淺談雙曲拱橋加固施工控制要點

彭鋒

（湖南省沙坪建設有限公司 湖南長沙 410008）

雙曲拱橋發明于20世紀60年代江蘇無錫，因其施工工藝簡單，拼裝快，承載力優秀，工料省在當時廣泛應用，據不完全統計，全國在這一時期修建的雙曲拱橋多達4200座。至今大多數雙曲拱橋都已老化，而且這種設計建造已經不能滿足現代交通量增加及荷載等級的提高，橋梁普遍有加固的需求。本文通過對邵陽市邵水橋加固的施工實例，探討雙曲拱橋加固施工控制要點，為其他雙曲拱橋加固施工提供一點借鑒。

1 工程概況

邵水橋建于1965年，為5跨20m（凈跨度）懸鏈線雙曲拱橋，橋梁墩臺均為片石混凝土重力式墩臺；原拱橋設計荷載為：汽-15，掛-80。拱橋為雙曲拱橋，矢跨比7/23，沿橫向布置10片拱肋，拱肋間距為1.35m。橋梁是主干道寶慶路過邵水河公路橋，現已經出現多處影響橋梁安全的病害，需要進行加固處理。病害主要情況如下：

邵水橋主拱肋拱腳位置肋底緣不同程度出現多條U型裂縫。最大裂縫寬1.5mm，裂縫寬度遠大于規定的允許值（0.3mm）。采用了主拱圈采用增大截面（填芯）法加固，采用C40鋼筋混凝土填充原有拱波與拱肋所圍城的空間，形成新的拱圈。

原拱橋橋臺采用重力式片石混凝土墩臺。橋臺與腹拱連接背墻出現一條橫向裂縫，裂縫寬度在3.0～4.0mm之間。且主拱圈加固后，拱橋自重增加，水平推力增加，無法滿足要求。采用了臺背加固法，每個橋臺后背布置22根φ1200鋼筋混凝土抗推樁，抗推樁間用φ1060素混凝土樁嵌擠，另有19根M20水泥砂漿固化樁加固臺背。

橋墩位置在與拱腳連接位置處出現豎向裂縫，部分裂縫貫徹整個橋墩高度，裂縫寬度介于0.5～2.0mm之間，最寬達5.0mm。采用了20cm鋼筋混凝土套箍對橋墩頂至基礎頂整個高度范圍內實施包裹。

1.1 難點及措施

（1）大橋處于交通主干道上，交通流量大，荷載高，為保障通行，設計采用增大主拱圈橫截面法加固橋梁，需要水上作業；

措施：項目在邵水河上搭設水上平臺，在水上平臺上搭設滿堂支架，支架法施工主拱圈填芯法。

（2）橋墩采用套箍加固，套箍包裹的橋墩大部分位于水面以下，需要水下作業。

措施：橋墩施工前，搭設圍堰，抽干圍堰內積水，為施工橋墩套箍施工提供無水干燥的施工環境。

（3）橋梁加固后，水平推力增加，原有橋臺無法滿足要求。

措施：主拱加固前，在橋臺基礎范圍外打多排防推樁，并用嵌擠樁填補防推樁之間的空隙，增強橋臺抗水平推力，防止橋臺傾斜、位移。

（4）老橋梁病害較多，施工時會影響原橋梁結構安全。

措施：施工前卸載橋面系，降低自重；施工前統計全橋不同部位混凝土缺陷及裂縫，并對裂縫編號，做好記錄，繪制裂縫分布圖。縫寬＜0.15mm的裂縫采用環氧砂漿封閉處理，縫寬≥0.15mm的裂縫采用橋梁維修專用注漿劑，按壁可法注漿工藝施工。施工中在設置監控點，對主拱圈和橋臺進行監測，發現位移超過規范，立刻檢查原因。

（5）主拱圈新增混凝土結構與原有結構結合不緊密，影響加固效果。

措施：鑿除原有結構碳化層，新增混凝土結構和原有結構采用植筋連接，采用微膨脹混凝土防止混凝土收縮徐變導致新老混凝土剝落現象。預埋注漿孔，澆筑后同強度水泥漿注漿填補新舊結構之間可能存在的空隙。

1.2 施工控制要點及實例

本次橋梁主要加固部位施工順序為：施工準備工作→橋臺加固→橋墩加固→主拱圈加固

2 施工準備工作

施工前準備工作要點為水文地質的調查、市政管網的調查，

（1）水文地質的調查：水上施工受到河流水位及通航要求的影響，施工經過洪水泛濫期的，要編制防汛防洪預案并演練。

實例：施工平臺及圍堰參照常年洪水位設計，2017年施工時2017年7月10日洪峰水位超過水文資料常年最高水位值，所有施工作業面全部被洪水淹沒。按照防汛防洪預案，在收到洪水預警后及時疏散人員，清理臨電并運出重要物資，減少了洪水帶來的損失。

（2）市政管網的調查：老橋一般位于于交通要道或城鎮老區附近，管線復雜，對管線細致調查將減少時間和經濟的損失。

實例：1#、4#墩靠河側均有一φ1000污水管，原設計污水管基礎坡腳穿過圍堰底部。經過調查發現管網基礎為片石結構，如按照原計劃施工圍堰，河水將通過片石基礎大量滲入圍堰區域，造成施工不便。經過變更，將土袋圍堰擴至管網基礎外側50cm，局部注漿防滲處理。避免了工期和成本的增加。

3 橋臺加固控制要點

橋臺加固順序為舊橋臺處理→抗推樁施工→嵌擠樁施工→固化樁施工，除常規施工要點外，控制要點為舊橋臺處理、管線保護、舊橋臺保護。

（1）舊橋臺處理：主要為裂縫封堵，縫隙處理符合規范，無遺漏后后方可進行后續施工，措施為繪制裂縫分布圖。

實例：根據裂縫分布圖，確定縫隙的數量，預先做好人機料的準備。并提前準備了材料及機械，避免了因為準備不足造成的拖延。

（2）管線保護：舊橋改造經常遇到管線保護的問題，措施為詳細調查管線，甚至開挖暴露保護，根據管線調查情況調整施工安排，避免管道破壞造成的損失。

實例：施工前對市政管線調查后發現，自來水管和國防光纜距離樁基施工范圍最近處僅1m，為增加管線安全系數，將原有的3×7布置的抗推樁樁位變更為3×6+4形式布局，增加1.5m的安全距離，避免了管線破壞造成的損失。

（3）舊橋臺保護：舊橋臺均為重力式橋臺，受到全橋的水平推力，病害較為嚴重，如不注意保護，容易在施工中造成病害擴大。措施為對舊橋結構損壞情況進行評估，根據情況調整橋臺加固甚至整橋加固計劃。

實例：由于邵水橋腹拱與橋臺處存在較大的橫向裂縫，為了降低樁基鉆孔對橋臺影響。每個橋臺只能先做一根樁，等到第一根樁強度達到90%設計強度后，每個橋臺才可以同時施工兩根樁；如此一來樁基工期較長，為保證工期，樁基施工期間同時進行圍堰和水上平臺施工，減少工期的拖延。

4 橋墩加固控制要點

橋墩加固順序為：圍堰施工→舊橋墩處理→鋼筋模板安裝→混凝土澆筑。除常規施工外，控制要點為圍堰設計，舊橋墩處理，套箍模板與預埋件處理，膨脹混凝土的制備。

（1）圍堰設計：水中圍堰完成后將減少流水斷面，考慮到施工期間洪水，及意外狀況導致的工期延長，圍堰的設計要根據現場調查情況進行優化。

實例：現場勘測后發現、邵水橋位于邵水匯入資江的入水口，流速大，原設計2#、3#墩位于河中心，土袋圍堰難以滿足要求，改為雙壁鋼圍堰。處理橋墩水上部分裂縫后，在舊橋墩上上植入加強螺桿，制作綜合平臺，于平臺上進行圍堰預拼裝整體下水。此優化增加了圍堰的安全系數，為洪水后快速恢復施工創造了條件。

（2）舊橋墩處理：為確保舊橋墩安全，以及新舊結構結合牢固，需要進行多種的處理，提前制定處理方案，確保處理無遺漏，能快速完成處理，避免影響后續施工。

實例：鋼圍堰安裝好后，抽出孔內積水，清理橋墩表面淤泥、雜物，再將表面混凝土全部打磨，鑿毛，并檢查水下部分裂縫，繪制裂縫分布圖。縫寬<0.15mm的裂縫采用環氧砂漿封閉處理，縫寬≥0.15mm的裂縫采用橋梁維修專用注漿劑，按壁可法注漿工藝施工。處理完后，采用φ16鋼筋植筋錨接到舊混凝土內，植筋深度達到40cm，間距為300×300mm，植筋外露40cm。

（3）套箍模板與預埋件處理：由于套箍模板需要在橋墩上植入結構螺桿、鋼圍堰有支護桿件固定在舊橋墩上，這些預埋件并穿過套箍模板并避開裂縫。需要深化模板和預埋件的設計。

實例：依照裂縫分部圖，深化了模板和預埋件的設計，避免了工期的拖延和舊橋墩的病害加重。

（4）膨脹混凝土的制備：混凝土澆筑前，要確保微膨脹混凝土的性能可靠，防止出現新舊結構結合不牢固的情況出現。

實例：邵水橋橋墩套箍混凝土設計采用C30混凝土，摻入1%水泥重量的微膨脹劑。提前由取樣員和監理將攪拌站所用的微膨脹劑和水泥取樣，送至實驗室進行適應性試驗，并進行混凝土適配并根據試驗情況調整膨脹劑摻量。確保混凝土強度，坍落度、限制膨脹率符合設計及規范要求后才開始使用。

（5）混凝土養護：養護不到位，微膨脹混凝土可能會失去收縮補償作用會導致新舊混凝土結合不牢固，需要制定相應措施。

5 主拱圈加固施工控制要點

主拱圈加固順序為：水上平臺搭設→支架搭設→舊結構處理→鋼筋模板安裝→混凝土澆筑→支架拆除。除了常規施工外，控制要點還有水上平臺設計、支架防沉降、舊結構處理、自密式混凝土配置、坍落度控制、澆筑窗口的處理和封堵、混凝土澆筑的推力平衡、混凝土養護、拱頂注漿。

（1）水上平臺設計：由于橋下地質情況不一致，要根據實際勘測情況調整水上平臺設計；且為作為拱圈支模架的基礎，需要消除水上平臺的非彈性變形。

實例：水下勘探后發現，邵水橋下河床底部為不規則裸露巖石，振動錘難以錘入，鋼板管樁采用鉆孔機鉆孔后振動錘錘入至設計深度。平臺搭載完成后，對結構負重進行計算，按1.3系數進行預壓加載，消除了平臺的非彈性變形。

（2）支架防沉降：填芯法鋼筋混凝土澆筑頂部為舊結構，且為拱形，支架無法預壓，需要制定相應措施，防止施工中支架沉降變形。

實例：邵水橋采用的是加密模板肋，施工時安排模板加強小組，通過調整木楔和頂升頂托的辦法降低支架沉降影響，對受力最大的拱腳至1/4拱部分，加密了水平剪刀撐和斜撐。拆除后效果如圖1、圖2。

圖1

圖2

（3）舊結構處理：為確保舊橋墩安全，以及新舊結構結合牢固，需要進行多種的處理，提前制定處理方案，確保處理效果好，無遺漏，避免影響后續施工。

實例：先采用清水清洗拱波底面、拱肋側面、連系梁四周，找出病害產生部位進行標注并劃定處理范圍，待單跨基層碳化層處理完成后，采用環氧砂漿對裂縫部分進行填補，局部裂縫超過1.5mm部位除采用上述裂縫處理方式，裂縫表面采用1mm條形鋼板表層固定進行結構補強，整個底面和側面采用聚合物水泥砂漿填補、涂刷；拱腳及拱肋按照設計植入鋼筋。

（4）自密式混凝土配置：混凝土澆筑前，要確保自密式混凝土的性能可靠，保證消除新增混凝土收縮徐變導致新老混凝土剝落現象。

實例：按水泥重量摻入1%的高效減水劑、1%的早強劑和1%的微膨脹劑。提前由取樣員和監理將攪拌站所用的三種外加劑和水泥取樣，送至實驗室進行適應性試驗，并根據試驗情況調整膨脹劑摻量；并進行適配，確保混凝土強度，坍落度、限制膨脹率符合設計及規范要求后才開始使用。

（5）坍落度、坍落擴展度及擴展時間控制，坍落度高則拱腳模板壓力大容易漲模甚至爆模，坍落度低則流動性差，容易塞管，出現脫空，需要嚴密的控制措施。

措施：開盤前檢查混凝土配合比報告，實測混凝土坍落度、坍落擴展度及擴展時間符合要求，方可進行澆筑，澆筑過程中按相關要求進行抽查。每隔1h，測量從混凝土出廠時檢測坍落度、坍落擴展度及擴展時間，并確定同一車現場施工時坍落損失值，根據情況調整出廠時坍落度。不符合要求的，嚴禁私自加水調整，由現場值班的攪拌站技術員使用同一品牌的外架劑處理，合格后才能使用，不能處理的退回攪拌站。

（6）澆筑窗口的處理和封堵：由于采用自密實混凝土，澆筑窗口如果封堵不嚴密牢固，混凝土漿將從澆筑窗口處滲出，造成蜂窩麻面甚至空洞，需要制定相應的措施。

實例：根據實際情況，每個拱波在拱頂及離拱腳4.28m高處，設置400×400mm窗口。為保證洞口封閉質量，在開孔時，孔周邊100mm二級開槽，槽深40mm。第一次澆筑完成后即對預留洞設置φ10@100鋼筋網片結構補強，采用600×600×3mm預制弧形鋼模封閉，鋼模背楞采用與其配套的植筋螺栓固定。

（7）混凝土澆筑的推力平衡：混凝土澆筑將增加結構的水平推力，推力不平衡將對舊結構造成損壞，應該嚴格設計澆筑順序，專人把控，確保混凝土澆筑推力平衡。

實例：為確保縱向推力平衡，混凝土的澆筑先從Ⅰ跨、Ⅴ跨開始，Ⅰ跨、Ⅴ跨澆筑完成后即進行Ⅱ跨、Ⅳ跨拱波施工，待Ⅱ跨、Ⅳ跨澆筑完成后，聯合完成Ⅲ跨澆筑任務；為確保橫向推力平衡，混凝土拱波澆筑順序為從中間拱波開始，向兩側對稱澆筑，示意圖如3。

圖3

（8）混凝土養護：養護不到位，自密實混凝土可能會失去收縮補償作用會導致新舊混凝土結合不牢固，需要制定相應措施；

實例：澆筑完成后拆模前，對混凝土底模板沖水，保持模板濕潤，持續14d。

（9）拱頂注漿：由于澆筑局限，拱頂容易出現脫空，需要制定相應措施。

實例：在澆筑前在拱頂窗口兩側預埋PVC注漿管，新澆混凝土強度達到100%后注入1：1純水泥漿，初壓0.1MPa，終壓0.2MPa。

6 結語

本文通過對邵水橋施工實例的探討，總結了填芯法雙曲拱橋施工中5個難點及措施，19個控制要點及實例，希望能對其他雙曲拱橋加固提供寶貴的經驗，提高施工效率，減少損失。