拱橋加固技術的應用探求

王元元

(山西省公路局呂梁分局，山西呂梁 033000)

呂梁市干線公路養護橋梁564座，其中:拱橋占整個橋梁總數的42%，經過逐年的改建、加固，建造于20世紀80年代前204座仍在運營使用之中。由于技術條件和經濟的局限，普遍設計標準偏低。隨著經濟的發展，交通運輸的迅速增長，當時的設計標準已經不適合當今經濟發展需求，形成了巨大的隱患。

本文結合工程實例探討拱橋加固技術的應用。

1 病害分析和方法

1.1 拱橋常見病害及原因分析

1)舊橋設計荷載等級和標準低，車輛偏載作用下，致墩臺移動、基礎沉陷及拱圈受力不對稱的影響，主拱圈(板拱)或腹拱圈或拱腳、墩臺帽梁上產生縱向裂縫。2)施工工藝和砌筑用料質量差，同時受腐蝕氣體、水侵蝕和溫度變化，產生主拱圈砌縫砂漿脫落、主拱圈表面風化剝落。3)拱橋由多層平行拱圈石砌成，在施工中拱圈砌石未注意交錯搭接，拱圈也易發生縱向裂縫。拱圈裂縫一經開裂，發展迅速，危及橋梁的正常使用。4)由于臺后填土壓力和橋頭路面及路面荷載作用致使拱腳位移或主拱圈拱頂下沉。5)拱上填料施工不密實或拱上未設置排水系統、橋面排水不暢，橋面水由鋪裝層裂縫處滲入拱上填料致填料內部積水膨脹，造成主拱圈滲水，側墻出現外傾、變形，橋面鋪裝出現翻漿、破損。6)舊橋墩臺的基礎多采用簡單的擴大基礎，基礎埋置淺，在水流作用下，基礎周圍埋置特被沖刷掏空，造成基礎外露、懸空。7)路堤沖刷拱橋，臺后路堤由于雨水的沖刷對橋臺沖刷造成垮塌。8)排水系統失效橋面雜物堵塞排水管，橋面積水嚴重，造成橋面破損。9)河道堆積物，橋孔淤塞，影響河流的泄洪，嚴重時河水直接沖刷墩臺，造成橋梁的損毀甚至倒塌。

1.2 拱橋維修加固常用的方法

1)主拱圈裂縫封閉法。a.對原拱圈寬度小于限值的裂縫采用環氧樹脂膠進行表面封閉，對寬度大限值的裂縫采用環氧灌縫膠或環氧樹脂砂漿進行灌縫處理。b.用化學粘結劑從結構外部粘貼補強材料。2)套拱(內襯法)加固法。在拱腹掛網，植入鋼筋并噴射混凝土形成整體結構，通過增大主拱圈截面面積的辦法提高承載力。3)套拱(外襯法)加固法。即沿主拱圈頂部現澆增設一層鋼筋混凝土套箍層，利用截面增大、斷裂力學及“套箍效應”三個機理，達到提高原橋承載力的目的。其優點在于施工難度小，所需要的施工設備也較簡單，且造價低廉，施工周期也較短。缺點是需要將上部結構拆除，施工周期長，且預算也加大。4)減輕拱上建筑自重法。減輕拱上建筑的重量在地基承載能力較低或橋臺不夠穩固時，可采用減輕拱上建筑自重的辦法對拱橋進行改造，以降低對下部構造的要求，同時也可減輕主拱圈的負擔。5)設置橫向拉桿法。拱圈產生縱向裂縫時，保護性拆除，在跨中、1/4跨度處和拱腳附近設置橫向拉桿加固，能有效防止裂縫繼續發展。6)更換橋面系法。更換橋面系主要包括:更換拱上填料、橋面鋪裝、欄桿等。更換拱上填料是將拱上強度低，防水性能差的填料換成水穩、輕質混凝土等耐水輕質填料，清除拱上填料的順序一般和施工時加載程序相反，后加的先御，先加的后御。

總之，拱橋加固的方法有很多，隨著新材料的應用、科學技術及計算理論的進一步發展，還會出現更多的橋梁加固新技術。當然，各種加固技術也不是孤立的，在加固一座舊橋時，往往是多種技術同時使用，以達到對舊橋加固改造的目的。下面結合工作實際介紹一下外襯法套拱加固技術的應用。

2 工程實例

2.1 工程概況

國道209線峪口橋，全橋長77.6 m，主橋結構為3-16 m片石混凝土拱橋，拱圈厚65 cm，1/4拱，拱頂填土60 cm，斜35°，始建于1980年，主橋布置如圖1，圖2所示。當時設計荷載為汽車—20級，掛車—100。

圖1 主橋立面布置示意圖

圖2 主橋側面布置示意圖

2.2 舊橋病害情況

1)混凝土拱圈第二跨、第三跨均有橫向裂縫2道～3道，且為通縫，縫寬約0.1 cm～0.3 cm不等。2)側墻變形。3)橋面平整度差、車轍、壅包現象嚴重，占橋梁總面積的65%。4)橋頭引道嚴重下沉，形成跳車。5)錐坡缺失、欄桿外傾缺失。

2.3 舊橋加固方案

1)將原拱圈以上護拱、側墻、拱上填料、欄桿全部拆除。2)對原拱圈寬度小于0.15 mm的裂縫進行表面封閉，寬度大于0.15 mm的裂縫采用環氧灌縫膠進行灌縫處理。3)在原拱圈橫縱間隔60 cm梅花形鉆孔，植入Ф25鋼筋，灌入環氧水泥砂漿并與主筋進行焊接。4)用C30鋼筋混凝土加高拱腳墊石，使起拱面達到20 cm。5)將原拱圈清理干凈，鑿毛后在原拱圈上澆筑20 cm厚、C40鋼筋混凝土拱圈。6)用M7.5砂漿砌35號片石護拱、側墻并進行勾縫處理。7)采用水穩砂礫料，分層填筑拱頂填料。8)鋪筑橋上路面與橋頭引道路面。9)現澆C25鋼筋混凝土墻式護欄。10)修復錐坡。

2.4 施工方法、要點及注意事項

1)上部結構及拱上填土的拆除。為保證拱圈受力均勻，不遭到破壞，拆除原橋上部構造時，必須全橋同時進行，進度相同。先拆除欄桿，機械從兩側橋頭向橋中分別對稱均勻挖除臺背填料和拱上填料，做到標高基本相同，以防拱圈受力不均，發生變形或坍塌，配合人工拆除拱上建筑。

2)外襯法套拱加固的施工。a.墩臺拱腳線為水平，橋臺拱腳上方設一道伸縮縫。b.澆筑加固拱圈時，必須將原拱圈頂面鑿毛，并在原拱圈橫縱間隔60 cm梅花形鉆孔，植入Ф25鋼筋，灌入環氧水泥砂漿并與主筋進行焊接，再進行拱圈混凝土澆筑(見圖3)。c.澆筑混凝土時需清除拱頂松散粒料，并灑水浸濕后連續進行澆筑混凝土。d.為了減少混凝土的收縮應力避免收縮裂縫的產生，主拱圈采用一次性澆筑完成，中間不留施工縫的施工方法，全橋先邊跨后中跨對稱澆筑的原則。因故中斷澆筑時，中斷時間不能超出前層混凝土的初凝時間。e.混凝土澆筑完畢后待強度達到設計強度的50%后即可拆模。

圖3 原拱圈與加固拱圈立面圖（垂直起拱線方向）

3)側墻及護拱的砌筑。a.先施工拱腳處側墻，然后施工拱頂中部側墻。砌筑時底漿要鋪滿，豎縫砂漿應先在已砌石塊側面鋪放一部分，將另一砌石鋪放對齊再填滿砂漿并搗實，砌石下嚴禁用高于砂漿砌縫的小石片支墊。b.砌筑上層石塊時應避免振動下層砌塊，砌筑工作中斷后再砌筑時，對砌石砌面清掃并灑濕后再砌筑。c.砌石應分層砌筑，宜2層～3層砌塊組成一個工作層，每一工作層的水平縫應找平，各工作層的豎縫應相互錯開不得貫通。d.砌筑側面墻面及兩端面應砌筑平順，墻背及坡面密切結合，墻頂與邊縫應封嚴。表面與周邊平順銜接，砌石之間應咬扣緊密，嚴禁通縫疊砌和浮塞。e.砌體勾縫應牢固美觀，勾縫前將墻身灑水浸濕，使砂漿嵌入縫中與砌體牢固結合。f.墩臺拱腳線為水平，橋臺拱腳上方設一道伸縮縫。

4)臺背及側墻背回填。a.臺背及側墻回填宜同時進行。采用小型壓路機回填、攤鋪、分層、分段碾壓密實。用手扶振動夯，對碾壓困難的部位壓實。b.回填應遵照兩邊對稱原則，做到基本相同的標高上進行。

5)澆筑帽石混凝土時，預埋好鋼筋混凝土墻式護欄鋼筋。

6)鋼筋混凝土墻式護欄下，兩側1/4跨徑處各設一道泄水管。

7)做好開工前技術交底工作，施工中嚴把質量、技術、工藝關，現場設立施工標志，安全作業、文明施工。

3 結語

峪口橋維修加固工程于2011年底全部完工，經驗收，達到了設計及規范要求，目前橋梁運行良好。

從已加固改造好的舊橋來看，采用合理的加固技術，不僅節省大量投資，收到良好的經濟效益;而且通過維修和改造舊危橋，恢復和提高了舊橋的承載能力及通行能力，延長橋梁的使用壽命，消除交通安全隱患。

［1］JTG/D 60-2004，公路橋涵設計通用規范［S］.

［2］JTG/T J22-2008，公路橋梁加固設計規范［S］.

［3］JTG/H 11-2004，公路橋涵養護技術規范［S］.

［4］JTG/T.J 23-2008，公路橋梁加固施工技術規范［S］.

［5］CECS 25∶90，混凝土結構加固技術規范［S］.

［6］JGJ 116-98，建筑抗震加固技術規程［S］.