凝土主拱圈1和模板工作段16的表面上。

所述的钢筋4穿过模板工作段16和空腔a植入到拱桥混凝土主拱圈1上， 所述模板工作段16的内侧设有与钢筋4套接配合的内托板5，其外侧设有与钢 筋4套接配合的双孔长托板6，所述的内托板5和双孔长托板6通过与钢筋4旋 接配合的螺母夹持固定在模板工作段16的内侧和外侧，其中，相邻且与同一模 板相连的两个钢筋4外侧通过双孔长托板6和螺母相互关联，起到植筋埋设U 型箍构造的作用。

所述的第一钢锚箱7或第二钢锚箱8包含整体为长方体结构的传力钢板 231，该传力钢板231焊接于底座钢板233的四周边缘处，与底座钢板233共同 构成钢锚箱箱室237，该钢锚箱箱室237的两端设有便于钢绞线穿过的钢锚箱预 留孔洞23310，该钢锚箱箱室237的两侧分别向外延伸出用于连接承重板的凸边 232，所述钢锚箱箱室237的两端分别对称设有锚具室238，两个锚具室238之 间设有一个可分别与第一预应力钢绞线9和第二预应力钢绞线10卡接配合的连 接器236，其中一个锚具室238与连接器236之间设千斤顶箱室234，用于预应 力张拉时安装千斤顶使用，另一个锚具室238与连接器236之间设箱室235，所 述的锚具室238内安装有锚具239，该锚具239的外面包有保护罩2331，所述 的保护罩2331整体为圆锥形结构，所述锚具239的顶端设置有加强环2332，其 中部设有锚垫板2333，其锚具239尾部设有工作锚环2334；

所述第一预应力钢绞线9的一端穿过第一钢锚箱7中设在千斤顶箱室234 一侧的钢锚箱预留孔洞23310、加强环2332、保护罩2331、锚垫板2333和工作 锚环2334，通过工具锚环夹片临时固定于工作锚环2334上，再穿过千斤顶箱室 234，待张拉预应力结束后，将工作锚环2334上的工具锚环夹片更换为工作夹 片11，最后再通过工作夹片11与连接器236相连；其另一端穿过第二钢锚箱8 中设在箱室235一侧的钢锚箱预留孔洞23310、加强环2332、保护罩2331、锚 垫板2333和工作锚环2334，通过工作夹片11锚固在工作锚环2334上后，再穿 过箱室235，通过工作夹片11与连接器236相连；

所述第二预应力钢绞线10的一端穿过第一钢锚箱8中设在千斤顶箱室234 一侧的钢锚箱预留孔洞23310、加强环2332、保护罩2331、锚垫板2333和工作 锚环2334，通过工具锚环夹片临时固定于工作锚环2334上，再穿过千斤顶箱室 234，待张拉预应力结束后，将工作锚环2334上的工具锚环夹片更换为工作夹 片11，最后再通过工作夹片11与连接器236相连；其另一端穿过第一钢锚箱7 中设在箱室235一侧的钢锚箱预留孔洞23310、加强环2332、保护罩2331、锚 垫板2333和工作锚环2334，通过工作夹片11锚固在工作锚环2334上后，再穿 过箱室235，通过工作夹片11与连接器236相连；

所述空腔a与第一钢锚箱7或第二钢锚箱8接触的一端设有相应的密封结 构，该密封结构包含与空腔a等高的钢筋网12，所述钢筋网12的两端分别绑扎 在分别植入到拱桥混凝土主拱圈1和模板工作段16上的剪切销钉3上，并在靠 近钢筋网12的外侧设有植筋13，该植筋13的一端植入到拱桥混凝土主拱圈1 内，所述的钢筋网12与植筋13之间设有柔性模袋14，该柔性模袋14的一端向 外设有与其内部相通的柔性模袋灌浆孔15。

本发明的加固结构还包括这样一些结构特征：

所述的钢筋4为螺纹钢筋，其采用锚固型结构胶种植。

所述的平面模板21和弧形模板22为提前预制而成，其制作过程中其内部 预先埋设钢筋网片19和波纹管18，所述平面模板21和弧形模板22的工作面及 边缘应予打毛，涂抹结构界面胶，种植剪切销钉3，而平面模板21和弧形模板 22的侧面仅需涂抹结构界面胶即可。但对于平面模板21或弧形模板22之间空 隙较大不能通过结构界面胶进行连接时也应在模板工作段16外侧面预先种植剪 切销钉或增设剪力键，通过密封结构进行密封处理。进一步优化，波纹管18铺 设需满足设计计算及相关设计规范要求，其铺设走向及线形需根据所铺设混凝 土模板的安装位置而确定。

所述模板工作段16的两侧为通过弧形模板22拼接所组成的弧形结构，其 圆弧半径的确定需考虑所选第一预应力钢绞线9或第二预应力钢绞线10的最小 曲率半径通过计算求得，且在第一预应力钢绞线9或第二预应力钢绞线10转向 处设置平滑过渡，从而避免第一预应力钢绞线9或第二预应力钢绞线10在其转 向处出现应力集中的现象，对于主拱圈横断面面积较小且加固空间允许的桥梁， 拱圈侧面用弧形模板22的圆弧半径可简化计算，设定为R_圆弧半径＝D_{半圆的直径}/2＝(H_{主拱圈厚度}+2×h_模板厚度+2×d_{模板与主拱圈间距离})/2。

所述模板工作段16制作过程中需要在距长边50mm处设置多个等间距的 6-8mm的圆孔以便钢筋贯穿，圆孔可根据具体现场条件采用对角线布置，轴线布 置，三角布置或四角布置，其位置与植入钢筋4间距有关。

所述的柔性模袋14为纤维织物加工而成的模袋，该柔性模袋14一端需要 穿过植筋13并固定，保证浇注过程中不会滑脱。

采用以上技术方案，本发明将具有以下有益效果：由于采用的是免拆模环 向预应力加固工艺，使得主拱圈横断面受到环向分布的挤压力和切向拖拽力， 在减少整体工时、降低整体劳动强度和提升经济效益的同时，有效地提高了主 拱圈径向的抗压承载能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明，下面将结合附图对实施例作简单的介绍。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本图1的I-I向剖视图；

图3是本发明中第一钢锚箱的俯视图；

图4是本发明中第一钢锚箱的侧视图；

图5是本发明中空腔边缘封闭构造的结构示意图；

图6是本发明中平面模板部分的内部结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解， 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述。

实施例1

参看图1-6，一种钢筋混凝土拱桥主拱圈加固结构，它包含沿拱桥混凝土主 拱圈1方向延伸布置的预制混凝土表面模板2，表面模板2是由数段模板工作段 16组成，所述模板工作段16是由一圈相互连接的模板组合而成的模板系，该模 板工作段16顶底两面的中部分别固定有相互对称设置的第一钢锚箱7和第二钢 锚箱8，所述的该第一钢锚箱7和第二钢锚箱8之间通过第一预应力钢绞线9和 第二预应力钢绞线10将表面模板工作段16整体拉紧固定成一体，所述的模板 工作段16由平面模板21和弧形模板22组成，所述平面模板21和弧形模板22 的中部预先埋设有供第一预应力钢绞线9或第二预应力钢绞线10中各个钢绞线 穿束通过的波纹管18，所述模板工作段16与混凝土主拱圈1之间通过钢筋4定 位分隔出灌注混凝土的空腔a，该空腔a内设有剪切销钉3，所述的剪切销钉3 分别布置在混凝土主拱圈1和模板工作段16的表面上。

所述的钢筋4穿过模板工作段16和空腔a植入到拱桥混凝土主拱圈1上， 所述模板工作段16的内侧设有与钢筋4套接配合的内托板5，其外侧设有与钢 筋4套接配合的双孔长托板6，所述的内托板5和双孔长托板6通过与钢筋4旋 接配合的螺母夹持固定在模板工作段16的内侧和外侧，其中，相邻且与同一模 板相连的两个钢筋4外侧通过双孔长托板6和螺母相互关联，起到植筋埋设U 型箍构造的作用。

所述的第一钢锚箱7或第二钢锚箱8包含整体为长方体结构的传力钢板 231，该传力钢板231焊接于底座钢板233的四周边缘处，与底座钢板233共同 构成钢锚箱箱室237，该钢锚箱箱室237的两端设有便于钢绞线穿过的钢锚箱预 留孔洞23310，该钢锚箱箱室237的两侧分别向外延伸出用于连接承重板的凸边 232，所述钢锚箱箱室237的两端分别对称设有锚具室238，两个锚具室238之 间设有一个可分别与第一预应力钢绞线9和第二预应力钢绞线10卡接配合的连 接器236，其中一个锚具室238与连接器236之间设千斤顶箱室234，用于预应 力张拉时安装千斤顶使用，另一个锚具室238与连接器236之间设箱室235，所 述的锚具室238内安装有锚具239，该锚具239的外面包有保护罩2331，所述 的保护罩2331整体为圆锥形结构，所述锚具239的顶端设置有加强环2332，其 中部设有锚垫板2333，其锚具239尾部设有工作锚环2334；

所述第一预应力钢绞线9的一端穿过第一钢锚箱7中设在千斤顶箱室234 一侧的钢锚箱预留孔洞23310、加强环2332、保护罩2331、锚垫板2333和工作 锚环2334，通过工具锚环夹片临时固定于工作锚环2334上，再穿过千斤顶箱室 234，待张拉预应力结束后，将工作锚环2334上的工具锚环夹片更换为工作夹 片11，最后再通过工作夹片11与连接器236相连；其另一端穿过第二钢锚箱8 中设在箱室235一侧的钢锚箱预留孔洞23310、加强环2332、保护罩2331、锚 垫板2333和工作锚环2334，通过工作夹片11锚固在工作锚环2334上后，再穿 过箱室235，通过工作夹片11与连接器236相连；

所述第二预应力钢绞线10的一端穿过第一钢锚箱8中设在千斤顶箱室234 一侧的钢锚箱预留孔洞23310、加强环2332、保护罩2331、锚垫板2333和工作 锚环2334，通过工具锚环夹片临时固定于工作锚环2334上，再穿过千斤顶箱室 234，待张拉预应力结束后，将工作锚环2334上的工具锚环夹片更换为工作夹 片11，最后再通过工作夹片11与连接器236相连；其另一端穿过第一钢锚箱7 中设在箱室235一侧的钢锚箱预留孔洞23310、加强环2332、保护罩2331、锚 垫板2333和工作锚环2334，通过工作夹片11锚固在工作锚环2334上后，再穿 过箱室235，通过工作夹片11与连接器236相连；

所述空腔a与第一钢锚箱7或第二钢锚箱8接触的一端设有相应的密封结 构，该密封结构包含与空腔a等高的钢筋网12，所述钢筋网12的两端分别绑扎 在分别植入到拱桥混凝土主拱圈1和模板工作段16上的剪切销钉3上，并在靠 近钢筋网12的外侧设有植筋13，该植筋13的一端植入到拱桥混凝土主拱圈1 内，所述的钢筋网12与植筋13之间设有柔性模袋14，该柔性模袋14的一端向 外设有与其内部相通的柔性模袋灌浆孔15。

本发明的加固结构还包括这样一些结构特征：

所述的钢筋4为螺纹钢筋，其采用锚固型结构胶种植。

所述的平面模板21和弧形模板22为提前预制而成，制作过程中其内部预 先埋设钢筋网片19和波纹管18，所述平面模板21和弧形模板22的工作面及边 缘应予打毛，涂抹结构界面胶，种植剪切销钉3，而平面模板21和弧形模板22 的侧面仅需涂抹结构界面胶即可。但对于平面模板21或弧形模板22之间间空 隙较大不能通过结构界面胶进行连接时也应在模板工作段16外侧面预先种植剪 切销钉或增设剪力键，通过密封结构进行密封处理。进一步优化，波纹管18铺 设需满足设计计算及相关设计规范要求，其铺设走向及线形需根据所铺设混凝 土模板的安装位置而确定。

所述模板工作段16的两侧为通过弧形模板22拼接所组成的弧形结构，其 圆弧半径的确定需考虑所选第一预应力钢绞线9或第二预应力钢绞线10的最小 曲率半径通过计算求得，且在第一预应力钢绞线9或第二预应力钢绞线10转向 处设置平滑过渡，从而避免第一预应力钢绞线9或第二预应力钢绞线10在其转 向处出现应力集中的现象，对于主拱圈横断面面积较小且加固空间允许的桥梁， 拱圈侧面用弧形模板22的圆弧半径可简化计算，设定为R_圆弧半径＝D_{半圆的直径}/2＝(H_{主拱圈厚度}+2×h_模板厚度+2×d_{模板与主拱圈间距离})/2。

所述模板工作段16制作过程中需要在距长边50m处设置多个等间距的 6-8mm的圆孔以便钢筋贯穿，圆孔可根据具体现场条件采用对角线布置，轴线布 置，三角布置或四角布置，其位置与植入钢筋4间距有关。

所述的柔性模袋14为纤维织物加工而成的模袋，该柔性模袋14一端需要 穿过植筋13并固定，保证浇注过程中不会滑脱。

实施例2

参看图1-6，一种钢筋混凝土拱桥主拱圈加固结构的施工方法，它是通过以 下步骤予以实现：

1)清理拱桥混凝土主拱圈1破损的混凝土表面，并在其表面上进行打毛处 理，并种植剪切销钉3，保证新旧混凝土共同工作；

2)找出拱桥混凝土主拱圈1每一模板工作段16的顶底面中线，然后在拱 桥混凝土主拱圈1工作段中线处的上顶面和下底面植入螺纹钢筋17，再通过螺 纹钢筋固定预埋承重板，将第一钢锚箱7或第二钢锚箱8中的传力钢板231与 承重板焊接固定(最后浇筑混凝土包裹第一钢锚箱7或第二钢锚箱8及承重板 构件，由于螺纹钢筋的作用，使得第一钢锚箱7或第二钢锚箱8与新旧混凝土 形成一整体，共同受力)其中第一钢锚箱7或第二钢锚箱8的平面轴线误差不 超过1mm，高程调整精度应控制在0.2mm以内，最后由第一钢锚箱7或第二钢 锚箱8延所在工作段向两侧对称安装模板；

3)在拱桥混凝土主拱圈1表面植入模板安装钢筋4；

4)表面模板2的安装，各模板工作段16的安装可从拱顶向两侧拱脚对称 分段安装，最先由安装拱顶的模板工作段16开始。

在植入的钢筋4的外螺纹部分人工拧入一个螺母，直到距离拱桥混凝土主 拱圈1表面规定距离为止，目的是预留出浇筑混凝土的空腔a，然后装入内托板 5，使内托板5紧靠拧入的螺母6并使内托板5尽量与钢筋4垂直；

5)安装表面模板2时，将平面模板21和弧形模板22按照预先的位置使其 穿过相邻的两根钢筋4，并使其内表面紧贴内托板5，然后将双孔长托板6上的 两个孔分别穿过相邻的两根钢筋4上，使其紧贴在平面模板21或弧形模板22 的外表面上，并拧入外螺母，用扳手上紧，在安装表面模板2的过程中通过调 整内外两个螺母6在钢筋4上的距离，使平面模板21或弧形模板22尽量与拱 桥混凝土主拱圈1平行，最终完成拱顶工作段16的表面模板2的安装。其他模 板工作段16的表面模板2的安装方式与拱顶工作段16相同，依次进行安装。

6)在安装表面模板2的过程中，在相邻的两个平面模板21、两个弧形模板 22或平面模板21与弧形模板22之间通过涂抹结构界面胶密封进行密封；

7)当各工作段16的表面模板2安装完毕后，进行第一预应力钢绞线9和 第二预应力钢绞线10的穿束作业，逐步的穿过各模板工作段16的平面模板21 和弧形模板22中的波纹管18；

8)对表面模板2中部靠近第一钢锚箱7或第二钢锚箱8的边缘处绑扎封闭。 因在预制平面模板21和弧形模板22时，已在模板a及拱圈表面b涂抹结构界 面胶、种植剪切销钉，故当需要进行空腔边缘封口操作时，先在混凝土主拱圈1 表面的剪切销钉上绑扎钢筋网12，而钢筋网12另一边与平面模板21表面的剪 切销钉相连接。该钢筋网12的外面设有封闭的柔性模袋14，该柔性模袋14上 预留有柔性模袋灌浆孔15，所述柔性模袋14的外面通过植筋13固定，使用钢 筋网托板来控制柔性模袋的厚度。

9)通过灌浆机械往柔性模袋灌注口15灌浆，待柔性模袋14完全膨胀至将 表面模板2与拱桥混凝土主拱圈1之间空腔的两侧缝隙完全封闭后，空腔a整 体形成一个密闭的腔体；

10)待柔性模袋14内的砂浆完全凝固后，最后在密闭的空腔4中灌注砂浆， 浇筑出整个主体。

当选择单侧张拉时，作为本实施例的优选方案是：

11)将第一预应力钢绞线9和第二预应力钢绞线10首尾两端连接于第一钢 锚箱7和第二钢锚箱8，即首先将第一预应力钢绞线9的一端穿过表面模板2经 过第二钢锚箱8中的钢锚箱预留孔洞23310、加强环2332、保护罩2331、锚垫 板2333和工作锚环2334，通过工作夹片锚固在工作锚环上后，再穿过箱室235， 通过工作夹片与连接器236相连，其另一端部穿过第一钢锚箱7中设在千斤顶 箱室一侧的钢锚箱预留孔洞23310、加强环2332、保护罩2331、锚垫板2333和 工作锚环2334，与安装在第一钢锚箱7中千斤顶箱室234内的千斤顶连接，将 第一预应力钢绞线9卡在第一钢锚箱7上，调整千斤顶位置，使千斤顶与锚垫 板2333、工具锚环夹片位于同一轴线上，轻敲工具锚环夹片，使第一预应力钢 绞线9初步锚固在锚具239上。

其次，将第一预应力钢绞线10的一端穿过表面模板2经过第一钢锚箱7中 的钢锚箱预留孔洞23310、加强环2332、保护罩2331、锚垫板2333和工作锚环 2334，通过工作夹片锚固在工作锚环上后，再穿过箱室235，通过工作夹片与连 接器236相连，其另一端部穿过第二钢锚箱8中设在千斤顶箱室一侧的钢锚箱 预留孔洞23310、加强环2332、保护罩2331、锚垫板2333和工作锚环2334， 与安装在第一钢锚箱7中千斤顶箱室234内的千斤顶连接，将第一预应力钢绞 线9卡在第一钢锚箱7上，调整千斤顶位置，使千斤顶与锚垫板2333、工具锚 环夹片位于同一轴线上，轻敲工具锚环夹片，使第一预应力钢绞线9初步锚固 在锚具239上。

12)待表面模板2与拱桥混凝土主拱圈1之间空腔内的现浇混凝土达到要 求龄期后，开始进行张拉。初始张拉，第一钢锚箱7和第二钢锚箱8内的千斤 顶同步启动，使第一预应力钢绞线9或第二预应力钢绞线10略微拉紧，同时注 意第一预应力钢绞线9或第二预应力钢绞线10中各钢绞线的松紧度，并随时调 整。力求各根钢绞线松紧度一致，以便其平均受力，随后第一钢锚箱7和第二 钢锚箱8内的千斤顶同时加载至钢绞线10％的控制力；

13)回油锚固完毕，油缸继续回油，退除工具锚环夹片、千斤顶，张拉同 一根第一预应力钢绞线9或第二预应力钢绞线10中的另一根钢绞线。待第一预 应力钢绞线9或第二预应力钢绞线10中的每根都达到10％的控制力后，按10～ 20％分级循环加载至90％的控制力，并将工具锚环夹片更换为工作夹片11；

14)第一钢锚箱7和第二钢锚箱8内的千斤顶在轮流分级加载到控制应力 100％时，尽快对孔道进行压浆，压浆利用水泥砂浆封锚头，将进浆口球阀和出 浆口球阀与锚垫板压浆孔拧紧，从一端将灰浆压入，待另一端流出浓浆后，将 出浆口阀门关闭，压力升至要求值后持压3分钟，关闭进浆口阀门，卸压；

15)张拉全部完毕后，退除千斤顶，并将工具锚环夹片更换为工作夹片11， 其后还需通过第一钢锚箱7或第二钢锚箱8中的连接器236将第一钢锚箱7或 第二钢锚箱8两端的已锚固好的第一预应力钢绞线9和第二预应力钢绞线10伸 出工作锚环2334的部分相连接；

16)最后在钢锚箱的箱室内灌入防腐油脂材料，封闭钢锚箱防尘盖。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限 制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员 应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其 中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的 本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。