基于環(huán)境與功能的石拱橋加固改造施工技術(shù)研究

摘要 隨著運(yùn)營時間的增加，超載車輛運(yùn)行、材料老化等問題頻發(fā)，20世紀(jì)60年代修建的石拱橋已到橋梁病害高發(fā)期，為確保此類橋梁的正常運(yùn)營，恢復(fù)其使用功能、增強(qiáng)安全性和耐久性，急需開展加固改造施工技術(shù)研究。文章結(jié)合貴陽花溪松柏山大橋病害現(xiàn)狀，論述了基于環(huán)境與功能的石拱橋加固改造施工技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用，可供類似工程施工借鑒。

關(guān)鍵詞 石拱橋；加固；改造；耐久性；環(huán)境友好；功能優(yōu)化

中圖分類號 U445.72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）06-0108-03

0 引言

1960年，貴陽花溪松柏山水庫上，一座當(dāng)時國內(nèi)最大跨徑的空腹式石拱橋（圖1），在地勢狹窄，施工布置異常困難、無公路可通，材料物資及運(yùn)輸設(shè)備匱乏的條件下開工建設(shè)完成，與橋下的流水和周圍的大山融匯成一幅美麗的畫卷[1]。隨著運(yùn)營時間的增加，超載車輛運(yùn)行、材料老化等問題頻發(fā)，定期檢測發(fā)現(xiàn)該橋已達(dá)到橋梁病害高發(fā)期。為確保該橋的正常運(yùn)營，恢復(fù)其使用功能、增強(qiáng)安全性和耐久性，急需對該橋開展加固改造施工技術(shù)研究。該文結(jié)合該橋橋位周圍環(huán)境及橋梁本身的使用功能，論述了石拱橋加固改造施工技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

1 工程概況

松柏山大橋?yàn)閄A04線（花溪至磊莊）橋梁，橋梁上部結(jié)構(gòu)為（4×4+1×40+3×4）m石拱橋，橋梁全長97.9 m，建成于1960年。

該橋下部結(jié)構(gòu)為重力式墩臺、擴(kuò)大基礎(chǔ)。橋面鋪裝形式為瀝青混凝土橋面鋪裝，橋面寬度為1.5 m（人行道含欄桿）+8.0 m（行車道）+1.5 m（人行道含欄桿）。其中，人行道為橋梁建成后增加的挑梁式人行道，懸挑長度65 cm，考慮到安全問題，改造前管養(yǎng)單位已在人行道內(nèi)側(cè)設(shè)置纜索護(hù)欄將人行道封閉[2]。

2 橋梁病害現(xiàn)狀

2.1 橋梁病害現(xiàn)狀

如圖2所示，主拱圈內(nèi)滲水泛堿，腹拱圈梁底出現(xiàn)滲水和灰縫松散剝落病害。如圖3所示，橋墩存在滲水泛堿、局部灰縫脫落和石料開裂病害。橋臺存在滲水現(xiàn)象，拱座前墻滲水。橋面鋪裝如圖4所示，存在龜裂和破損坑槽，近墩頂處橫向開裂；近人行道兩側(cè)鋪裝存在泥土雜物，左右側(cè)人行道泥沙覆蓋，人行道板底部水侵和局部開裂；左右側(cè)護(hù)欄構(gòu)件銹蝕，部分纜索底座損壞和傾斜。

2.2 病害產(chǎn)生原因分析

2.2.1 上部構(gòu)造

結(jié)合調(diào)查結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，上部結(jié)構(gòu)滲水泛堿主要與橋面防水設(shè)施破損、橋面排水不暢等問題有關(guān)。另外，橋面鋪裝裂縫、拱上填料不密實(shí)和拱圈砌塊灰縫不密實(shí)，雨水沿著裂縫向下滲出也是導(dǎo)致橋梁構(gòu)件表面形成泛堿現(xiàn)象的原因之一。

2.2.2 下部構(gòu)造

側(cè)墻石料開裂產(chǎn)生的原因有三方面：一是拱上填料不均衡、后期沉降及嚴(yán)重超載等導(dǎo)致拱上側(cè)墻橫橋向土壓力過大；二是橋梁運(yùn)營時間較長，構(gòu)件本身老化，強(qiáng)度不足；三是現(xiàn)狀人行道及挑梁系統(tǒng)均為建成后增加的荷載，導(dǎo)致橋梁恒載增加、荷載壓力線改變。

2.2.3 橋面系

橋面鋪裝龜裂和破損坑槽主要是由于超重車輛碾壓、積水侵蝕、鋪裝層局部破損脫落、缺失未及時養(yǎng)護(hù)造成。橋面鋪裝裂縫主要是由于原鋪裝瀝青性能不好，油層老化，在60多年的風(fēng)吹雨淋等自然環(huán)境條件及車輛荷載作用下，路面產(chǎn)生微小裂縫，又由于后期未及時養(yǎng)護(hù)，導(dǎo)致橫向裂縫產(chǎn)生。

3 橋梁改造加固目標(biāo)

綜合該橋病害產(chǎn)生原因，鑒于該橋附近黔中大道已建成通車，大量車輛已實(shí)現(xiàn)分流，結(jié)合目前該橋交通量較小的實(shí)際情況，該次加固改造不涉及對原橋荷載等級進(jìn)行提高，僅從源頭和滲水通道方面入手采取有效措施，以解決水蝕、混凝土裂縫、表觀缺陷等耐久性問題與解決側(cè)墻料石損壞問題并重，適當(dāng)提高橋面板強(qiáng)度，避免橋面混凝土及防水層再次開裂為主要改造加固目標(biāo)。同時，對如圖5原橋梁護(hù)欄進(jìn)行改造，解決目前橋梁防護(hù)能力不足的問題。

4 橋梁加固改造施工方案

4.1 施工準(zhǔn)備

施工前規(guī)劃繞行路線并到屬地主管部門辦理相關(guān)手續(xù)后進(jìn)行全橋封閉施工。該橋采用定制型鋼+鋼板圍欄，高度2 m。因橋梁上跨二級飲用水源花溪河，為與周圍環(huán)境相適宜，另在圍擋外側(cè)包裹綠色美觀卷材，兩側(cè)橋臺位置設(shè)置滑輪門方面施工人員進(jìn)出。封閉區(qū)域?yàn)閮蓚?cè)橋臺蔓延至橋下河岸堤20 m范圍之內(nèi)。

考慮橋梁右側(cè)既有管道離橋梁較近，施工前采用鋼管扣件做骨架，上方滿鋪竹膠板進(jìn)行防護(hù)，防止拆除上部構(gòu)造時掉塊對既有管道造成損傷。

4.2 主要施工工藝

4.2.1 原纜索護(hù)欄拆除

拆除前，先對纜索應(yīng)力進(jìn)行復(fù)核，防止在拆除錨固螺栓時導(dǎo)致纜索回彈。拆除螺栓時，利用扭力扳手從一端緩慢向另一端進(jìn)行，直至纜索應(yīng)力完全釋放后，再將錨固螺栓完全拆除。護(hù)欄纜索從上至下依次拆除，利用牽引設(shè)備由一端向另一端拉出，有序成盤后運(yùn)至指定地點(diǎn)堆放。立柱拆除從中間往兩端左右對稱進(jìn)行。

4.2.2 原人行道及混凝土護(hù)欄拆除

人行道護(hù)欄采用繩鋸切割機(jī)進(jìn)行施工。繩鋸切割部位為懸挑出側(cè)壁的非挑梁人行道部分，拆除時依次進(jìn)行切割斷線位置確定→人行道面板鉆孔→穿鋼絲繩兜底→繩鋸設(shè)備固定、繩鋸鏈條安裝→切割→吊裝等施工工序。拆除時，先將人行道兩根立柱之間面板繩鋸切割吊離后，再對護(hù)欄和挑梁進(jìn)行拆除。

人行道懸挑長度為65 cm，兩根立柱邊對邊間距2.4 m，懸挑面板厚度18 cm，故如圖 6畫出的切割線為240 cm×65 cm的長方形切割線。人行道面板鉆孔內(nèi)徑3 cm，用于穿過φ11 mm鋼絲繩，前后對稱鉆孔，確保鉆孔位置距切割線縱向20 cm，橫向10 cm。另用PVC管進(jìn)行配合鋼絲繩穿孔，防止造成摩擦損傷。鋼絲繩穿孔后從護(hù)欄外側(cè)兜底，配合吊車穩(wěn)定，防止繩鋸切割后面板掉落，鋼絲繩與面板接觸倒角位置采用橡膠層進(jìn)行緩沖。

4.2.3 原橋面系瀝青及混凝土拆除

原橋面系瀝青混凝土層利用切割機(jī)分段、分塊從中間往兩邊對稱切割后，使用風(fēng)鎬將切割完成的瀝青混凝土層鑿碎，再用小型自卸車運(yùn)至指定位置傾倒。

4.2.4 拱上填料及側(cè)墻施工

從中間往兩端分段、對稱拆除原橋拱上填料，縱向分段長度不應(yīng)超過10 m。每拆除一段填料后立即鋪設(shè)防水層，并鋪設(shè)新填料輕集料混凝土。防水土工布共3層，逐層鋪設(shè)，逐層涂刷瀝青膠。清除原拱上填料過程中，特別是與主拱圈相接位置，應(yīng)避免對主體結(jié)構(gòu)造成擾動，防止一次性拆除過多對拱圈受力造成較大影響。橋梁右側(cè)側(cè)墻有鼓包和開裂，需對側(cè)墻進(jìn)行拆除。側(cè)墻拆除時，從上至下層層拆除，再配合吊車吊放至指定地點(diǎn)。對拆除局部采用C30混凝土澆筑，并按整體表面情況勾假縫進(jìn)行修飾。

4.2.5 護(hù)欄及基座施工

現(xiàn)場依次按程序完成護(hù)欄基座施工后，進(jìn)行護(hù)欄立柱及橫梁安裝，立柱截面為170 mm×170 mm、厚度8 mm的方形鋼柱，高1.27 m、間距1.5 m，通過預(yù)埋螺栓安裝后刷油漆防腐。橫梁通過連接螺栓固定于立柱上，拼接方向與行車方向一致。施工過程需注意護(hù)欄基礎(chǔ)澆筑情況及圖紙?jiān)O(shè)計(jì)位置合理進(jìn)行施工放樣，確保護(hù)欄施工滿足線形和規(guī)范要求。

4.2.6 防水混凝土現(xiàn)澆層及排水溝施工

現(xiàn)場施工準(zhǔn)備完成后鋪設(shè)、綁扎鋼筋網(wǎng)片及加強(qiáng)鋼筋，依次澆筑標(biāo)準(zhǔn)帶及橋面混凝土后，振搗完畢進(jìn)行第一次抹面，將混凝土表面多余水泥漿排出，待混凝土初凝前進(jìn)行二次抹面。排水溝位于橋面現(xiàn)澆層兩邊，斷面尺寸為30 cm×30 cm，上蓋承重型排水蓋板。排水溝左側(cè)如圖7所示，為護(hù)欄基座，澆筑前模板需按尺寸控制到位，后續(xù)在橋面混凝土層鋼筋安裝時，同步安裝橋面排水溝內(nèi)側(cè)模板，使橋面混凝土層及排水溝一次成型。

4.2.7 橋梁表面處治施工

根據(jù)裂縫分布情況在結(jié)構(gòu)物上進(jìn)行裂縫數(shù)量、長度及寬度等數(shù)據(jù)標(biāo)注，并進(jìn)行化學(xué)灌漿材料配量、埋嘴、灌漿等方面的具體計(jì)算和安排。在裂縫表面騎縫鉆孔以作為灌漿導(dǎo)向孔。完成清孔及裂縫表面處理后，粘貼灌漿嘴及裂縫表面封閉。封閉帶硬化后，需進(jìn)行壓氣試驗(yàn)，確保封閉嚴(yán)實(shí)后采用空氣泵壓注法進(jìn)行灌漿操作。待漿液固化后將灌漿嘴一一拆除，對每一道裂縫表面再涂一層聚合物水泥漿，確保封閉嚴(yán)實(shí)。

砌體表面缺陷利用人工鑿除方法將缺陷周圍松散混凝土清除，露出新鮮混凝土。為了使新增部分混凝土（或砂漿）能與老混凝土良好結(jié)合，在修補(bǔ)前可在待修補(bǔ)混凝土缺陷表面涂刷一層水泥漿或環(huán)氧膠液，再利用改性砂漿進(jìn)行修補(bǔ)，養(yǎng)護(hù)完成后進(jìn)行砌體表面勾縫處置。

4.2.8 砌體勾縫重鑄

該橋改造加固中涉及4 284 m2砌體勾縫重鑄，施工過程中使用施工吊架完成。施工吊架采用型鋼進(jìn)行拼裝焊接形成施工平臺，水平方向通過架設(shè)在橋面的軌道進(jìn)行移動，垂直方向采用卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行豎直移動，達(dá)到砌體勾縫重鑄施工要求的同時，有效保障施工安全。鑿除砌體石塊之間縫隙中的原勾縫砂漿，露出原清潔料石，以保證新勾縫與原砌體的整體性。在石塊縫隙充分濕潤的情形下，采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行抹漿施工，最后完成找平、壓光、刮邊后進(jìn)行清面及養(yǎng)護(hù)。

4.2.9 橋面瀝青層施工

最后按工序完成橋面瀝青層施工，根據(jù)路寬采用瀝青攤鋪機(jī)全斷面攤鋪，攤鋪機(jī)攤鋪不到的部位采取人工配合攤鋪。相鄰兩幅及上、下層橫向接縫均錯位1 m以上，下層橫向接縫采用斜接縫，在上面層采用垂直平接縫[3]。

5 施工過程中的環(huán)水保措施

該橋下方為花溪河二級飲水源，四周依山傍水，本著對環(huán)境友好的施工理念和就地取材的原則，對原橋面剝離后產(chǎn)生的石方經(jīng)處理后，通過場內(nèi)調(diào)運(yùn)可回填使用，實(shí)現(xiàn)土石方平衡，施工過程無棄方產(chǎn)生。另外，沿橋面兩側(cè)布置排水溝196 m，由北向南徑流匯入道路兩側(cè)雨水排水系統(tǒng)，有效控制水土流失。在橋梁混凝土側(cè)墻外側(cè)進(jìn)行懸掛安裝防落網(wǎng)，保障行車安全的同時，有效防止拋物掉落河水中。

6 結(jié)語

從一千四百多年前的趙州橋到永定河上的盧溝橋，石拱橋作為我國傳統(tǒng)橋梁的四大基本形式之一，堪稱我國歷代橋工巨匠精湛技術(shù)的歷史見證，更是我國古代勞動人民聰明才智的體現(xiàn)。20世紀(jì)60年代建成的石拱橋，大多已到服役期限，基于環(huán)境與功能的石拱橋加固改造施工技術(shù)，可利用現(xiàn)代先進(jìn)工藝對此類橋梁完成加固改造，如圖8所示，在保留其歷史韻味的同時恢復(fù)其使用功能，延長其壽命周期，增強(qiáng)安全性和耐久性，不改變周圍環(huán)境樣貌，經(jīng)濟(jì)及社會效益顯著，可供類似工程借鑒參考。

參考文獻(xiàn)

[1]松伯山40 m空腹式石拱橋施工技術(shù)總結(jié)[Z].

[2]XA04線松柏山大橋危橋改造工程一階段施工設(shè)計(jì)圖[Z].

[3]XA04線松柏山大橋危橋改造工程松柏山大橋改造加固專項(xiàng)施工方案[Z].