石拱橋加固設(shè)計(jì)及施工方法探討

周 勇

(安徽省滁州市公路管理局，安徽 滁州 239000)

石拱橋加固設(shè)計(jì)及施工方法探討

周 勇

(安徽省滁州市公路管理局，安徽 滁州 239000)

結(jié)合工程案例，對(duì)拱背增大截面加固石拱橋的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了介紹，并對(duì)拱上建筑拆除、主拱圈加固、更換拱腔填料等施工工藝進(jìn)行了闡述，通過實(shí)踐證明，采用該加固方法既可大大減少工程投資，又能提高石拱橋的整體承載能力，具有顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)石拱橋的加固具有積極的推廣意義。

石拱橋，加固，設(shè)計(jì)，施工

石拱橋是用天然石料作為主要建筑材料的拱橋，這種拱橋在我國(guó)有著悠久的歷史。石拱橋因其具有外形美觀、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工及取材方便、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)省干線及縣鄉(xiāng)公路中得以廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)50年代～80年代，我國(guó)修建了大量的石拱橋，目前在役的公路橋梁中仍占有相當(dāng)大比例，但由于此類拱橋大多設(shè)計(jì)荷載等級(jí)低，且受施工質(zhì)量及公路超載等方面的影響，導(dǎo)致產(chǎn)生各類病害，從而影響橋梁的正常使用。

近年來，我國(guó)不斷加大干線及縣鄉(xiāng)農(nóng)村公路危橋改造力度，其中涉及較多石拱橋的改造，對(duì)于這些石拱橋，若是全部拆除重建，既不科學(xué)，也不現(xiàn)實(shí)，應(yīng)通過采取“加固為主，改造為輔”的思路來充分挖掘石拱橋的承載潛力。如何應(yīng)用可行技術(shù)對(duì)石拱橋進(jìn)行加固和維修，以延長(zhǎng)石拱橋的使用壽命則顯得十分重要。

現(xiàn)以某重要縣道上一座石拱橋?yàn)槔榻B了采用拱背增大截面加固石拱橋上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及施工方法。

1 工程概況

原橋?yàn)?×5 m實(shí)腹式石拱橋，矢跨比為1/5，拱圈厚30 cm，下部結(jié)構(gòu)為重力式墩臺(tái)，橋梁全長(zhǎng)18 m，橋面全寬8.5 m。該橋建設(shè)于20世紀(jì)70年代。

現(xiàn)有橋梁下部結(jié)構(gòu)基本無病害，但上部結(jié)構(gòu)存在以下問題：

1)主拱圈承重構(gòu)件的斷面不足：現(xiàn)有主拱圈厚0.3 m，拱圈厚度不足。本次改造擬將橋梁設(shè)計(jì)荷載提升為公路—Ⅱ級(jí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算拱圈厚度為：

其中,L0為拱圈凈跨徑，cm；d為拱圈厚度，cm；m為系數(shù)，一般為4.5～6，取用m值時(shí)隨矢跨比的減小而增大，本項(xiàng)目m值取5.5；k為荷載系數(shù)，對(duì)于汽車—20級(jí)(等同于公路—Ⅱ級(jí))k=1.2。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示，原有主拱圈厚30 cm，需增大原主拱截面厚度25 cm，材料采用C30鋼筋混凝土。

2)由于橋梁建設(shè)年代較久，橋梁所在路線經(jīng)歷了幾輪改造，造成橋梁拱頂填料厚度已達(dá)1.2 m(橋面為24 cm水泥混凝土路面層)，橋梁恒載增加過多。且現(xiàn)有道路行駛的超載車輛較多，造成橋面24 cm水泥混凝土路面層已基本損壞殆盡。

3)拱上側(cè)墻外傾嚴(yán)重：通過鉆芯取樣分析，主要是因?yàn)闃蛎驿佈b層損壞后雨水下滲，拱上填料(素土)經(jīng)水浸泡、軟化，并在車輛作用下產(chǎn)生較大土側(cè)壓力所致。

2 加固方案

原橋橋下凈空較小，且橋位處渠道水量較大，在加固改造時(shí)不能減小橋下泄水面積。

基于以上各種情況，提出本橋的主要加固方案：更換橋面系、增加防撞護(hù)欄及泄水孔；對(duì)主拱圈進(jìn)行加固處理；對(duì)其他勾縫脫落、砌石松動(dòng)部分進(jìn)行勾縫、修補(bǔ)。

加固方案見圖1。

1)重新澆筑側(cè)墻。

更換拱腔填料為輕質(zhì)填料，重新鋪筑整體性好的鋼筋混凝土橋面鋪裝，并增設(shè)防撞護(hù)欄、泄水孔。

拆除原側(cè)墻后，按設(shè)計(jì)重新澆筑C25混凝土側(cè)墻；拱腔填料全部更換為二灰材料，以減小橋梁恒載，且水穩(wěn)性較好；橋面鋪裝采用18 cm厚C40防水鋼筋混凝土，并設(shè)1.5%雙向橫坡以滿足橋面排水要求，橋面鋪裝寬度同橋梁全寬(與側(cè)墻外側(cè)齊平)，其整體性好；橋面鋪裝兩側(cè)增設(shè)防撞護(hù)欄、泄水孔，以保證行人及車輛安全，并保持橋面排水順暢。

2)主拱圈加固。

拱上填料卸除后對(duì)主拱圈進(jìn)行加固處理，本橋采用拱背增大截面加固方案：處理拱圈缺陷后，進(jìn)行原拱背及拱座植筋，布設(shè)拱圈鋼筋后澆筑25 cm厚C30拱圈混凝土，使新舊拱圈形成整體，共同參與受力。

3)對(duì)其他勾縫脫落、砌石松動(dòng)部分進(jìn)行勾縫、修補(bǔ)，防止脫落、松動(dòng)進(jìn)一步發(fā)展。

3 施工工藝

1)拱上建筑拆除。

拱上建筑按對(duì)稱、均衡原則進(jìn)行拆除，自每孔跨中向兩端依次對(duì)稱進(jìn)行拆除，拆除采用人工配合小型機(jī)具進(jìn)行，拆除時(shí)各層應(yīng)逐層拆除，每層拆除厚度不能過厚。

2)主拱圈加固。

主拱圈加固為該工程施工的關(guān)鍵，其施工流程為：

a.對(duì)拆除拱上建筑后拱背用水清洗干凈，清除松散砂漿或松動(dòng)砌體，鑿毛結(jié)合面，防止形成薄弱層并利于新老部分結(jié)合；

b.對(duì)原拱圈缺陷進(jìn)行修補(bǔ)：如對(duì)拱圈的裂縫進(jìn)行灌(壓)漿處理、拱圈底空洞用M12.5水泥砂漿修補(bǔ)等；

c.在原拱背及拱座上植筋：植筋所用鋼筋采用單根長(zhǎng)50 cm的Ф16鋼筋，錨固深度為20 cm，梅花狀排列，間距50 cm；

d.布設(shè)加固拱圈鋼筋：主筋采用雙層Ф12鋼筋，間距20 cm；分

布鋼筋采用φ10鋼筋，間距20 cm。植筋鋼筋與雙層主筋焊接，以確保套拱新增鋼筋與原拱圈連接牢固，使新舊拱圈形成整體，共同參與受力；

e.澆筑25 cm厚C30拱圈混凝土及護(hù)拱：在每跨的拱腳處設(shè)泄水孔，泄水孔采用φ10 cm PVC管，PVC管貫穿整個(gè)橫橋向，并且在PVC管壁的上部橫橋向每隔20 cm鉆3個(gè)小孔，以利于排除拱腔內(nèi)積水。

3)重新澆筑C25混凝土側(cè)墻：拱圈與側(cè)墻間設(shè)置Ф22連接鋼筋(見圖2)。

4)更換拱腔填料。

拱腔填料全部更換為二灰材料(石灰∶粉煤灰=1∶3)，以減小橋梁恒載。拱頂以下部分二灰采用小型機(jī)具夯實(shí)，由于下部尖角無法夯實(shí)部分，采用C15混凝土填筑，拱頂以上部分采用12 t～15 t雙鋼輪壓路機(jī)壓實(shí)。在壓實(shí)后的二灰層頂面及側(cè)墻頂鋪設(shè)三油兩氈防水層。

5)橋面鋪裝及附屬設(shè)施。

橋面鋪裝采用18 cm厚C40防水鋼筋混凝土，采用雙層鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑12，間距10 cm，與橋梁同寬；橋面鋪裝兩側(cè)增設(shè)防撞護(hù)欄、泄水孔，以保證行人及車輛安全，并保持橋面排水順暢。

6)對(duì)其他勾縫脫落、砌石松動(dòng)部分采用M12.5水泥砂漿進(jìn)行勾縫、修補(bǔ)。

4 結(jié)語

該橋于2012年9月底加固完成，經(jīng)過兩年多的通車運(yùn)營(yíng)，目前橋梁使用狀況良好，承載能力完全達(dá)到公路—Ⅱ級(jí)的荷載等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，加固達(dá)到預(yù)期目的。實(shí)踐證明，采用拱背增大截面加固石拱橋的方法是可行的，能大大減少投資，同時(shí)提高石拱橋的整體承載能力，具有顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)石拱橋的加固具有積極的推廣意義。

[1] JTG/T J22—2008，公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JTG/T J23—2008，公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 蒙 云，盧 波.橋梁加固與改造[M].北京：人民交通出版社，2004.

[4] 向中富，鄒毅松，楊壽忠.新編橋梁施工工程師手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2011.

Explosion on the reinforcement design and construction methods of stone arch bridge

Zhou Yong

(AnhuiChuzhouHighwayAdministrationBureau,Chuzhou239000,China)

Combining with engineering examples, the paper introduces the design scheme of arch enlarging section reinforced stone arch bridge, and describes top arch building demolishment, main arch circle reinforcement, and replacing arch filling materials and other construction technologies. Practice proves that: the reinforcement methods can not only reduce engineering investment, but also improve integral bearing capability of stone arch bridge, and has obvious social and economic benefits, which has positive meaning for reinforcing stone arch bridge.

stone arch bridge, reinforcement, design, construction

1009-6825(2015)02-0155-02

2014-11-08

周 勇(1978- )，男，工程師

U448.22

A