G309線甘溝驛拱橋加固改造設計與施工

李江(會寧公路管理段,甘肅白銀 730700)

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G309線甘溝驛拱橋加固改造設計與施工

李江
(會寧公路管理段,甘肅白銀 730700)

【摘 要】本文甘溝驛橋為例,介紹了雙曲拱橋加固改造的設計方案與施工工藝,重點說明了混凝土在雙曲拱橋加固改造中的應用。錨噴混凝土工藝是借助高壓噴射機械,利用壓縮空氣將新的混凝土混合料,通過管道高速噴射到已錨固好鋼筋網的受噴面上,待其凝結硬化形成一種鋼筋混凝土。本文闡述了對一些方案的看法,以及對甘溝驛橋的成功提載,希望能為同類橋梁加固改造的設計與施工積累了寶貴的經驗。

【關鍵詞】雙曲拱橋 加固改造 設計與施工

1 橋梁使用情況

G309線K2023+850處甘溝驛橋于1974年建成，該橋為2-35米等截面懸鏈線空腹式雙曲拱橋，橋長98.08米，橋寬7.0＋2×0.5米，設計荷載：汽-13級、拖-60級。隨著近年來交通量的迅速增長，交通運輸日益繁重，特別是大噸位車輛運輸急劇增加，使大橋經常承受遠大于設計荷載的負荷作用，致使全橋大部分腹拱出現裂縫。加之原橋面鋪裝未設置防水層，主拱圈底部大面積滲水，混凝土碳化嚴重，墩身、墩臺帽都有不同程度的裂縫，橋面鋪裝破損嚴重，已無法保障橋梁的正常使用，對該橋進行加固改造。

2 外觀測量及病害

橋梁各部位幾何尺寸基本與原設計一致，無偏差。橋面原設計縱坡為平坡，橫坡為3%，通過實際測量，縱橫坡均未發生大的變形，基本符臺原設計。全橋所有拱肋除兩側拱腳外，其余部分與橫系粱連接處均有滲水、泛白，混凝土腐蝕、碳化現象。拱波上雖無明顯裂縫，但也有大面積的滲水、泛白現象。全橋腹拱均有橫向裂縫，縫寬0.15～0.25mm，分布于距拱腳50-60cm位置處。腹拱墩基本完好，與腹拱圈連接處出現滲水，混凝士腐蝕，橫墻表面

混凝土剝落，骨料外露，局部出現多道縫寬為0.1～0.15mm的不規則裂縫。墩、臺帽上每片肋下均出現縫寬為0.1-0.2mm的豎直通縫，墩身出現大量寬度小于0.15mm的網狀裂縫。拱上側墻尚無明顯裂縫等病害產生。橋面鋪裝砼大部分脫皮，粗骨料外露，且有多道橫向裂縫。

3 加固方案

根據調查結果，對原拱橋結構進行了受力計算和驗算分析，通過多個加固方案的分析和比選，決定采用噴射混凝土加大拱肋斷面的方法，對原橋病害進行全面的、徹底的處理和加固，以提高橋梁承受荷載的等級。

3.1 拱圈加固

拱波采用植筋外掛鋼筋網并噴射6cm厚C30混凝土加固的方法，以提高各孔的整體剛度和承載力。拱肋是全橋的主要受力構件，必須重點加固。其加固方法為：沿原拱肋周邊按照15cm的間距均勻布置植筋，并根據內力計算結果確定增加新的￠25主筋及￠12箍筋。鋼筋長度貫穿拱肋全長并伸入拱腳，其后采用噴射10cm厚C30混凝土。原橫系梁尺寸偏小，橫向連接差，屬薄弱構件，針對這一病害誘因，將即有橫系梁增大為40cm×30cm，以提高橫向剛度和整體穩定性，從而提高主拱圈的承載力。

3.2 墩臺帽及墩身、腹拱加固

墩、臺帽及墩身均采用植筋外掛鋼筋網并噴射10cm厚的30混凝土加固。腹拱部分裂縫采用環氧樹脂膠泥修補。

3.3 橫面系加固

原橋面填料為煤渣填充缺乏穩定和堅實、整體性差，挖除既有煤渣填料層，代之澆筑C10貧水泥混凝土，降低拱上填料層的高程，并在其上布設間距10cm×10cm直徑為25mm的鋼筋網，澆筑20cm厚的C30混凝土橋面鋪裝，以增加拱上建筑的剛度。通過計算，加固后各項指標均滿足汽車-20級，掛車-100級的荷載標準。

3.4 加強防水措施

拆除原紅膠泥防水層，在拱上填料涂抹防水砂漿防水層，增加橋面泄水管，以完善防排水。

4 加固的主要施工工藝

4.1 施工流程

挖除橋面系→挖除拱上填料→拱肋、拱波、橫系梁、橋墩、拱座植筋→掛設鋼筋網→噴射混凝土→腹拱裂縫處治→澆筑拱上填料鋪設橋面鋪裝→安裝橋面系。

4.2 拱上建筑的拆除

在卸載過程中，為避免主拱圈產生過大和不均勻變形，嚴格按操作流程進行對稱、均勻卸載，施工前制定了詳細的卸載程序，并遵照執行，對主拱圈的拱頂和1/4、3/4斷面隨時進行變形觀測，以確保卸載對主拱圈的安全。

4.3 主拱圈及拱座加固

拱勒、橫系梁、墩身以及墩臺帽均采用噴射10cm厚C30鋼筋混凝土，拱波采用噴射6cm厚C30鋼筋混凝土。噴射的施工順序分為：受噴面清理和鑿毛、鉆孔和植筋、掛設鋼筋網及噴射混凝土等工序。

4.3.1 受噴面清理與鑿毛

對存在病害的舊混凝土仔細鑿除崩裂、起殼和腐蝕的混凝土，須鑿至堅硬密實部分為止。為了保證新澆混凝土與老混凝土之間在周邊粘界良好，鑿除部分的周遍應有碗口形明顯輪廓，周邊輪廓深度至少3cm。如鋼筋僅外側銹蝕，則只須鑿除混凝土保護層即可；若鋼筋內側銹蝕則沿鋼筋周圍的混凝土均要鑿除，內側鑿除深度至少2cm以上，直至露出好的混凝土為止。銹蝕的鋼筋必須嚴格除銹，直至露出金屬光澤。對無病害的老混凝土表面清理、鑿毛或打成溝槽。清理時，用鋼刷子、鐵錘和鐵鑿等工具，清除受噴面雜物。鑿毛，則用人工鑿毛法鑿成深度約為10mm的小坑，同時應除去浮渣、塵土，并對混凝土表面應沖洗干凈。

4.3.2 鉆孔和植筋

(1)放樣。現場施工的技術人員負責測定植筋孔位，用彩色粉筆標出＋、↑、←等三種不同記號。十字交點為設計孔位的中心，箭頭表示允許沿縱、橫并靠近十字交點移孔的記號。鉆孔遇到鋼筋或不可破壞的構件時，必須作孔位移動。

(2)鉆孔。使用鉆孔機具為雙重絕緣電錘。鉆孔前，工地依據要植入的鋼筋設計直徑，選定相應直徑的鉆頭(電錘附件)，而后在放樣的孔位上進行鉆孔。設計鉆孔深度在拱肋、臺帽處不小于15CM；拱波、腹拱圈、立墻處不小于10CM。鉆孔時，操作人員雙手握緊電錘，先將鉆頭頂住工作面并輕微加壓，然后再按開關施工施鉆。在鉆孔過程中，鉆到堅石或鋼筋時應立即退出，移動孔位重鉆。

(3)清孔。清孔的工作內容，就是用高壓風沖除孔眼內的混凝土碎渣和浮土。清孔工具為高壓吹風機，噴頭出接細長的金屬管做噴桿。清孔時將噴桿嘴對準孔眼，打開噴桿開關吹風，再用水沖洗每個孔眼，直到孔內流出清水。

(4)填充孔眼。清空后，用膠泥材料填充孔內，并在初凝前插入鋼筋。填充材料采用大連智鑫建筑結構膠。每孔壓膠，直到孔內充滿為止。

(5)植筋。植筋起著掛設鋼筋網、加強新舊混凝土結合面抗剪能力，使達到新舊結構共同變形的重要作用。鋼筋按設計直徑種植，植筋膠使用大連智鑫建筑結構雙組分膠。所用填充工具為金屬管，內插一根鋼筋作成的唧筒。填充時，先將金屬管內灌滿膠體，插入孔底堆擠鋼筋芯棒將膠體壓入孔內。用膠體填滿眼后，隨及插入鋼筋，并用小鐵錘敲打植筋尾端直至孔底。此時，膠體從孔口外溢，再用泥鏝刀刮凈。孔內有空隙時，立即拔出鋼筋重新壓膠和插入鋼筋。植入鋼筋后不允許在固化前擾動鋼筋。鋼筋插定兩天后抗拔力，在掛設鋼筋網前須作檢驗，使Φ12、Φ16、Φ25鋼筋的抗拔力分別達到24KN、62KN、154KN，若抗拔力達不到者，必須重新植筋，直至合格為止。

4.3.3 掛設鋼筋網

掛設鋼筋網的工作實際是從掛設縱、橫單根鋼筋開始，使逐根就位而成單層鋼筋網。當植筋插定兩天后開始掛設，單根鋼筋在鋼筋蓬加工成型，再運送到施工現場。掛設時，單根鋼筋緊靠植筋就位，先綁扎后焊于植筋上，焊接時由于溫度的升高，會對結構膠的性能造成一定的影響，因此不要持續在一處點焊，以免引起結構膠失效甚至燃燒。拱肋主筋分為5段掛設，分別沿其側面及底面插入U型箍筋中進行接長焊接，主筋軸線一致，鋼筋接頭為雙面搭接焊，焊接有困難的地方也可為單面搭接焊，但焊縫長度必須符合要求。在主筋位置調整合適后，將主筋與箍筋逐一綁扎牢固。橫系梁主筋必須與拱肋植筋焊接，以保證橋梁整體剛度。掛設鋼筋網的順序為沿著施工的前進方向，從一端拱腳開始逐段完成至另一端。

4.3.4 噴射混凝土施工

噴射混凝土用原材料的規格、級配和質量必須符合《噴射混凝土支護技術規范》的有關規定。按施工配合比將混合料拌合均勻，避免骨料與水泥分離，然后根據噴射機的特點進行試機。噴射時調節好風壓與水壓，為保證高壓水能盆腔混合室(噴頭處)內壁小孔高速射出，把干拌和料迅速拌合均勻，水壓應稍高于風壓。噴射作業施工準備工作作好后，嚴格掌握規定的速凝劑參量，并填加均勻。噴射時，噴射手應嚴格控制水灰比，使噴層表面皮un公正光滑，無干斑或滑移流淌現象。噴射作業應分層進行。一次噴射厚度不得太厚或太薄，墩身分為4～6cm，拱部為3～4cm，拱圈分3層噴射。分層噴射的時間膈應根據水泥品種、速凝劑種類及參量、施工溫度和水灰比大小等因素，并視噴射的混凝土終凝情況而定。分層噴射間隔時間不得太短，應在初噴混凝土終結之后再進行復噴；當時間間隔較長時，復噴前應將初噴混凝土表面清洗干凈，且復噴時應將凹陷處進一步找平。噴射混凝土的表面修整可在初凝后用刮刀將設計線以外多余的材料刮掉，使混凝土表面線形順暢、美觀。

為保證噴射混凝土質量，減少回彈量和降低粉塵，作業時應注意以下事項：(1)噴射應分段長度不超過9米(兩根橫系梁之間的部分)，按先墻后拱、自下而上地順序進行噴射，以減少混凝土因重力作用而引起滑動或脫落。(2)掌握好噴嘴與受噴面的距離和角度：噴嘴至受噴面的距離為：0.8～1.0m，過大或過小都會增加回彈量；噴嘴與受噴面垂直，并稍微偏向剛噴射的部位(傾角不大于10度)，則回彈量最小、噴射效果和質量最佳。噴射時可以采用螺旋形移動前進也可以采用S形往返移動前進。從整體上，每跨應對稱噴射，以保證橋梁受力均勻。

為使水泥充分水灰比，使噴射混凝土的強度迅速增長，減少或防止混凝土的收縮開裂，確保噴射混凝土質量，應在其終凝1h～2h后進行灑水養護，養護時間應不小于14天。

4.4 腹拱裂縫處理

首先用鋼絲刷等工具，清除裂縫表面的灰塵、松散層等雜物，并沿裂縫用尖鋼纖鑿成2～4mm寬的V形槽，再次清除縫口及槽內浮塵后，騎縫用環氧膠泥粘帖灌漿嘴，向裂縫內壓力灌膠，最后將裂縫封閉。

4.5 拱上填料

拱上填料用C10貧混凝土澆筑，厚度為拱頂以上20cm。為杜絕水流滲入填料，做2cm厚水泥砂漿防水層，然后鋪筑20cm厚橋面鋪裝層，橋面高程較加固前降低約10cm。

4.6 橋面鋪裝

橋面鋪裝采用20cm厚C35鋼筋混凝土，設單層Φ10號10cm× 10cm鋼筋網。鋪筑用原材料的規格、級配和質量必須符合《混凝土路面施工技術規范》中的有關規定，尤其必須滿足路面材料抗磨耗的要求。攤鋪混凝土厚度略高于設計標高，先用平板振搗器振搗密實，再用振搗梁整平。整平完成后，局部表面有缺陷的地方用新鮮混凝土填補、鏝刀成形，以消除表面的不規整。對于棱角、泄水孔周圍，手工抹平。在橋面上每隔12米安裝75mmPVC管作為橋面泄水孔，以防積水。全橋共設3道伸縮縫，每段混凝土橋面澆筑修整完工后半小時內，用草袋覆蓋，灑水養護，養護時間不少于14天。為進一步減輕橋梁的自重，將原設計重力式防撞墻改為安全帶、立柱式，拱上建筑自重較加固前大幅減少。經水準儀觀測，2跨拱肋拱頂處較加固前均抬升3mm，說明起到加固效果。

5 結語

噴射混凝土法加大拱肋截面、加強拱肋間橫系梁以增加橋梁整體剛度，對雙曲拱橋既有拱波、腹拱及拱腳等應力集中、容易產生裂縫的部位進行覆蓋，此方案施工簡便、工藝成熟，不破壞原有結構物，加固工期較短，經濟合理，提高了結構的耐久性，同時噴射混凝土后增加了構件受力截面，相應也提高了構件自身的承載能力。通過對甘溝驛橋的成功提載，為同類橋梁加固改造的設計與施工積累了寶貴的經驗。