跨一級(jí)水源保護(hù)區(qū)雙曲拱橋維修加固施工技術(shù)研究

肖建業(yè)　段世林

摘要 結(jié)合浙江省紹興市新昌縣下坂大橋跨一級(jí)水源保護(hù)區(qū)雙曲拱橋加固維修工程實(shí)例，通過(guò)施工重點(diǎn)部位維修加固方案比選，采用常規(guī)加固維修及主拱鋼板加固維修方案。重點(diǎn)對(duì)下坂大橋雙曲拱橋總體加固維修方案及施工過(guò)程進(jìn)行了介紹，從水下水上墩臺(tái)加固維修、主拱圈加固維修、拱上建筑加固維修和安全環(huán)保施工等方面，闡述了具體施工工藝。

關(guān)鍵詞 一級(jí)水源保護(hù)區(qū);雙曲拱橋;維修加固方案;施工技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào) U445.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）10-0163-03

0 前言

雙曲拱橋具有結(jié)構(gòu)輕盈、外形美觀(guān)、節(jié)省材料、施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在全國(guó)范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。由于雙曲拱橋大多是20世紀(jì)60—80年代大范圍建造，距目前有40～60年的歷史，加之設(shè)計(jì)、施工等各種原因，雙曲拱橋病害出現(xiàn)率高達(dá)80%～90%，今后將有大量雙曲拱橋需加固維修，因此雙曲拱橋維修加固施工技術(shù)研究具有極其重要的意義和廣闊的推廣前景。

1 工程概況

下坂大橋維修加固工程位于浙江省紹興市新昌縣大市聚鎮(zhèn)境內(nèi)，跨越一級(jí)水源保護(hù)區(qū)長(zhǎng)詔水庫(kù)，水深5～18 m，橋梁于1979年建成，跨徑組合為（21.6+22.6+3 ×23.9+22.85）m（見(jiàn)圖1），橋面總寬約6.0～6.1 m，車(chē)行道寬5.5 m，橫向?yàn)?根主拱肋，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，拱波為素混凝土預(yù)制構(gòu)件，和拱肋進(jìn)行有鉸連接，單跨共設(shè)置7根橫梁，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用預(yù)制吊裝濕接，和拱肋無(wú)鋼筋連接，腹拱為素混凝土預(yù)制構(gòu)件和立柱有鉸連接，立柱為素混凝土構(gòu)件，側(cè)墻為漿砌塊石結(jié)構(gòu)。橋墩臺(tái)帽為素混凝土構(gòu)件，橋墩為漿砌塊石結(jié)構(gòu)。

2020年3月委托上海同濟(jì)檢測(cè)技術(shù)有限公司對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ/T.H21—2011）規(guī)定[1]，下坂大橋總體技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定為4類(lèi)，橋梁須采取維修加固措施，限制使用。

2 加固方案的比選

由于下坂大橋位于長(zhǎng)詔水庫(kù)一級(jí)水源保護(hù)地內(nèi)，新建橋梁與法律法規(guī)相抵觸不能實(shí)施，老橋經(jīng)檢測(cè)為4類(lèi)橋梁，具備維修加固條件。根據(jù)橋梁檢測(cè)報(bào)告，橋梁主要病害為主拱圈裂縫，同時(shí)鋼筋銹脹導(dǎo)致混凝土剝落、露筋為主[2] 。維修加固方案集中在主要受力結(jié)構(gòu)主拱圈的加固方式上，提供兩種維修加固方案比選，一種為主拱圈外包鋼板加固，一種是主拱圈現(xiàn)澆為整體形成板式拱，經(jīng)綜合比選決定采用主拱圈外包鋼板加固方式，兩種加固方式特點(diǎn)如下：

主拱圈現(xiàn)澆為整體形成板式拱加固方式，施工周期短，拱上受力狀態(tài)良好，但其改變了原有雙曲拱橋結(jié)構(gòu)，澆筑大量混凝土加重了橋梁上部重量，直接考驗(yàn)墩柱的承載能力，且施工需安裝大規(guī)模模板，需使用浮吊等輔助施工設(shè)備，大大增加了水源保護(hù)區(qū)內(nèi)的污染風(fēng)險(xiǎn)，施工成本較主拱圈外包鋼板加固方式高。

主拱圈外包鋼板加固方式結(jié)構(gòu)輕盈，能較好地保障雙曲拱橋的結(jié)構(gòu)，鋼板采用分節(jié)段施工，便于人工操作，不需要大型機(jī)械設(shè)備，成本較低，基本不會(huì)污染水體，但其施工周期較主拱圈現(xiàn)澆為整體形成板式拱加固方式長(zhǎng)。

3 雙曲拱橋加固方案設(shè)計(jì)與施工

根據(jù)橋梁特殊檢測(cè)報(bào)告，老橋?qū)嶋H承載等級(jí)為汽?10[2]，鑒于老橋的實(shí)際情況，提升橋梁承載能力難度較大，設(shè)計(jì)原則上采用在保持橋梁外立面造型基本不變的情況下，對(duì)橋梁現(xiàn)有病害進(jìn)行維修加固處理，以提高耐久性為主，提高承載能力為輔，加固后的設(shè)計(jì)荷載為：汽車(chē)?10級(jí)，履帶?50，橋梁限制荷載為15 t。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)原則結(jié)合方案比選，下坂大橋加固維修主要有：下部結(jié)構(gòu)加固修復(fù)，包括水下墩柱加固修復(fù)和水上墩柱加固修復(fù)，橋臺(tái)表面缺陷修補(bǔ)、裂縫修補(bǔ)等常規(guī)修補(bǔ);雙曲拱橋拱圈加固修復(fù)，包括主拱肋、拱波、橫梁等雙曲拱橋主拱圈加固維修;拱上建筑加固修復(fù)，包括橋梁護(hù)欄拆除、橋面鋪裝拆除、拱腹填料拆除、拱腹填料填充、橋面鋪裝、護(hù)欄修復(fù)等。

3.1 雙曲拱橋下部結(jié)構(gòu)加固修復(fù)

雙曲拱橋下部結(jié)構(gòu)加固修復(fù)分為水下墩臺(tái)修復(fù)、水上墩臺(tái)修復(fù)，墩臺(tái)帽修復(fù)等。

3.1.1 水下墩臺(tái)修復(fù)

考慮此處為一級(jí)水源保護(hù)區(qū)，施工材料既要滿(mǎn)足飲用水衛(wèi)生要求指標(biāo)，又要砂漿具有水下凝聚功能，且強(qiáng)度必須達(dá)到≥3 MPa，為了滿(mǎn)足以上設(shè)計(jì)指標(biāo)，經(jīng)調(diào)查研究水下部分采用特殊無(wú)污染的水性聚氨酯砂漿進(jìn)行修復(fù)，施工由潛水員進(jìn)行勾縫修復(fù)，施工過(guò)程全程攝影，保證修復(fù)質(zhì)量。

3.1.2 水上墩臺(tái)修復(fù)

水上墩臺(tái)采用M15水泥砂漿進(jìn)行勾縫修復(fù)，施工人員由橋面搭設(shè)吊架進(jìn)行修復(fù)。

3.1.3 墩臺(tái)帽修復(fù)

橋墩墩帽局部位置存在混凝土蜂窩麻面、剝落、局部擠碎開(kāi)裂等現(xiàn)象，墩臺(tái)帽為素混凝土，采用常規(guī)混凝土修補(bǔ)，裂縫采用噴涂超高韌性水泥基復(fù)合材料處理，拱腳處將拱肋鋼板在拱腳處進(jìn)行向下延伸擴(kuò)大，確保連接質(zhì)量。

3.2 雙曲拱橋主拱圈加固修復(fù)

主拱圈加固主要包括拱肋加固修復(fù)、拱波加固修復(fù)、橫梁加固修復(fù)、腹拱加固修復(fù)等。

3.2.1 拱肋加固修復(fù)

拱肋是雙曲拱橋的主要承重構(gòu)件，也是該橋加固的重點(diǎn)，鑒于拱肋主要病害為裂縫，同時(shí)鋼筋銹脹導(dǎo)致混凝土剝落、露筋，除對(duì)其進(jìn)行常規(guī)修補(bǔ)外，還必須采取進(jìn)一步的加固措施，才能提高其耐久性，延長(zhǎng)使用年限，根據(jù)計(jì)算決定對(duì)所有主拱肋進(jìn)行外包U型鋼加固，U型鋼板厚度為1 cm，鋼材采用Q355B。外包鋼板施工前安裝橋面反向支架施工平臺(tái)，施工全部采用人工施工，鋼結(jié)構(gòu)采用場(chǎng)地內(nèi)加固，嚴(yán)禁在橋梁區(qū)域內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)加工，確保施工安全的同時(shí)不污染水體。

3.2.2 拱波加固修復(fù)

直接承受車(chē)輛荷載的拱波普遍存在縱向開(kāi)裂、滲水的病害，表面已被碳化嚴(yán)重。決定對(duì)拱波進(jìn)行常規(guī)混凝土修補(bǔ)，裂縫處理和噴涂超高韌性水泥基復(fù)合材料，同時(shí)對(duì)拱波進(jìn)行粘貼鋼板加固，拱波目前寬為30 cm，粘結(jié)鋼板采用10 cm寬，0.8 cm厚的Q355B鋼材，和拱肋鋼板連接為整體。

3.2.3 橫梁加固修復(fù)

橫梁起到提高拱肋協(xié)同受力和穩(wěn)定性的雙重作用，老橋原橫梁采用預(yù)制基吊裝，橫梁和主拱肋之間采用后澆，后澆混凝土露筋、蜂窩麻面現(xiàn)象嚴(yán)重，安全隱患較大。主要加固方式是對(duì)橫梁進(jìn)行常規(guī)混凝土修補(bǔ)、噴涂超高韌性水泥基復(fù)合材料。同時(shí)在橫梁底部增設(shè)一通長(zhǎng)鋼板將5個(gè)拱肋連通，鋼材采用Q355B。為了進(jìn)一步增加拱肋的穩(wěn)定性和協(xié)同受力，在橫梁之間再增設(shè)一道HW型鋼和拱肋鋼板連接，HW型鋼尺寸采用200 mm×200 mm×8 mm，鋼材采用 Q235B。

3.2.4 腹拱加固修復(fù)

腹拱存在裂縫、滲水等病害，表面碳化嚴(yán)重，初步設(shè)計(jì)為拆除重建，但橋面鋪裝拆除后，發(fā)現(xiàn)腹拱頂部為全部現(xiàn)澆混凝土，整體性較好，未發(fā)現(xiàn)裂縫，鑒于實(shí)際情況，后期調(diào)整了設(shè)計(jì)方案，將原拆除重建調(diào)整為表面常規(guī)修復(fù)，腹拱圈頂裂縫采用灌縫及粘貼碳纖維布加固處理。

3.3 雙曲拱橋拱上建筑加固修復(fù)

雙曲拱橋拱上建筑加固修復(fù)主要有橋面修復(fù)、護(hù)欄修復(fù)及橋面排水修復(fù)。

3.3.1 拱上建筑病害構(gòu)件清理拆除

橋面有嚴(yán)重的水損害，橋梁欄桿為老式混凝土立柱式護(hù)欄，且年久失修，基座混凝土強(qiáng)度偏低，缺乏防撞功能（見(jiàn)圖2），為了橋梁運(yùn)行安全考慮，決定拆除橋面鋪裝、部分拱腹填料、欄桿和欄桿基座，拆除部分拱上建筑換填泡沫輕質(zhì)混凝土，既能提高橋梁承載能力又能達(dá)到橋梁加固前后恒載的平衡，對(duì)整座橋梁非常有利。鑒于雙曲拱橋的特殊性，拱上建筑病害構(gòu)件清理拆除易發(fā)生拱橋失穩(wěn)，因此拆除必須遵循平衡對(duì)稱(chēng)原則。

首先對(duì)橋面混凝土鋪裝拆除，嚴(yán)格按照兩階段拆除順序：第一階段拆除腹拱圈頂部橋面鋪裝，以平衡重量的增加，第二階段剩余橋面鋪裝待主拱圈鋼結(jié)構(gòu)加固完成，拆除倒掛腳手架后進(jìn)行，由整橋中間3#墩開(kāi)始，分2組對(duì)稱(chēng)同時(shí)進(jìn)行，采用切割機(jī)將橋面鋪裝混凝土切割成1×0.5 m的塊，用人工將鑿出的混凝土碎塊及時(shí)清運(yùn)出橋面;再次進(jìn)行拱腹填料拆除，由每孔中間向兩側(cè)，12組人員同時(shí)、對(duì)稱(chēng)、平衡進(jìn)行拆除;最后進(jìn)行欄桿及欄桿基座拆除，采用繩鋸將欄桿立墻及欄桿從中間向兩側(cè)分段割除，割除后用人工取出分段欄桿，及時(shí)運(yùn)走。

3.3.2 橋面修復(fù)

拱腹填料拆除完成后，噴涂高韌性混凝土增加混凝土保護(hù)層，同時(shí)兼顧防水，然后回填干容重等級(jí)為A06的CF1.0輕質(zhì)混凝土，再澆筑18 cm的C40鋼筋混凝土橋面。

3.3.3 護(hù)欄修復(fù)

橋面鋪裝施工的同時(shí)，確保欄桿基座和新澆筑混凝土橋面連接成整體，安裝等級(jí)為SB級(jí)的鋼結(jié)構(gòu)防撞安全護(hù)欄。

3.3.4 橋面排水修復(fù)

原橋每跨在跨中和跨尾均設(shè)置了一個(gè)橋面直排的泄水孔，考慮橋面水直排對(duì)水庫(kù)水質(zhì)有影響，為達(dá)到環(huán)保要求，采用預(yù)埋 UPVC 作為泄水管，橋梁外側(cè)設(shè)置UPVC管將雨水收集，排至南側(cè)橋臺(tái)外的雨水花園，經(jīng)雨水花園凈化水質(zhì)后排入水庫(kù)區(qū)域。

4 維修加固效果

在下坂大橋維修加固過(guò)程中未發(fā)生環(huán)保和安全事故，符合預(yù)期設(shè)計(jì)環(huán)保和安全要求。根據(jù)委托蘇交科集團(tuán)檢測(cè)認(rèn)證有限公司出具的《郎坑至下坑公路下坂大橋維修加固工程質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告》[3]，加固完成后動(dòng)靜載試驗(yàn)及其他各項(xiàng)實(shí)體指標(biāo)明顯好于加固前，橋梁承載能力有一定的提升，老橋維修加固達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期效果，見(jiàn)圖2、圖3。

5 結(jié)束語(yǔ)

下坂大橋雙曲拱橋加固維修通過(guò)方案比選采用主拱肋外包鋼板+常規(guī)修復(fù)方式，采用全人工配合小型機(jī)械設(shè)備的方式，極大降低了一級(jí)水源保護(hù)區(qū)內(nèi)施工的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)了一處類(lèi)似古跡的優(yōu)美橋梁，在一定程度上減小了施工成本，簡(jiǎn)化了施工程序，降低施工難度及安全風(fēng)險(xiǎn)，解決了跨一級(jí)水源保護(hù)區(qū)施工難題。故具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，可為同類(lèi)型跨越一級(jí)水源保護(hù)地的雙曲拱橋加固維修工程提供參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)： JTJ/T.H21—2011[S].北京：人民交通出版社， 2011.

[2]新昌縣下坂大橋特殊檢測(cè)報(bào)告[R]. 上海：上海同濟(jì)檢測(cè)技術(shù)有限公司， 2020.

[3]郎坑至下坑公路下坂大橋維修加固工程質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告[R]. 南京：蘇交科集團(tuán)檢測(cè)認(rèn)證有限公司， 2022.