公路石拱橋施工工序及加固治理

李春慶

（貴州省黔東南州交通建設工程公司，貴州 黔東南州 556000）

1 工程介紹

公路石拱橋位于國道縣境內,拱橋全長為34.0m,主橋跨度為 1m～10.0m,矢跨比為 1/2,橋寬為9m,橋凈空為10.6m,設計荷載為汽-20,掛-100。橋型結構為正交石拱橋,重力式U型橋臺,瀝青貫入式路面。該橋于2002年1月建成通車,在長期荷載作用下,橋臺出現了下沉開裂現象,橋梁結構也出現了局部破損,在2007年的橋梁檢測中發現臺前墻外傾近20cm,拱圈出現了多條縱向裂縫,縫寬為0.1cm～4.0cm,已經嚴重地影響了橋梁使用的安全性和耐久性,必須進行加固治理。

2 加固設計方案

2.1 原因分析

根據當時地基開挖情況,后半部基底為強風化泥質頁巖,前墻靠河床約3m寬的基底為粉質亞粘土,橋臺基底的承載力不一致,產生了不均勻沉降,加上當時處理簡單,導致橋臺開裂。臺背填料采用亞粘土,且因施工中未引起足夠重視,使用的碾壓機械為靜式壓路機,密實度難以達到要求。再加上路面的下沉和開裂造成大量地表水的滲入,使臺背土壓力增大,加劇了橋臺開裂的程度,裂縫由橋臺延伸發展至拱圈,導致了拱圈多條貫穿裂縫的出現。

2.2 加固方案設計

工程技術人員按現行《公路橋涵設計通用規范》計算出橋梁各病害部位的受力情況,選定加固的部位和范圍,判斷其加固的性質,根據實際情況制定了加固方案。具體如下:

2.2.1 對橋臺基礎的持力層壓注水泥漿,以提高持力層的承載能力。

2.2.2 采用壓漿的方法對橋梁結構裂縫進行修補,增強橋臺及拱圈的整體性。

2.2.3 采用現澆C25鋼筋混凝土、厚為40cm的上承套拱,并設置錨桿使套拱與原橋緊密結合,形成一個共同受力的整體,來提高橋的承載力。

2.2.4 在河床設置厚為30cm的下仰拱,與鋼筋混凝土上套拱形成環狀結構,分擔原橋基礎的承載力,避免應力集中現象,加強了全橋的整體性受力。

3 施工工序及其要點分析

3.1 基礎注漿

3.1.1 注漿孔布置和注漿順序

注漿孔采用覬75風鉆成孔,孔位平面上采用三角型布置,間距為60cm,孔深為5.0m。為防止漿液向遠離橋臺基礎范圍的其他段落跑漿,在離橋臺基礎襟邊2.5m處布置2排注漿孔,先行注漿封閉,待其固結(7d)后,形成一道水泥屏障,再進行基礎范圍內注漿孔的灌注。

3.1.2 注漿材料和注漿壓力

膠凝材料采用42.5#普通硅酸鹽水泥,摻和料采用細砂(有條件的應首選粉煤灰)。水泥漿液配合比采用水泥∶細砂∶水=1∶0.6∶0.8, 注漿壓力為0.5MPa。

3.1.3 注漿施工工藝

注漿施工的主要工藝流程是:注漿孔布置→鉆孔→下注漿管→漿液配制→漿液過濾→接通所有注漿管路→注漿→注漿觀測及效果檢查→結束。其中有三個重要步驟。

3.1.3.1 鉆孔:先清理表面,定位,采用風鉆成孔,鉆孔完畢后下注漿管,下管過程中若遇特殊情況,如孔內阻塞等,應立即停止下管,將注漿管提出地面,重新清孔,處理完畢后再重新下管。

3.1.3.2 漿液配制:水泥漿液采用拌和機拌制,為保證連續注漿配備了兩個貯漿槽。漿液拌制時,細砂可與水一并放入,待水量加足后,再將水泥投入,投料時應防止水泥包裝紙或其他雜物混入。漿液攪拌時間為3min,攪拌好的漿液在進入貯漿槽及注漿泵之前應進行過濾,未經過濾的漿液不允許進入泵內。在注漿過程中對貯漿槽的漿液應不停地攪拌。

3.1.3.3 注漿:根據工程實際情況,選用全孔一次注漿方式。注漿時若注漿壓力突然升高或降低,應間歇式地反復進行注漿處理。

3.1.4 注漿施工的質量控制

3.1.4.1 為保證水泥漿液的質量,拌制時應準確配料,攪拌充分。漿液從制成到使用完畢,時間不得超過4h。

3.1.4.2 現場配備專職技術人員旁站,負責注漿工作全過程的質量控制,并做好注漿鉆孔的編號及位置、水泥品種及標號、孔深、注漿壓力、水灰比、注漿量、注漿時間、注漿孔周邊情況等原始施工記錄。

3.1.4.3 注漿過程中應加強觀察,若有流漿、回漿、漏漿等現象,應暫停注漿,查明原因并進行改進。

3.2 結構裂縫的處理

先用1∶2的水泥砂漿將結構裂縫表面封住,每隔20cm預留1個壓漿孔,待封縫砂漿結硬后,用水灰比為1∶0.8的水泥漿液灌注,注漿壓力為0.4MPa～0.6MPa,壓漿順序自下而上,相鄰壓漿孔出漿后,該孔注漿停止,封堵壓漿孔,進行次孔的灌注。壓漿工藝和質量控制要點可參考本文3.1“基礎注漿”一節。為了防止橋梁結構已有的裂縫發展,沿裂縫通長每50cm布置1個騎馬釘。騎馬釘采用準22螺紋鋼,長180cm,即縫左右各50cm,釘腳長 40cm(錨固段 34cm,外露 6cm),如圖1所示。

圖1 裂縫加固用騎馬釘布置圖

3.3 上套拱和下仰拱的施工

上套拱厚40cm,下仰拱厚30cm,混凝土強度等級為C25,布設準16的螺紋鋼筋網,網格縱橫向間距為20cm。

上套拱和下仰拱的施工流程為:

施工放樣→圍堰→仰拱基坑開挖→石砌鋪底→套拱基座和仰拱下三角的砼澆注→仰拱鋼筋網布設和側模安裝→仰拱砼澆注→橋臺面、拱圈打毛清理→錨桿、騎馬釘設置→套拱鋼筋布設→分層模板安裝、砼澆注(循環至拱頂)→一次注漿→灑水養護→二次注漿→拆模→結束。重點要注意以下三個環節。

3.3.1 下仰拱施工。仰拱基礎開挖后,應對橋臺基礎的外露面進行清理,去除砌體表面臟物,鋪設護底。仰拱兩端設2.0m長的附加鋼筋網,布筋與主鋼筋網一致,仰拱鋼筋網應伸入套拱30cm,并與鋼筋網焊接。仰拱與鋪底之間的三角部分采用C20砼填充密實。仰拱的矢跨比為1/10。如果流水量不大,可在三角部分埋設排水管,待仰拱施工完后,再用C20砼填充。

3.3.2 錨桿的安設。為了保證新舊拱圈的整體性,在舊拱圈面(有騎馬釘部分不設)布置覬22的錨桿,錨桿間距為100cm,梅花形布置,錨桿長73cm,嵌入拱圈結構35cm,將外露的端頭與套拱鋼筋網焊接,兼起固定鋼筋網的作用。橋臺位置的錨桿設置成向上45°的斜角,以承受部分水平推力。騎馬釘和錨桿施工應在結構物表面清洗、鑿毛后進行,選用準25的十字型鉆頭成孔,鉆進成孔中要控制錨桿定位、定向、定深度。鉆孔后,用高壓空氣將孔清干凈,用40#膨脹水泥砂漿埋置牢固,砂漿配合比為水泥∶砂∶SH 外摻劑=1∶1.85∶0.2。砂漿應拌和均勻,隨拌隨用,一次拌和的砂漿要在初凝前用完。錨桿安設后不得隨意敲擊,其端部不得懸掛重物。

3.3.3 上套拱澆注。下仰拱兩端連接至套拱的下端,在橋臺基礎襟邊澆注C25砼作為套拱的基礎。待下仰拱混凝土達到設計強度70%、錨桿砂漿強度達到100%后,方可安裝套拱的鋼筋網,套拱的鋼筋網應與露出的錨桿端頭焊接。然后再進行兩側模板的安裝,由下向上,采用分層裝模、澆注振搗的辦法進行施工,每層的砼澆注最好在下一層的砼初凝前進行,最后向拱頂合攏。由于拱頂砼難以振搗密實,故可在拱頂處預埋準60鋼管作為注漿導管,在拱頂封板澆注后,緊接著進行注漿,保證拱圈的密實。完工后,應及時灑水養護,確保有14d的養護時間。考慮到砼的收縮和拱架的下沉變形,待套拱砼強度達到70%后應進行二次注漿。由于施工期間不中斷交通,模板在28d后才能拆除。

4 結束語

該橋完成了加固治理之后,經過多年的正常運營,加固處理的橋臺基礎無明顯沉降,套拱結構完好,未發現裂縫、變形等結構性破壞,事實表明,該加固治理方案有效可行。

[1]王坤,林翠容,沈玉妹，雙曲拱橋加固改造實例.

[2]劉剛，淺談石拱橋加固設計及施工.

[3]黃良，公路橋梁加固技術探討.