套拱法加固技术在小跨径石拱桥施工中的应用

杨胜文

（贵州省台江县交通局，贵州 台江 556300）

1 桥梁病害成因

某县道路上有一座单孔实腹式石拱桥，拱圈为等截面圆弧拱，净跨径6m，净矢跨比1/4。拱顶处桥面宽约7.0m，主拱圈宽8.9m，厚0.4m，拱顶处填料厚度约3.0m。桥台为轻型桥台，基础采用明挖扩大基础。

1.1 主要病害

质量检测单位对桥梁进行了检查和测绘，发现主拱圈开裂严重，共出现5条明显的纵向裂缝,5条裂缝中有3条贯通整个拱圈，并延伸至拱座，其中上、下游侧墙与主拱圈交界处附近各有一条裂缝最宽，上游最宽50mm，下游最宽40mm；另有2条裂缝从拱脚延伸至拱圈1/4 处，拱脚附近有一道贯通的横向裂缝，宽约5mm;上游两侧挡墙有明显竖向裂缝,宽约15mm；下游侧墙也出现明显的裂缝,宽约10mm。该桥基础置于碎石垫层的卵石层上,地质状况较差,基础冲刷严重；拱圈填缝材料的强度很低，部分用手即可捏碎的风化石。根据JTGH11-2004 公路桥涵养护规范,该桥一般评定结果为五类,已不能满足通行公路Ⅱ级荷载的要求,需及时进行综合整治。

1.2 病害成因分析

主拱圈裂缝产生的原因主要在于主拱圈横桥向受压不均匀,加上桥梁填缝材料强度很低,主拱圈整体性较差所造成。此外,根据纵向裂缝已贯通至基础的情况,可判断基础不均匀变形也是该桥纵向裂缝产生的主要原因之一。

2 加固整治方案及设计

2.1 方案选择

在进行整治方案设计时,主要考虑了以下4种方案:增大拱圈截面法、原拱圈下建圆管涵或箱涵改造法、原路面下建简支梁桥改造法、套拱法。从现行的套拱法加固石拱桥实例及国外资料查证,套拱法比较适宜跨径10m 以下且满足基础承载力的石拱桥加固。根据上述论证分析,要根治此桥病害可采用套拱法的加固方案,施工期间应禁止10t 以上汽车通行,以保证施工质量和交通安全。套拱法加固本桥的基本方法为:先处理原拱圈的裂缝，然后对原拱圈灌浆，使之整体性加强，再采用灌浆法处理基础。基础处理完成后在原拱圈下浇筑一层厚约40cm的钢筋混凝土套拱，套拱施工完成后再在其与原拱圈之间灌浆。套拱也采用扩大基础，将基础设在满足荷载的持力层或岩石上。

2.2 套拱结构尺寸设计

套拱结构尺寸设计应考虑的因素有：承载能力要求、尽可能小的压缩孔径、施工方便可行等。由于作用在套拱上荷载的大小及作用状态不十分清楚，它与地质情况、跨径大小及原桥技术状况有关，只能根据经验，经过定性的分析，参照有关技术资料确定其结构尺寸。套拱的外形尺寸应和原桥断面尺寸相匹配，顶部为圆弧拱，两侧立墙与桥台身相连。为加强其整体性采取压浆措施。在选择套拱材料时考虑到该桥地质情况不良,采用了钢筋混凝土。套拱设计厚度参照《日本山岭隧道技术规范及解释》推荐的混凝土衬砌设计厚度数值，如表1所示。

表1 混凝土衬砌设计厚度推荐值

该桥原跨径为6m，套拱加固后净断面为5.17m，确定套拱设计厚度采用34cm～48cm。

3 施工步骤及要点

3.1 施工步骤

步骤1：进行原拱圈处置,包括填补裂缝、灌浆等。

步骤2：第一次回填片石混凝土；浇筑C30 钢筋混凝土拱座，预留20cm 高与拱圈一起浇筑；第二次回填片石混凝土。

步骤3：开挖拱下填土至设计高度；浇筑C20 素混凝土扩大基础（注意预留灌浆孔）；灌浆处理基座下碎石垫层。深入垫层150cm，倾角60°，横桥向每2m 1个,每侧共6个。

步骤4:由拱脚向拱顶浇筑拱圈（预留灌浆孔）。

步骤5：在原拱圈与新拱圈之间灌浆。

步骤6：侧墙裂缝灌浆。

3.2 施工要点

3.2.1 施工工序

填补原拱圈裂缝→原拱圈纵缝灌浆→挖出拱下填土及石块→浇筑套拱基础→灌浆处理基础→回填片石混凝土→立模浇筑两侧墙身（预留20cm 同拱圈一起浇筑）→分段浇筑拱圈→新旧拱圈之间灌浆→侧墙裂缝灌浆。

3.2.2 填补拱圈裂缝要点

对于原拱圈裂缝，如果宽度小于3cm，则直接用砂浆填补,宽度大于3cm的裂缝，拱圈纵向每隔20cm左右量取裂缝的形状和深度，利用切割机将石料 (强度等级不小于MU30切割成大致相同的形状 (尺寸应小于裂缝尺寸1cm～2cm),石块表面抹一层砂浆后塞入裂缝，注意不得强行敲打、撞击石料使其进入裂缝。每道纵缝每隔60cm左右预留一个灌浆孔,其深度应大于拱圈厚度1cm～3cm。

3.2.2.1 原拱圈纵缝压浆要点

灌浆孔布置:工地应按现场实际条件及浆液配方做灌注试验以确定有效注浆半径,确保有效注浆半径大于60cm。每道空缝配合灌浆孔,至少有一个排水孔注浆嘴及排水(气)孔管埋设:注浆嘴及排水(气)孔管均采用埋入式。埋深大于拱圈厚度1cm～3cm。空缝封闭:除注浆嘴及排水(气)管外,其他一定范围内空缝及有可能漏浆处都要采取封闭措施,以免出现跑浆、漏浆现象。封闭空缝及堵漏采用封缝砂浆。密封检查:待封缝砂浆固化后,沿缝涂抹肥皂水,并从压浆嘴向缝中通入压缩空气,若无冒泡现象,表示密封效果良好,否则应予以修补。压注水泥砂浆:配制水泥砂浆,采用纯压法进行灌浆。由于该桥原拱圈开裂严重,为防止一次灌浆过多对拱圈产生不利,应采用多次灌浆技术,每个压浆嘴第一次注浆量应小于20L。第一次注浆强度达到70%后进行第二次灌浆,每个压浆嘴第二次注浆量应小于20L,第二次注浆强度达到70%进行第三次灌浆。压浆后的封口处理:待封缝砂浆固化后,沿缝涂抹肥皂水,并从压浆嘴向缝中通入压缩空气,若无冒泡现象,表示密封效果良好,否则应予以修补。

3.2.2.2 基础灌浆施工要点。

待新建的C20 素混凝土扩大基础浇筑完成后再进行基础灌浆,紧靠每侧基座预留6个注浆孔,横桥向每2m，1个,孔深应进入基础1.5m,采用三次灌浆技术施工。每个灌浆孔第一次灌浆量不应小于300L,第二、第三次灌浆量不应小于200L。施工时注意引导上游流水以免影响灌浆效果。

3.2.2.3 拱圈施工要点

拱圈混凝土厚仅40cm左右,绑扎钢筋、浇筑混凝土较困难,因此,将每段分成5 块拱盔,每块宽度1.0m,用5 排木支架支撑,先支起1 块拱盔,外侧钉上侧模板,采用人工填料,混凝土坍落度控制在0～1.0之间,填料顺序从两侧拱脚向拱顶延伸,并及时振捣夯实,即将浇完第一块时,再支撑起第二块拱盔,以此类推。第一段拱圈浇筑完毕后喷水养生,强度达到设计标号的80%以上时拆除模板。

4 结束语

我国石拱桥众多,在长时间的营运过程中,不少石拱桥在出现了一些病害,严重影响了桥梁的正常使用和通行能力以及桥梁的使用寿命,需要进行维修加固和改造以提高荷载等级。本文分析了某小跨径石拱桥的病害情况,并详细论述了采用套拱法对其进行加固处治的设计方法和施工要点,指出套拱法在技术上是可行的,且节约了工程造价,减少了社会经济损失。

[1]勾洁,邢德兆.石拱桥套拱法加固技术研究[J].

[2]JTJ021-89,公路桥涵设计通用规范[S].