用钢纤维混凝土修复双曲拱桥面

1997年6月，我们根据养护部门的要求，对山东济宁王堰桥桥面进行抢修。该桥是省道——济鱼线上的1座5孔15米的双曲拱桥，始建于1968年，汽-13，拖-80。由于原桥设计荷载标准低，近年通行的车流量大，重载、超载车辆多，因此对桥梁造成严重的损害，影响了该桥的正常使用。经现场勘察发现，主要病害为：桥面拥包严重，行车颠簸剧烈，栏杆多处被撞倒；侧墙开裂，发生横向位移，局部侧墙变形外移达20多厘米，对应的桥面下沉10厘米左右。严重影响通行使用；拱波有漏水痕迹，有个别半悬波有脱落。由于桥面较高，未对拱肋、立柱进行仔细检查，未发现拱肋有明显的变形。未发现桥台产生位移的迹象。
经与养护部门协商，该路段即将进行改建、从维持目前通车的需要出发，该桥修复重点是桥面、侧墙，栏杆。因拱肋未发生变形，侧墙的修复仅需拆除重建。栏杆的修复，根据养护部门的要求改做护栏。该桥面的修复是关键，选择一个什么样的桥面修复方案，既经济又安全，这是设计时必须解决的。
修复方案的指导思想及理论依据
指导思想一：确保桥面恒载不增加
在未对桥梁结构进行检测的前提下，对桥梁结构进行修复或加固时，增加或减少原结构的恒载，都必须进行必要的结构分析。认识到这一点，对今后修复或加固桥梁工程的设计和施工，都十分必要。
由于该桥与相邻的另一座桥梁——门街桥，结构形式、荷载标准、修建年代均相同，都被列为修复项目。而相邻的门街桥的拱波断裂、拱肋出现裂缝，由此可以推知，该桥的主要构件不会存在较大的潜在承载力。因此在确定该桥的修复方案时，必须把握住不增加桥面恒载。
指导思想二：加强桥面横向联系
双曲拱桥是我国六、七十年代较常使用的一种桥梁结构型式，它的最大特点就是化整为零，即把桥梁结构的承重构件划分为拱肋、拱波、横系梁(或称拉杆)等构件。这种结构构件尺寸小，重量轻，运输安装都十分方便，对运输和安装的要求较低，比较符合当时的建桥条件。它的优点是经济、用钢量省、施工方便。便于群众掌握使用。它最显著的不足就是横向联系较弱、整体性能较差。
近年来，由于车辆载重吨位的不断提高，超载运输车辆十分普遍，致使双曲拱桥大都出现不同程度的损坏，主要表现为桥面沉陷，拱上侧墙(腹孔墩)变形外移，拱波断裂，半悬波脱落，拱肋裂缝，墩台发生位移等。
虽然该桥的病害是桥面和侧墙变形，但是在考虑桥面修复方案时，针对双曲拱桥的弱点，要尽可能地考虑加强桥面的横向联系。这对桥面修复设计提出更高的要求。
修复方案：钢纤维混凝土桥面
根据指导思想一，我们采用的修复方案，是在保证桥面恒载不变的前提下，挖除损坏的旧沥青路面，重做新沥青路面。这种修复方法，不能改善双曲拱桥的 整体受力性能，经过养护部门多年实践证明，该方法修复效果不好。
大家都知道，铺设钢板是提高结构物承载能力的一种方法，受这一道理的启发，又在指导思想二的思路指导下，我们提出了将双曲拱桥的柔性路{桥)面改变为刚性路(桥)面的方案。
提到刚性路面，我们势必想到混凝土路面。如果采用普通混凝土路面结构，在满足路面结构强度要求的前提下，则桥面恒载就增加太多。这样就促使我们想到了利用高强新材料——钢纤维即采用钢纤维混凝土桥面。
经过比较和分析，我们确定修复方案为：将原双曲拱桥面结构中填平层以上30cm的路面结构全部挖除，新做15cm的二灰碎石基层和12cm的钢纤维混凝土面层。
修复方案的理论依据：
类似于刚性路面理论目前，钢纤维混凝土路面的设计，都有严格的规定和技术要求。钢纤维混凝土在板梁类的桥梁结构的桥面中应用，已有成功的实例。同时，钢纤维混凝土在桥梁结构的受力复杂部位，比如拱梁组合结构的大结点、伸缩缝处的桥面等应用都是很普遍的，经工程实例验证，采用钢纤维混凝土能明显地改善、增强复杂部位的受力性能。
但是，把钢纤维混凝土应用在双曲拱桥的桥面中使用，这尚未见到有关介绍和实例。从理论上讲，这种修复方案，不同于板粱桥结构上的钢纤维混凝土受力模式，也不完全符合钢纤维混凝土路面的结构受力模式，但比较接近钢纤维混凝土路面的受力模式。由于基层下不是连续的土基，而是弹性不一的双曲拱及拱上填料，其强度要比土基大得多，从理论上讲，这种方案应该是可行的，不会出现问题。但还有待于工程验证。
施工要求
1材料要求
钢纤维要求采用剪切型纤维，体积百分比为12％。其他技术要求参照规范。
2施工要求
投料和拌和
对投料顺序、拌和方法和拌和时间要求：
(a)使用强制拌和机，采用先干拌后湿拌。
(b)投料顺序先碎石—1／2钢纤维干拌 1分钟——砂—水泥—1／2钢纤维干拌1分钟，再加水和减水剂湿拌15分钟左右。
(c)钢纤维在使用前应抖散，在进料口散布后投入，切不可成堆倒入。
(d)要严格控制拌和时间，不宜过短或过长。
摊铺
采用人工摊铺，应用锨反扣，严禁抛掷和搂耙摊铺中发现钢纤维结团，及时撕开抖散或予