淺談大跨徑石拱橋加固的風險控制措施

張力文 周磊

（1.重慶市知朗咨詢有限責任公司 重慶渝北 401121 2.貴州省質安交通工程監控檢測中心有限責任公司 貴州貴陽 550003）

0 引言

伴隨國省道干線道路的積極改造，原國省道中的現有橋梁需要全面展開加固提載，我國現有橋梁絕大多數為石拱橋，在山區，跨徑超過40m的石拱橋，在加固方案制定與設計全過程中，要著重考慮風險防控。

1 風險防控策略

1.1 檢查結構情況

橋梁加固前，要全面掌握原橋的技術狀況，研究結構病害形成的原因，并且在加固過程中，對病害進行針對性處治，制定科學的加固方案。業主應委托有較高資歷的檢測單位對舊橋進行檢測，以減小設計風險。按照橋梁技術狀況評定標準，橋梁技術情況評價是1類、2類時，能展開提載加固；技術情況評價是3類時，且重要部件（主拱圈）狀況良好時，能展開提載加固；主拱圈技術狀況很差的，加固要謹慎；技術情況評價是3類、5類的，提載加固的風險很高，建議選擇拆除重建。

大部分石拱橋建成年代久遠，原橋竣工及改造圖紙等信息很難收集。所以，結構檢測的另一個目的在于檢查橋梁的重要部件尺寸，對材料力學屬性加以測試，為后續加固計量提供信息。

1.2 科學設置加固目標

因為橋梁工程建成年代久遠，原結構荷載等級很低，加固荷載等級選擇公路1級和公路2級來比較。

橋梁所承載的活載會增加約25%，橋梁承載性能組合內力加大約12%，未獲得一樣的加固效果，要求主拱圈厚度較大[1]。所以，為了減小橋梁加固難度，管理總體風險，要結合橋梁技術情況，原荷載等級，橋梁承載能力檢測評定，科學制定加固目標。

1.3 注重計算分析

結合橋梁的技術情況，并根據具體檢測的橋梁部件結構大小、石料的強度等信息，采取有限元分析系統，創建計算模型，經過計算獲得橋梁的受力情況，并檢驗加固計劃的科學性。

結構計算包括兩個重要的工況：成橋后的持久情況承載性能極限狀態和正常應用極限狀態的計算；施工過程的強度與穩固性運算。施工過程因為橋梁自身受到植筋、拆卸等影響而損壞，且增多了支架、模板等臨時負荷，新添的襯砌混凝土重量，所以施工過程更加不利。此處只對施工過程的計算進行分析。

結合加固方案與施工組織規劃方案，提出了以下計算假設：

（1）加固環節，車輛限行，僅允許重30t的車輛單獨通行。

（2）主拱圈要鉆孔直筋，而且模板、腳手架也應當鉆孔放入錨栓，削減主拱圈截面，按照鉆孔直徑和根數計算，各個截面橫向截面會折減大概6.7%[2]。而且，考量鉆孔時可能造成石料的裂縫、掉塊，石料間漿液的掉落等附加損壞，計量時，折減截面，拱圈高度取值乘上0.8的常數。

（3）施工荷載堅固腳手架、模板重量，獨一節段根據5t考慮，安全值1.2，根據4個節點展開加載左右對稱添加。

（4）不考量襯砌對截面的作用，拱圈襯砌重量根據均布荷載添加在現有拱圈上。

（5）按照檢查報告，石料強度和M60一樣，考量鉆孔時可能造成石料損傷，由此折減石料強度，根據M50考量。

按照以上原則展開計算，根據《公路圬工橋涵設計規范》，對控制截面的軸心防壓強度承載性能加以驗算。

結合計算結果，施工過程，橋梁承載性能符合標準要求，且有良好富余。

1.4 細分施工方案

按照計算，拱橋建設環節，原主拱圈受建設影響而強度降低，新增添的施工荷載與擴大截面的襯砌重量作用都由原橋梁承擔，所以，施工過程的風險比較明顯。為此，減小施工環節的風險，屬于拱橋加固風險防控方法的核心。對此，圖紙上要對施工方案和措施提出詳細要求，具體包含以下幾點：

1.4.1 拆卸等方法要求

現有橋梁有關部件拆卸時，要根據對稱均衡原則處理，不要采取大型機械設施，要選擇小型機械和人工開展作業，尤其是在主拱圈跨中地方，要防止施工時損壞主拱圈。不對其他結構產生繞動，保證橋梁安全。拆卸原本橋梁護欄框架時，要采用臨時防護方法，保證行人和行車安全。

1.4.2 支架、模板標準

支架盡可能選擇滿堂腳手架，能防止對橋梁增多臨時荷載，若凈空高度低于10m，選擇滿堂腳手架。如果凈空高度超過10m，能選擇重量很輕的吊掛腳手架，吊架要在主拱圈上放上φ1.6cm錨栓，錨栓上吊上吊索，尺寸選擇6×19、直徑是0.8cm的鋼絲繩，鋼絲繩采用兩個卡夾銜接于水平鋼管上，沿橋向選擇鋼管銜接[3]。鋼管上鋪設木板，外側設置欄桿和防護網。該種腳手架自重較輕，每平方米只重約20kg。

模板選擇吊模，于主拱圈鉆孔放上1.6cm螺桿，穿透模板采用蝴蝶扣扣上兩個鋼管。

圖紙上，對支架與模板提出了一定的技術標準，處理腳手架、模板要展開專項設計，并安排專家加以評審。節段腳手架、模板自重不能超出5t，且吊點要分散布局，避免主拱圈受力太過集中，吊架設置完成后，要及時壓載，加載自重不能低于設計載的1.2倍。

1.4.3 科學選取保通方法

加固橋梁都處在現有道路上，施工時，要保證現有車輛的運行，為降低施工時的活載，減小施工風險，針對有條件建設保通通道、便橋的橋梁，或有現有道路能夠繞行的橋梁，盡可能選擇全封閉加固操作方案。

針對不能全封閉建設的橋梁，也要對橋梁通行汽車提出限制，在設計時提出一定要求，改造時要限重和限行車輛，現場要安排專業人員控制交通，保證車輛在橋梁表面安全運行[4]。拱橋加固建設完成前，要限重車輛，車輛總重不能超出30t，軸重不大于12t，且超出20t的重型車輛，要單一通行。在主拱圈植筋處理時，要加強交通管制，嚴禁一切車輛運行，完成后才能通車。

1.4.4 監控方法

施工時，要監控橋梁技術情況，設計圖上提出以下要求：要創建監測平臺，監測結構是否出現新的裂紋和縫寬變化方向、基礎是否改變、結構是否處于安全運轉狀態。而且，要對橋梁施工時制定應急預案，保證施工時產生以下狀況，立刻封閉通行。

（1）測試管控界面的應力，如已達到和超出彈性理論反算的管控應力值時。

分析表明，混凝土蓋板與基礎之間的脫空在探地雷達圖像上主要表現為電磁波在膠結面以下出現多次同相軸呈弧形的反射波，同相軸扭曲或者斷裂，能量明顯增強導致振幅很大。一般來說，雷達回波同相軸向下彎曲可能是反映地層含有大量水分。

（2）對于主拱圈的防控截面變形加以檢測，變位和饒度超出標準允許值時。

（3）因為加載，另主拱圈的裂紋長度、寬度明顯加大，或新添許多裂痕，縫寬超出允許值的內容增加很多，對橋梁應用壽命有巨大干擾時。

（4）拱橋加載時順跨長方位檢測繞度曲線布局規律和計算值差別太大或實測擾度超出計算值太多的。

（5）出現其他破壞，影響橋梁承載性能或正常應用的。

2 結束語

大跨徑石拱橋加固規劃有一定風險，采用以下措施能夠防控風險，把風險系數下降至最小：

（1）委托第三方檢查橋梁技術情況。

（2）建立科學的加固目標，不隨意追求太高的荷載標準，提升安全性。

（3）強化結構分析測算，對不利情況加以辨別，并驗算結構安全程度。

（4）管理施工整個過程，對關于與安全的施工方法、工藝、設施盡量提出具體需求，加強施工監管。