石拱橋加固技術

黃 鋼

(中鐵二局四公司，四川成都611300)

1 石拱橋常見病害及成因

橋梁的病害是橋梁受內、外部因素影響的直接反映和表征，也是科學、合理選擇加固技術與施工方法的依據。因此，正確認識病害、正確分析病害產生的原因，才能制定合理的加固方法。

綿遂高速公路遂寧段A2合同段施工主便道為利用縣鄉瀝青路，其中有一座三孔8 m的石拱橋——玉廣橋，建造時間約在20世紀70年代末。由于該橋修建日久，加之受施工單位進場時各型重車通行等影響，在高速公路還未正式開工時，就出現了各種病害，這些病害在石拱橋常見病害中具有相當代表性，現對病害及其成因分析如下。

1.1 墩臺基礎被掏空、開裂

病害特征:擴大基礎的基底長期受河流沖刷，嚴重的被掏空;條石表面風化嚴重，尺寸減少;橋臺側墻(前墻)出現順橋向、橫橋向裂縫，裂縫沿砂漿縫或石料發展，有的貫穿整個墻身;裂縫寬度多為中間寬兩頭窄，深度不一;橋墩與拱圈連接處的石塊崩落(圖1、圖2)。

成因分析:基礎長期受水流沖刷侵蝕，石質強度下降，整體性被破壞，未采取防護;荷載過大，造成橋臺側墻(前墻)土壓力增大，臺內填土不密實，排水系統失效，或發生不均勻沉降;施工質量差，未選用合格的石料或砂漿強度差。

圖1 基礎外露、橋墩頂條石崩落

圖2 石料及砌縫開裂

1.2 拱上側墻、橋臺側墻外鼓

病害特征:拱上局部地段側墻外鼓呈曲面;情況嚴重的引起側墻傾斜和開裂(圖3、圖4)。

成因分析:與橋臺開裂有相似原因，拱上填料不密實或選擇不當;側墻施工質量差或設計未充分考慮夠墻背土壓力;橋面不平整，重車通行時形成一邊側壓大;還有一種較特殊情況是橋與相鄰的路形成900直角，車輛經過時必須急轉彎并伴隨剎車，使得轉彎外側的橋臺側墻不斷承受車輛的離心力及制動力影響。本橋就存在此情況。

圖3 側墻外鼓及開裂

圖4 左側欄桿外傾及道路急轉彎

1.3 主拱圈開裂

病害特征:作為拱橋的主要承重構件，主拱圈由于受基礎及拱上建筑病害、車載過大等影響密不可分。主要表現為主拱圈出現順橋向、橫橋向開裂，開裂沿砂漿縫或石料發展，裂縫寬深不一，中間寬兩頭細(圖5、圖6)。

成因分析:主拱圈整體強度不足;條石強度不足或本身原因開裂;墩臺基礎位移引起的。

2 石拱橋結構安全檢測

石拱橋結構安全一般采用現場檢測接合綜合分析，判定其技術狀況。現場檢測主要工具有全站儀、水準儀、鋼尺、裂縫顯微鏡、回彈儀、取芯機、應變儀等，主要檢測石料強度、裂縫寬度和深度、結構位移情況等。通過對玉廣橋的現場檢測，各部位評定如下。

圖5 兩主拱圈縱向開裂相連

圖6 拱腹縱向開裂

2.1 橋面系

橋面鋪裝原為瀝青路面，但坑洼不平，左側明顯低于右側;橋面護欄多處斷裂，左側欄桿隨側墻整體向外傾斜(圖4)。

2.2 主拱圈

主拱圈拱腹存在兩道嚴重的縱向裂縫，一條位置在2號拱圈拱腹中間，貫通2號拱圈，其最大寬度1 cm，最深8 cm(圖 6);另一條距拱圈邊緣約1 m的位置，從3號拱圈延續到2號拱圈，最大寬度5 cm，最深15 cm。2號拱圈與3號拱圈相鄰處拱座也一并開裂，且裂縫沿豎直方向向墩下發展(圖5)。

2.3 側墻、橋墩及基礎

側墻明顯外移，最大偏移量27 cm;右側側墻在3號拱圈1/4跨徑處存在豎向裂縫，縫寬2 cm，長約1.5 m。2#橋墩頂受擠壓后條石崩落，基礎受水流沖刷有外露現象。

2.4 橋梁技術狀況評定

根據《公路橋涵養護規范》(JTGH11－2004)中3.5.2條規定，全橋總體技術狀況評定等級，可按重要部件最差的缺損狀況評定，也可對照橋梁技術狀況評定標準進行評定。

缺損程度按大小、輕重、發展趨勢等方面，以累加評分方法對各部件作出等級評定;石拱橋重要部件是指主拱圈、墩臺及基礎;橋梁技術狀況評定等級分為一類、二類、三類、四類、五類。綜合分析檢測情況，玉廣橋的重要部件，如主拱圈、墩臺均出現徑向開裂或豎向開裂，缺損對結構影響程度大且重要，缺損發展變化較快，屬四類技術狀況，處于較危險狀態，應立即進行加固大修。

3 石拱橋加固方法

3.1 橋墩及基礎加固

根據玉廣橋受損情況，結合橋梁受力特點，擬先加固2號墩身及基礎。加固方法為:首先對基礎四周進行C20砼擴寬60 cm處理，深度同原基礎深度;對墩身采用C25鋼筋砼包裹處理，處理范圍為基礎頂至起拱線，并在墩身四周作植筋處理，鋼筋砼厚度40 cm。鋼筋采用雙層鋼筋，橫向主筋采用φ16螺紋鋼，間距20 cm，豎向采用φ12螺紋鋼，間距30 cm。錨固鋼筋采用φ20螺紋鋼，植入原墩身30 cm，采用膨脹水泥砂漿作錨固材料，外露長度45 cm，間距60 cm×40 cm，梅花形布置，兼作模板拉桿及架立鋼筋。加固配筋大樣見圖7。

3.2 主拱圈加固

由于主拱圈受損嚴重，如何有效提高其承載能力，且由于是交通瓶頸，不能阻斷交通施工。經充分研究，決定采用體外預應力加固技術和錨噴砼加固技術相結合的方式進行加固。

圖7 橋墩加固配筋

體外預應力加固是以粗鋼筋或高強鋼絲等鋼材作為施力工具，對拱圈實施預應力，以抵消荷載產生的內力，從而達到改善舊橋使用能力并提高其極限承載能力的目的。玉廣橋主拱圈為縱向開裂，則設置為橫橋向鋼拉桿施加預應力加固。具體步驟為:首先搭設腳手架平臺，高度以拱圈頂為適宜，利用YT28手持式鉆機，對2號和3號拱圈跨中和兩側各1/4處、拱腳處進行鉆孔，孔眼深度為拱圈寬度(本橋為5.7 m);共10組鋼拉桿，每組拉桿分上下兩根組，鋼拉桿均采用φ32鋼筋制成，拉桿兩頭做成絲口，兩端采用10號槽鋼作為螺栓墊板并作鋼拉桿連接件，上拉桿布置在拱圈頂面，下拉桿布置在拱腹面上;鉆孔完成，立即安裝上拉桿，上好槽鋼，再安裝下拉桿，然后采用扳手逐浙扭緊螺帽，向拱圈施加預應力，扭緊螺帽時，兩端應對稱進行。

錨噴加固主拱圈技術，就是在拱圈腹部增設一層錨噴砼，與原拱圈有效的形成整體，達到增厚拱圈厚度，增大受力斷面，確實提高結構承載能力，并能有效封閉裂縫，防止石砌體的風化剝蝕，以提高石拱圈的耐久性。主要方法為:首先對原裂縫進行注漿封閉處理，漿液可采用C30水泥漿或環氧樹脂砼;然后人工鑿毛并清洗干凈石拱圈拱腹，采用風鉆等工具，按間距50 cm×50 cm梅花型布置錨桿，錨桿采用φ22螺紋鋼，錨固深度30 cm;錨桿安裝后，則立即掛設補強鋼筋網，鋼筋網網格尺寸20 cm×20 cm，鋼筋采用φ10圓鋼，鋼筋網與錨桿點焊上;經檢查錨桿與鋼筋網質量合格后，可進行噴射砼施工，噴射砼強度級別為C20，厚度10 cm，施工工藝同一般隧道初期支護噴射砼一樣。

以上兩種加固技術，一個重要的優點是可以在不中斷交通的情況下進行，除在施加預應力時需暫停通行外，其余均可在做好防護措施下，邊通行邊施工。主拱圈加固見圖8。

圖8 套拱及體外預應力加固

3.3 橋面系及拱上建筑加固

針對拱上建筑，如側墻外鼓，可采取分小段拆除側墻，重新澆筑砼，斷面尺寸應減小;如拱上填料，包括橋臺填料不密實的，可適當采取鉆孔壓漿的方法，主要作用是防止橋面水流滲入拱上填料內，對拱圈造成附加壓力。但在注漿時需注意應控制注漿壓力，以防對主拱圈造成破壞。

鑒于玉廣橋橋面坑洼不平，采取了挖除原瀝青路面，適當減少拱上填料厚度的做法，增設鋼筋砼橋面予以增強。其原理是基于減少拱上恒載，減輕自重，有利均勻分布車輛荷載，從而提高拱圈承載能力。減載施工應從中間向兩側對稱進行，先挖除瀝青路面厚約10 cm，同時挖除約30 cm的路面下土石混填料;然后鋪筑C30鋼筋砼橋面，厚20 cm，鋼筋采用φ16螺紋鋼，分上下兩層，中間設撐筋，鋼筋縱橫間距為25 cm;施工分半幅進行，以利車輛通行。

4 結語

(1)通過采取以上加固方法，經過近一年的重載通行，最大重載車輛60 t，日平均車流量350輛，通過對該橋的監控觀測結果來看，未再出現任何裂縫，結構使用安全，證明加固方法是確實可靠的。

(2)科學的分析病害原因、采取合理的加固方法，不僅能夠加快施工進度，還能有效減少成本。如對玉廣橋在原方案討論時，曾擬定廢棄修建貝蕾梁橋，造價約110萬元，而實際加固費用約20萬元。