基于環境與功能的石拱橋加固改造施工技術研究

摘要 隨著運營時間的增加，超載車輛運行、材料老化等問題頻發，20世紀60年代修建的石拱橋已到橋梁病害高發期，為確保此類橋梁的正常運營，恢復其使用功能、增強安全性和耐久性，急需開展加固改造施工技術研究。文章結合貴陽花溪松柏山大橋病害現狀，論述了基于環境與功能的石拱橋加固改造施工技術在實際工程中的應用，可供類似工程施工借鑒。

關鍵詞 石拱橋；加固；改造；耐久性；環境友好；功能優化

中圖分類號 U445.72 文獻標識碼 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，一座當時國內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，材料物資及運輸設備匱乏的條件下開工建設完成，與橋下的流水和周圍的大山融匯成一幅美麗的畫卷[1]。隨著運營時間的增加，超載車輛運行、材料老化等問題頻發，定期檢測發現該橋已達到橋梁病害高發期。為確保該橋的正常運營，恢復其使用功能、增強安全性和耐久性，急需對該橋開展加固改造施工技術研究。該文結合該橋橋位周圍環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在實際工程中的應用。

1 工程概況

松柏山大橋為XA04線（花溪至磊莊）橋梁，橋梁上部結構為（4×4+1×40+3×4）m石拱橋，橋梁全長97.9 m，建成于1960年。

該橋下部結構為重力式墩臺、擴大基礎。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，改造前管養單位已在人行道內側設置纜索護欄將人行道封閉[2]。

2 橋梁病害現狀

2.1 橋梁病害現狀

如圖2所示，主拱圈內滲水泛堿，腹拱圈梁底出現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；近人行道兩側鋪裝存在泥土雜物，左右側人行道泥沙覆蓋，人行道板底部水侵和局部開裂；左右側護欄構件銹蝕，部分纜索底座損壞和傾斜。

2.2 病害產生原因分析

2.2.1 上部構造

結合調查結果分析發現，上部結構滲水泛堿主要與橋面防水設施破損、橋面排水不暢等問題有關。另外，橋面鋪裝裂縫、拱上填料不密實和拱圈砌塊灰縫不密實，雨水沿著裂縫向下滲出也是導致橋梁構件表面形成泛堿現象的原因之一。

2.2.2 下部構造

側墻石料開裂產生的原因有三方面：一是拱上填料不均衡、后期沉降及嚴重超載等導致拱上側墻橫橋向土壓力過大；二是橋梁運營時間較長，構件本身老化，強度不足；三是現狀人行道及挑梁系統均為建成后增加的荷載，導致橋梁恒載增加、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、缺失未及時養護造成。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多年的風吹雨淋等自然環境條件及車輛荷載作用下，路面產生微小裂縫，又由于后期未及時養護，導致橫向裂縫產生。

3 橋梁改造加固目標

綜合該橋病害產生原因，鑒于該橋附近黔中大道已建成通車，大量車輛已實現分流，結合目前該橋交通量較小的實際情況，該次加固改造不涉及對原橋荷載等級進行提高，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墻料石損壞問題并重，適當提高橋面板強度，避免橋面混凝土及防水層再次開裂為主要改造加固目標。同時，對如圖5原橋梁護欄進行改造，解決目前橋梁防護能力不足的問題。

4 橋梁加固改造施工方案

4.1 施工準備

施工前規劃繞行路線并到屬地主管部門辦理相關手續后進行全橋封閉施工。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，為與周圍環境相適宜，另在圍擋外側包裹綠色美觀卷材，兩側橋臺位置設置滑輪門方面施工人員進出。封閉區域為兩側橋臺蔓延至橋下河岸堤20 m范圍之內。

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

4.2 主要施工工藝

4.2.1 原纜索護欄拆除

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

4.2.2 原人行道及混凝土護欄拆除

人行道護欄采用繩鋸切割機進行施工。繩鋸切割部位為懸挑出側壁的非挑梁人行道部分，拆除時依次進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，再對護欄和挑梁進行拆除。

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管進行配合鋼絲繩穿孔，防止造成摩擦損傷。鋼絲繩穿孔后從護欄外側兜底，配合吊車穩定，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分段、分塊從中間往兩邊對稱切割后，使用風鎬將切割完成的瀝青混凝土層鑿碎，再用小型自卸車運至指定位置傾倒。

4.2.4 拱上填料及側墻施工

從中間往兩端分段、對稱拆除原橋拱上填料，縱向分段長度不應超過10 m。每拆除一段填料后立即鋪設防水層，并鋪設新填料輕集料混凝土。防水土工布共3層，逐層鋪設，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，應避免對主體結構造成擾動，防止一次性拆除過多對拱圈受力造成較大影響。橋梁右側側墻有鼓包和開裂，需對側墻進行拆除。側墻拆除時，從上至下層層拆除，再配合吊車吊放至指定地點。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行修飾。

4.2.5 護欄及基座施工

現場依次按程序完成護欄基座施工后，進行護欄立柱及橫梁安裝，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。施工過程需注意護欄基礎澆筑情況及圖紙設計位置合理進行施工放樣，確保護欄施工滿足線形和規范要求。

4.2.6 防水混凝土現澆層及排水溝施工

現場施工準備完成后鋪設、綁扎鋼筋網片及加強鋼筋，依次澆筑標準帶及橋面混凝土后，振搗完畢進行第一次抹面，將混凝土表面多余水泥漿排出，待混凝土初凝前進行二次抹面。排水溝位于橋面現澆層兩邊，斷面尺寸為30 cm×30 cm，上蓋承重型排水蓋板。排水溝左側如圖7所示，為護欄基座，澆筑前模板需按尺寸控制到位，后續在橋面混凝土層鋼筋安裝時，同步安裝橋面排水溝內側模板，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

根據裂縫分布情況在結構物上進行裂縫數量、長度及寬度等數據標注，并進行化學灌漿材料配量、埋嘴、灌漿等方面的具體計算和安排。在裂縫表面騎縫鉆孔以作為灌漿導向孔。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，需進行壓氣試驗，確保封閉嚴實后采用空氣泵壓注法進行灌漿操作。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，確保封閉嚴實。

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合，在修補前可在待修補混凝土缺陷表面涂刷一層水泥漿或環氧膠液，再利用改性砂漿進行修補，養護完成后進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行拼裝焊接形成施工平臺，水平方向通過架設在橋面的軌道進行移動，垂直方向采用卷揚機進行豎直移動，達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，采用環氧砂漿進行抹漿施工，最后完成找平、壓光、刮邊后進行清面及養護。

4.2.9 橋面瀝青層施工

最后按工序完成橋面瀝青層施工，根據路寬采用瀝青攤鋪機全斷面攤鋪，攤鋪機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，本著對環境友好的施工理念和就地取材的原則，對原橋面剝離后產生的石方經處理后，通過場內調運可回填使用，實現土石方平衡，施工過程無棄方產生。另外，沿橋面兩側布置排水溝196 m，由北向南徑流匯入道路兩側雨水排水系統，有效控制水土流失。在橋梁混凝土側墻外側進行懸掛安裝防落網，保障行車安全的同時，有效防止拋物掉落河水中。

6 結語

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的歷史見證，更是我國古代勞動人民聰明才智的體現。20世紀60年代建成的石拱橋，大多已到服役期限，基于環境與功能的石拱橋加固改造施工技術，可利用現代先進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其使用功能，延長其壽命周期，增強安全性和耐久性，不改變周圍環境樣貌，經濟及社會效益顯著，可供類似工程借鑒參考。

參考文獻

[1]松伯山40 m空腹式石拱橋施工技術總結[Z].

[2]XA04線松柏山大橋危橋改造工程一階段施工設計圖[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施工方案[Z].