國道351線仁壽至洪雅段簍子橋加固方案研究

丁可

（四川公路工程咨詢監(jiān)理有限公司，四川 成都610041）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展，我國早期已建橋梁出現(xiàn)了不同程度的病害，有的已危及運營安全。由于對橋梁病害的成因分析不準，導(dǎo)致難以找到針對性的病害治理方式，經(jīng)過處治后有的病害仍繼續(xù)發(fā)育、甚至出現(xiàn)新的病害。簍子橋的病害具有典型性，通過對該橋病害成因、處治方案進行分析，以期找到行之有效的橋梁病害治理方式。

1 橋梁概況

簍子橋位于國道351線四川仁壽縣境內(nèi)，建成于2002年，橋長25.2m、橋?qū)?3.0m。原橋設(shè)計荷載為汽-超20級，上部結(jié)構(gòu)采用1×10m圬工石砌拱，拱圈厚50cm、凈跨10m、矢高5m；下部結(jié)構(gòu)采用重力式橋臺，擴大基礎(chǔ)。基礎(chǔ)置于砂礫石層上，埋深約1.5m。橋面鋪裝層采用10cm水泥混凝土+10cm瀝青混凝土鋪裝，橋頭無伸縮縫，無搭板。2019年對簍子橋進行了定期檢測，評定技術(shù)等級為4類。

2 橋梁主要病害

2.1 橋面系病害現(xiàn)狀

左、右幅橋橋面病害見表1、表2。

表1 左幅橋橋面病害

表2 右幅橋橋面病害

2.2 上部結(jié)構(gòu)病害現(xiàn)狀

左、右幅橋上部結(jié)構(gòu)病害見表3、表4。

表3 左幅橋上部結(jié)構(gòu)病害

表4 右幅橋上部結(jié)構(gòu)病害

2.3 下部結(jié)構(gòu)病害現(xiàn)狀

左、右幅橋下部結(jié)構(gòu)病害見表5、表6。

表5 左幅橋下部結(jié)構(gòu)病害

表6 右幅橋下部結(jié)構(gòu)病害

2.4 評定結(jié)論

《公路橋梁技術(shù)狀況評定標準》（JTG/T H21—2011），全橋總體技術(shù)狀況評定時，主要部件評分達到4類或5類、且影響橋梁安全的，按照橋梁主要部件最差的缺損狀況進行評定。其評定結(jié)論如下：左幅橋橋面系評分63.7，右幅橋橋面系評分69.1，橋面系技術(shù)狀況等級為3類。左幅橋上部結(jié)構(gòu)評分52.5，右幅橋上部結(jié)構(gòu)評分52.5，上部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況等級為4類。左幅橋總體評分73.5，技術(shù)狀況等級4類；右幅橋總體評分74.5，技術(shù)狀況等級4類。該橋總體技術(shù)狀況等級評定為4類。

3 主要病害成因分析

3.1 拱圈縱向裂縫成因分析

通過現(xiàn)場調(diào)查、查閱相關(guān)資料，分析認為出現(xiàn)縱向裂縫基于以下原因：

第一，該橋上部結(jié)構(gòu)為圬工石砌拱橋，拱圈橫向聯(lián)系主要靠水泥砂漿，橫向聯(lián)系作用效果差，汽車荷載及拱上填料對側(cè)墻存在水平橫向推力，長期作用下產(chǎn)生縱向裂縫。

第二，橋面排水不暢，導(dǎo)致橋面積水下滲，拱圈中存在遇水膨脹的填料，加之該橋橫向聯(lián)系較差，時間久之導(dǎo)致拱圈出現(xiàn)裂縫。

第三，該橋?qū)?3m，寬度較大，采用了重力式橋臺、擴大基礎(chǔ)，而基礎(chǔ)的持力層為砂礫石層，未落在基巖上。隨著常流水的不斷沖刷和荷載的長期作用，基礎(chǔ)出現(xiàn)了不均勻沉降。

第四，該橋位于重要國道上，隨著交通量的增加特別是超載車的增加，當(dāng)過大荷載經(jīng)常作用于拱圈結(jié)構(gòu)上時，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)橫向受力不均，出現(xiàn)縱向裂縫。

第五，近些年四川遭遇多次大地震和特大地震(汶川8.0級地震)的侵襲，使結(jié)構(gòu)承受地震力作用，對拱圈結(jié)構(gòu)造成破壞，導(dǎo)致出現(xiàn)拱圈縱向裂縫。

3.2 橋面鋪裝破損、拱圈滲水泛堿成因分析

首先，瀝青混凝土面層抗剪強度低、高溫穩(wěn)定性差，隨著交通量的日益增加，橋梁在高溫及車輪反復(fù)碾壓下荷載應(yīng)力不斷積累，產(chǎn)生瀝青混凝土骨架結(jié)構(gòu)破壞失穩(wěn)以及塑性變形，導(dǎo)致橋面鋪裝開裂、破壞。

其次，原拱上填料施工時回填不密實，拱背填料沉陷，導(dǎo)致鋪裝層混凝土開裂、破壞。

最后，橋臺基礎(chǔ)已出現(xiàn)不均勻沉降，而該橋橋臺處無伸縮縫、無搭板，導(dǎo)致橋面鋪裝層易出現(xiàn)裂縫、坑槽等破損。

拱圈滲水結(jié)晶是由于石拱橋排水管排水不暢、橋面鋪裝防水層損壞、橋面積水下滲，導(dǎo)致拱圈出現(xiàn)滲水泛堿。

4 設(shè)計標準與方案的選擇

4.1 設(shè)計標準

4.1.1 公路等級：一級公路。

4.1.2 設(shè)計速度：60km/h。

4.1.3 荷載等級：若橋梁采用加固方案，則維持原荷載等級汽-超20級不變；若采用拆除重建，新橋則采用公路-Ⅰ級荷載。

4.1.4 橋梁寬度：維持原橋?qū)挾炔蛔儭?/p>

4.1.5 設(shè)計洪水頻率：橋梁加固方案維持原設(shè)計不變；若拆除重建，新橋則采用設(shè)計洪水頻率1/100。

4.2 方案的擬訂

4.2.1 方案一：在原拱圈底部增設(shè)30cm厚自密實鋼筋混凝土層

該橋下部主體結(jié)構(gòu)基本完好，上部結(jié)構(gòu)拱圈存在兩條縱向裂縫(非主要受力裂縫)，因此具有一定的加固價值?？紤]到該橋上部結(jié)構(gòu)為圬工石砌拱橋，拱圈橫向主要靠水泥砂漿聯(lián)系，橫向聯(lián)系效果差，提出以下加固措施：

為減少水流沖刷繼續(xù)造成的基礎(chǔ)不均勻沉降現(xiàn)象，對上下游河床以及橋臺四周進行鉆孔注漿；對原拱圈縱向裂縫采用灌注環(huán)氧砂漿封閉，在原拱圈底部增設(shè)30cm厚自密實鋼筋混凝土層，以增強主拱圈承載力和橫向聯(lián)系；挖除、換填橋面病害處鋪裝，重建20cm厚鋼筋混凝土橋面鋪裝。

4.2.2 方案二：將原拱上填料更換為輕質(zhì)泡沫混凝土

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，可通過改善原拱圈受力特點對橋梁病害進行整治處理。實腹式石拱橋拱上建筑自重大，主拱圈大部分用于承擔(dān)結(jié)構(gòu)自重，因此通過換填拱上填料為輕質(zhì)泡沫混凝土，減輕橋梁恒載，改善拱圈受力，提出以下加固措施：

為減少水流沖刷繼續(xù)造成的基礎(chǔ)不均勻沉降，對上下游河床以及橋臺四周進行鉆孔注漿；挖除原拱上填料、更換為輕質(zhì)泡沫混凝土，對原拱圈縱向裂縫采用灌注環(huán)氧砂漿封閉；挖除、換填橋面病害處鋪裝，重建20cm厚鋼筋混凝土橋面鋪裝。

4.2.3 方案三：拆除原拱圈及拱上建筑，新建1×16m現(xiàn)澆空心板

考慮到原橋設(shè)計荷載為汽-超20級，建成已有20年，為適應(yīng)國道351線交通量的增長，徹底治理全橋病害，全部拆除原橋結(jié)構(gòu)，新建1×16m現(xiàn)澆空心板橋，下部結(jié)構(gòu)采用樁基接蓋梁。

4.3 方案優(yōu)缺點比較

以上三個方案均可不同程度地對橋梁病害進行處治，其優(yōu)缺點從以下幾個方面進行比較：

方案一：加固的原理是增加拱圈截面高度，新加鋼筋混凝土層與既有圬工塊石形成整體共同受力，增強了原拱圈承載能力及橫向聯(lián)系，基礎(chǔ)采用壓漿處理，能有效減緩基礎(chǔ)不均勻沉降。該方案對原結(jié)構(gòu)影響不大，上部結(jié)構(gòu)得到有效加強。但該橋基礎(chǔ)位于卵石層上，基礎(chǔ)埋深較淺，不能從根本上解決下部結(jié)構(gòu)不均勻沉降問題，隨著時間推移，基礎(chǔ)可能出現(xiàn)新的病害，屆時還需對簍子橋進行二次加固。方案一的當(dāng)前建安費175萬元，后期隨著基礎(chǔ)病害的出現(xiàn)還會追加投資。

方案二：加固的原理是改變拱上建筑材料，減輕結(jié)構(gòu)自重，從而改善上部結(jié)構(gòu)拱圈受力，基礎(chǔ)同樣采用壓漿處理，能有效減緩基礎(chǔ)不均勻沉降。該方案對原結(jié)構(gòu)影響較大，減輕結(jié)構(gòu)自重，拱上建筑的重新實施能有效處理拱圈滲水問題。但該橋基礎(chǔ)位于卵石層上，基礎(chǔ)埋深較淺，不能從根本上解決下部結(jié)構(gòu)不均勻沉降問題，隨著時間的推移，基礎(chǔ)可能出現(xiàn)新的病害，屆時還需對簍子橋進行二次加固。方案二的當(dāng)前建安費155萬元，后期隨著基礎(chǔ)病害的出現(xiàn)還會追加投資。

方案三：對原結(jié)構(gòu)影響最大，需拆除原上部結(jié)構(gòu)，采用樁基礎(chǔ)。該方案從根本上解決了上部拱圈存在的問題，同時也解決了橋臺基礎(chǔ)不均勻沉降存在的長期、潛在風(fēng)險。方案三的建安費340萬元，且投資可控。

4.4 施工工藝比較

方案一：采用植筋鉆孔，綁扎鋼筋后，搭設(shè)支架模板澆筑C40自密實混凝土；施工工藝要求高，相對復(fù)雜。施工工期約3個月。

方案二：需挖除原拱上填料，重新澆筑輕質(zhì)泡沫混凝土。施工工藝簡單，為減小對原結(jié)構(gòu)的影響，施工中應(yīng)采用小型機械。施工工期約2個月。

方案三：新建常規(guī)橋梁，工藝成熟、簡單。施工工期約5個月。

5 結(jié)語

綜合以上因素分析，方案三建安費總價不高且投資可控、橋梁病害治理效果明顯，長期來看對道路運營安全更有利，因此從橋梁全壽命周期考慮，推薦采用方案三，即拆除重建簍子橋。該橋梁現(xiàn)已建成通車，運營效果良好。