套拱法加固技術在小跨徑石拱橋施工中的應用

楊勝文

（貴州省臺江縣交通局，貴州 臺江 556300）

1 橋梁病害成因

某縣道路上有一座單孔實腹式石拱橋，拱圈為等截面圓弧拱，凈跨徑6m，凈矢跨比1/4。拱頂處橋面寬約7.0m，主拱圈寬8.9m，厚0.4m，拱頂處填料厚度約3.0m。橋臺為輕型橋臺，基礎采用明挖擴大基礎。

1.1 主要病害

質量檢測單位對橋梁進行了檢查和測繪，發現主拱圈開裂嚴重，共出現5條明顯的縱向裂縫,5條裂縫中有3條貫通整個拱圈，并延伸至拱座，其中上、下游側墻與主拱圈交界處附近各有一條裂縫最寬，上游最寬50mm，下游最寬40mm；另有2條裂縫從拱腳延伸至拱圈1/4 處，拱腳附近有一道貫通的橫向裂縫，寬約5mm;上游兩側擋墻有明顯豎向裂縫,寬約15mm；下游側墻也出現明顯的裂縫,寬約10mm。該橋基礎置于碎石墊層的卵石層上,地質狀況較差,基礎沖刷嚴重；拱圈填縫材料的強度很低，部分用手即可捏碎的風化石。根據JTGH11-2004 公路橋涵養護規范,該橋一般評定結果為五類,已不能滿足通行公路Ⅱ級荷載的要求,需及時進行綜合整治。

1.2 病害成因分析

主拱圈裂縫產生的原因主要在于主拱圈橫橋向受壓不均勻,加上橋梁填縫材料強度很低,主拱圈整體性較差所造成。此外,根據縱向裂縫已貫通至基礎的情況,可判斷基礎不均勻變形也是該橋縱向裂縫產生的主要原因之一。

2 加固整治方案及設計

2.1 方案選擇

在進行整治方案設計時,主要考慮了以下4種方案:增大拱圈截面法、原拱圈下建圓管涵或箱涵改造法、原路面下建簡支梁橋改造法、套拱法。從現行的套拱法加固石拱橋實例及國外資料查證,套拱法比較適宜跨徑10m 以下且滿足基礎承載力的石拱橋加固。根據上述論證分析,要根治此橋病害可采用套拱法的加固方案,施工期間應禁止10t 以上汽車通行,以保證施工質量和交通安全。套拱法加固本橋的基本方法為:先處理原拱圈的裂縫，然后對原拱圈灌漿，使之整體性加強，再采用灌漿法處理基礎。基礎處理完成后在原拱圈下澆筑一層厚約40cm的鋼筋混凝土套拱，套拱施工完成后再在其與原拱圈之間灌漿。套拱也采用擴大基礎，將基礎設在滿足荷載的持力層或巖石上。

2.2 套拱結構尺寸設計

套拱結構尺寸設計應考慮的因素有：承載能力要求、盡可能小的壓縮孔徑、施工方便可行等。由于作用在套拱上荷載的大小及作用狀態不十分清楚，它與地質情況、跨徑大小及原橋技術狀況有關，只能根據經驗，經過定性的分析，參照有關技術資料確定其結構尺寸。套拱的外形尺寸應和原橋斷面尺寸相匹配，頂部為圓弧拱，兩側立墻與橋臺身相連。為加強其整體性采取壓漿措施。在選擇套拱材料時考慮到該橋地質情況不良,采用了鋼筋混凝土。套拱設計厚度參照《日本山嶺隧道技術規范及解釋》推薦的混凝土襯砌設計厚度數值，如表1所示。

表1 混凝土襯砌設計厚度推薦值

該橋原跨徑為6m，套拱加固后凈斷面為5.17m，確定套拱設計厚度采用34cm～48cm。

3 施工步驟及要點

3.1 施工步驟

步驟1：進行原拱圈處置,包括填補裂縫、灌漿等。

步驟2：第一次回填片石混凝土；澆筑C30 鋼筋混凝土拱座，預留20cm 高與拱圈一起澆筑；第二次回填片石混凝土。

步驟3：開挖拱下填土至設計高度；澆筑C20 素混凝土擴大基礎（注意預留灌漿孔）；灌漿處理基座下碎石墊層。深入墊層150cm，傾角60°，橫橋向每2m 1個,每側共6個。

步驟4:由拱腳向拱頂澆筑拱圈（預留灌漿孔）。

步驟5：在原拱圈與新拱圈之間灌漿。

步驟6：側墻裂縫灌漿。

3.2 施工要點

3.2.1 施工工序

填補原拱圈裂縫→原拱圈縱縫灌漿→挖出拱下填土及石塊→澆筑套拱基礎→灌漿處理基礎→回填片石混凝土→立模澆筑兩側墻身（預留20cm 同拱圈一起澆筑）→分段澆筑拱圈→新舊拱圈之間灌漿→側墻裂縫灌漿。

3.2.2 填補拱圈裂縫要點

對于原拱圈裂縫，如果寬度小于3cm，則直接用砂漿填補,寬度大于3cm的裂縫，拱圈縱向每隔20cm左右量取裂縫的形狀和深度，利用切割機將石料 (強度等級不小于MU30切割成大致相同的形狀 (尺寸應小于裂縫尺寸1cm～2cm),石塊表面抹一層砂漿后塞入裂縫，注意不得強行敲打、撞擊石料使其進入裂縫。每道縱縫每隔60cm左右預留一個灌漿孔,其深度應大于拱圈厚度1cm～3cm。

3.2.2.1 原拱圈縱縫壓漿要點

灌漿孔布置:工地應按現場實際條件及漿液配方做灌注試驗以確定有效注漿半徑,確保有效注漿半徑大于60cm。每道空縫配合灌漿孔,至少有一個排水孔注漿嘴及排水(氣)孔管埋設:注漿嘴及排水(氣)孔管均采用埋入式。埋深大于拱圈厚度1cm～3cm。空縫封閉:除注漿嘴及排水(氣)管外,其他一定范圍內空縫及有可能漏漿處都要采取封閉措施,以免出現跑漿、漏漿現象。封閉空縫及堵漏采用封縫砂漿。密封檢查:待封縫砂漿固化后,沿縫涂抹肥皂水,并從壓漿嘴向縫中通入壓縮空氣,若無冒泡現象,表示密封效果良好,否則應予以修補。壓注水泥砂漿:配制水泥砂漿,采用純壓法進行灌漿。由于該橋原拱圈開裂嚴重,為防止一次灌漿過多對拱圈產生不利,應采用多次灌漿技術,每個壓漿嘴第一次注漿量應小于20L。第一次注漿強度達到70%后進行第二次灌漿,每個壓漿嘴第二次注漿量應小于20L,第二次注漿強度達到70%進行第三次灌漿。壓漿后的封口處理:待封縫砂漿固化后,沿縫涂抹肥皂水,并從壓漿嘴向縫中通入壓縮空氣,若無冒泡現象,表示密封效果良好,否則應予以修補。

3.2.2.2 基礎灌漿施工要點。

待新建的C20 素混凝土擴大基礎澆筑完成后再進行基礎灌漿,緊靠每側基座預留6個注漿孔,橫橋向每2m，1個,孔深應進入基礎1.5m,采用三次灌漿技術施工。每個灌漿孔第一次灌漿量不應小于300L,第二、第三次灌漿量不應小于200L。施工時注意引導上游流水以免影響灌漿效果。

3.2.2.3 拱圈施工要點

拱圈混凝土厚僅40cm左右,綁扎鋼筋、澆筑混凝土較困難,因此,將每段分成5 塊拱盔,每塊寬度1.0m,用5 排木支架支撐,先支起1 塊拱盔,外側釘上側模板,采用人工填料,混凝土坍落度控制在0～1.0之間,填料順序從兩側拱腳向拱頂延伸,并及時振搗夯實,即將澆完第一塊時,再支撐起第二塊拱盔,以此類推。第一段拱圈澆筑完畢后噴水養生,強度達到設計標號的80%以上時拆除模板。

4 結束語

我國石拱橋眾多,在長時間的營運過程中,不少石拱橋在出現了一些病害,嚴重影響了橋梁的正常使用和通行能力以及橋梁的使用壽命,需要進行維修加固和改造以提高荷載等級。本文分析了某小跨徑石拱橋的病害情況,并詳細論述了采用套拱法對其進行加固處治的設計方法和施工要點,指出套拱法在技術上是可行的,且節約了工程造價,減少了社會經濟損失。

[1]勾潔,邢德兆.石拱橋套拱法加固技術研究[J].

[2]JTJ021-89,公路橋涵設計通用規范[S].