省道舊石拱橋維修加固實例分析

■魏建彬

（三明市公路橋隧養(yǎng)護(hù)管理中心，三明365001）

省道舊石拱橋維修加固實例分析

■魏建彬

（三明市公路橋隧養(yǎng)護(hù)管理中心，三明365001）

本文針對溪柄二橋病害情況，提出一種簡單實用維修加固石拱橋的方法，即在石拱橋拱圈的下部進(jìn)行襯砌加固，使老石拱橋拱圈與新鋼筋混凝土套拱形成整體，共同受力，使危橋得到改善，達(dá)到預(yù)期效果。

石拱橋病害維修加固

1 前言

三明市地處山嶺重丘地區(qū)，溪河密布，當(dāng)?shù)厥县S富，很早以前就有建造石拱橋的傳統(tǒng)。當(dāng)時建造公路時，特別是一些縣鄉(xiāng)公路的建設(shè)中，大多采用民辦公助的形式，就地取材，節(jié)約造價。石拱橋施工工藝簡單，承載能力大，因此在本市現(xiàn)有的公路橋梁中，石拱橋占有相當(dāng)比重。隨著交通量的增加，特別是大噸位車輛的增加，原有修建的石拱橋荷載標(biāo)準(zhǔn)偏低，在近幾年的橋梁調(diào)查中，普遍出現(xiàn)了承載力不足等問題。因此采用技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理的改造技術(shù)對一些四類橋梁和危險橋梁進(jìn)行維修加固，以達(dá)到提高其承載能力的目的，是十分必要的。

2 橋梁概況

溪柄二橋位于大田縣境內(nèi)的306省道K204+289處，該橋為單跨跨徑20m的石拱橋，矢跨比1/5，橋長33.52m，橋面凈寬（9.6+2×1.2）m。設(shè)計荷載：汽-20級，掛-100。橋臺結(jié)構(gòu)為漿砌片石U形橋臺，天然淺基礎(chǔ)。橋面行車道為24cm厚C35水泥混凝土。溪柄二橋橋型布置如圖1所示。

舊拱橋經(jīng)運營10多年后，在橋梁檢測中發(fā)現(xiàn)下述病害：拱圈中部出現(xiàn)縱、橫向各2條裂縫，縫寬5～6mm；側(cè)墻有較多裂縫，縫寬7～8mm；三明臺、大田臺各有裂縫1條；橋面板有4塊板有裂縫。

3 病害成因及加固方案的選定

圖1 溪柄二橋橋型布置圖

經(jīng)對溪柄二橋病害的分析，認(rèn)為裂縫產(chǎn)生的原因是多方面的，但其主要成因有4個：（1）舊拱橋建于90年代中期，由于臺后填土范圍小，填土又很高，壓實機械無法到位，小型機具又達(dá)不到壓實效果，填土壓實度不夠，土壓力較大。由于在高填土下，拱橋臺身主要承受的荷載是填土自重和土壓力，汽車活載效應(yīng)較小，若填土壓實不足，土體本身形不成自拱，臺身勢必形成較大的土壓力，使橋臺臺身及基礎(chǔ)產(chǎn)生推移，引起開裂。（2）舊拱橋基礎(chǔ)采用打梅花型松木樁處理，由于地基承載力不足，產(chǎn)生了不均勻沉降。（3）主拱圈、橋臺砌筑工藝差，砌體砂漿不飽滿，石料強度規(guī)格不符合設(shè)計要求，臺身部分片石被壓碎破裂。（4）省道上交通量日益增大，車輛超載也隨著增加，重車荷載有增無減地繼續(xù)作用，勢必使拱圈在許多局部呈現(xiàn)單個或少數(shù)構(gòu)件受力集中現(xiàn)象，全斷面受力甚不均勻，也是造成病害的重要原因。

根據(jù)306省道交通流量大、又不能中斷交通的特點，分別擬訂了3個方案進(jìn)行經(jīng)濟技術(shù)比較。方案一：在現(xiàn)橋的右側(cè)建造一座新橋，但因造價高，且路線不順暢，對行車不利而否定。方案二：拆除現(xiàn)有舊拱橋，利用原橋臺，改建梁橋。但由于不能中斷交通須先建通車便橋，再拆老橋，這就增加新建便橋費用，造價大、工期長；而且此方案其臺后土壓力仍然對橋臺產(chǎn)生作用，且對兩側(cè)加寬也會造成影響，因此也不可行。方案三：即對現(xiàn)有拱橋?qū)嵤┮r砌加固方案，即在現(xiàn)有的石拱橋下加固一個鋼筋混凝土的套拱，河底做成仰拱形式。其理由及優(yōu)點為：（1）該橋橋下為山區(qū)溪流，不通航，匯水面積不大，溪流縱坡大，排水迅速，套拱后也不影響其排水；（2）可以不中斷交通，在橋下施工，現(xiàn)場施工管理也簡單；（3）造價低。加固后的溪柄二橋見圖2所示。

4 加固改造設(shè)計方案要點

（1）裂縫注漿封閉：由于該橋拱圈多處開裂，部分裂縫已貫穿整個臺身，為防止裂縫進(jìn)一步發(fā)展，先采用高壓灌漿法對縫隙進(jìn)行封閉補強，然后再進(jìn)行下一步加固。

（2）拱圈襯砌加固：該橋從病害成因及現(xiàn)狀分析，若只采用高壓灌漿進(jìn)行加固，考慮到橋梁臺身及拱圈開裂嚴(yán)重，承載力不足，灌漿后橋臺及拱圈仍無法達(dá)到設(shè)計強度，還將存在較大隱患，所以采用內(nèi)壁現(xiàn)澆鋼筋混凝土拱圈的永久性加固方案。即在原石拱圈腹內(nèi)布錨桿，使石拱圈與鋼筋混凝土拱圈構(gòu)成復(fù)合式拱圈，通過復(fù)合式拱圈增強磚石的抗彎拉應(yīng)力和整體剛度。本著造價經(jīng)濟、滿足承載要求以及襯砌后拱橋過水?dāng)嗝娣e仍能滿足泄洪要求的原則，鋼筋混凝土拱圈厚度采用40cm進(jìn)行設(shè)計。

（3）河床仰拱襯砌：除對拱圈、臺身進(jìn)行套拱襯砌加固外，河床特別做成仰拱形式襯砌加固，其作用是：①仰拱可以使橋梁整體的承載力得到提高；②仰拱可以減少橋梁的周圍位移；③仰拱可以克服橋臺基礎(chǔ)承載力不足；④仰拱可以使偏心受壓向軸心受壓轉(zhuǎn)變；⑤仰拱可以改善橋梁整體受力。

5 施工技術(shù)要點

（1）裂縫處理措施

對原橋的拱圈及橋臺前墻裂縫進(jìn)行鉆孔壓漿處理，增加原石拱橋的整體強度。沿臺身及拱圈裂縫，每隔100cm鉆壓漿孔，拱圈鉆孔深均為60cm，橋臺前墻鉆孔深度根據(jù)墻厚而定。壓漿前先將裂縫鑿成V形槽，在槽面上涂一層1.5cm的環(huán)氧樹脂，再抹水泥砂漿封堵，戴砂漿形成強度結(jié)硬后，用灰水比1∶0.5、壓力為0.6～0.8MPa的水泥漿在壓漿空處進(jìn)行壓漿，壓漿管的長度貫穿整個構(gòu)造物，壓漿時鄰孔為排氣孔，在排氣孔冒出同濃度漿液后即對壓漿空和排氣孔進(jìn)行堵塞。壓漿時應(yīng)采用自下而上的順序施工，同時壓漿時還需考慮到臺腔滲漿。

（2）套拱施工措施

圖2 加固后橋梁結(jié)構(gòu)圖

①在舊拱圈內(nèi)進(jìn)行C25鋼筋砼拱下套拱加固，原拱圈與套拱之間用ф20錨固鋼筋聯(lián)結(jié)，拱圈上錨桿長75cm，嵌入拱圈40cm，橋臺前墻上錨桿長85cm，嵌入墻體50cm，均采用梅花型步設(shè)，并用1∶1水泥漿加膨脹劑灌注，錨桿應(yīng)與套拱鋼筋網(wǎng)焊接成整體。

②在仰拱底下鋪50cm厚砂礫層，分層填筑夯實后，即綁扎仰拱的鋼筋骨架，澆注混凝土。

③現(xiàn)澆兩側(cè)臺身。澆注前錨桿還應(yīng)與襯砌鋼筋網(wǎng)焊接，臺身鋼筋應(yīng)與仰拱鋼筋骨架焊接在一起，混凝土澆注時，應(yīng)加強震搗。

④澆注拱圈混凝土。由于拱圈混凝土厚度只有40cm，綁扎鋼筋、填料及振搗較困難，因此采用泵送混凝土分段澆注（每2m為一段），混凝土應(yīng)從兩冊拱腳向拱頂延伸，并即使振搗夯實。澆注完畢后噴水養(yǎng)生，強度達(dá)到設(shè)計標(biāo)號的80%以上時可拆除模板。

6 結(jié)語

采用鋼筋混凝土套拱對石拱橋進(jìn)行加固，具有省時、省錢、工藝簡單、不中斷交通等諸多優(yōu)點，恢復(fù)了原來的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，使危橋得到改善。通過3年多的運營，經(jīng)詳細(xì)檢測，技術(shù)狀況良好，未發(fā)現(xiàn)任何不良變化，達(dá)到了預(yù)期效果。

[1]金輝著.公路橋梁養(yǎng)護(hù)典型病害診斷與處治圖解手冊.北京：人民交通出版社，2015.

[2]王云江，張海東.橋梁工程養(yǎng)護(hù)維修與管理.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

[3]梁全富，閆衛(wèi)紅，趙杰.公路危橋評價分析及加固技術(shù).北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.