G309线甘沟驿拱桥加固改造设计与施工

李江(会宁公路管理段,甘肃白银 730700)



G309线甘沟驿拱桥加固改造设计与施工

李江
(会宁公路管理段,甘肃白银 730700)

【摘 要】本文甘沟驿桥为例,介绍了双曲拱桥加固改造的设计方案与施工工艺,重点说明了混凝土在双曲拱桥加固改造中的应用。锚喷混凝土工艺是借助高压喷射机械,利用压缩空气将新的混凝土混合料,通过管道高速喷射到已锚固好钢筋网的受喷面上,待其凝结硬化形成一种钢筋混凝土。本文阐述了对一些方案的看法,以及对甘沟驿桥的成功提载,希望能为同类桥梁加固改造的设计与施工积累了宝贵的经验。

【关键词】双曲拱桥 加固改造 设计与施工

1 桥梁使用情况

G309线K2023+850处甘沟驿桥于1974年建成，该桥为2-35米等截面悬链线空腹式双曲拱桥，桥长98.08米，桥宽7.0＋2×0.5米，设计荷载：汽-13级、拖-60级。随着近年来交通量的迅速增长，交通运输日益繁重，特别是大吨位车辆运输急剧增加，使大桥经常承受远大于设计荷载的负荷作用，致使全桥大部分腹拱出现裂缝。加之原桥面铺装未设置防水层，主拱圈底部大面积渗水，混凝土碳化严重，墩身、墩台帽都有不同程度的裂缝，桥面铺装破损严重，已无法保障桥梁的正常使用，对该桥进行加固改造。

2 外观测量及病害

桥梁各部位几何尺寸基本与原设计一致，无偏差。桥面原设计纵坡为平坡，横坡为3%，通过实际测量，纵横坡均未发生大的变形，基本符台原设计。全桥所有拱肋除两侧拱脚外，其余部分与横系粱连接处均有渗水、泛白，混凝土腐蚀、碳化现象。拱波上虽无明显裂缝，但也有大面积的渗水、泛白现象。全桥腹拱均有横向裂缝，缝宽0.15～0.25mm，分布于距拱脚50-60cm位置处。腹拱墩基本完好，与腹拱圈连接处出现渗水，混凝士腐蚀，横墙表面

混凝土剥落，骨料外露，局部出现多道缝宽为0.1～0.15mm的不规则裂缝。墩、台帽上每片肋下均出现缝宽为0.1-0.2mm的竖直通缝，墩身出现大量宽度小于0.15mm的网状裂缝。拱上侧墙尚无明显裂缝等病害产生。桥面铺装砼大部分脱皮，粗骨料外露，且有多道横向裂缝。

3 加固方案

根据调查结果，对原拱桥结构进行了受力计算和验算分析，通过多个加固方案的分析和比选，决定采用喷射混凝土加大拱肋断面的方法，对原桥病害进行全面的、彻底的处理和加固，以提高桥梁承受荷载的等级。

3.1 拱圈加固

拱波采用植筋外挂钢筋网并喷射6cm厚C30混凝土加固的方法，以提高各孔的整体刚度和承载力。拱肋是全桥的主要受力构件，必须重点加固。其加固方法为：沿原拱肋周边按照15cm的间距均匀布置植筋，并根据内力计算结果确定增加新的￠25主筋及￠12箍筋。钢筋长度贯穿拱肋全长并伸入拱脚，其后采用喷射10cm厚C30混凝土。原横系梁尺寸偏小，横向连接差，属薄弱构件，针对这一病害诱因，将即有横系梁增大为40cm×30cm，以提高横向刚度和整体稳定性，从而提高主拱圈的承载力。

3.2 墩台帽及墩身、腹拱加固

墩、台帽及墩身均采用植筋外挂钢筋网并喷射10cm厚的30混凝土加固。腹拱部分裂缝采用环氧树脂胶泥修补。

3.3 横面系加固

原桥面填料为煤渣填充缺乏稳定和坚实、整体性差，挖除既有煤渣填料层，代之浇筑C10贫水泥混凝土，降低拱上填料层的高程，并在其上布设间距10cm×10cm直径为25mm的钢筋网，浇筑20cm厚的C30混凝土桥面铺装，以增加拱上建筑的刚度。通过计算，加固后各项指标均满足汽车-20级，挂车-100级的荷载标准。

3.4 加强防水措施

拆除原红胶泥防水层，在拱上填料涂抹防水砂浆防水层，增加桥面泄水管，以完善防排水。

4 加固的主要施工工艺

4.1 施工流程

挖除桥面系→挖除拱上填料→拱肋、拱波、横系梁、桥墩、拱座植筋→挂设钢筋网→喷射混凝土→腹拱裂缝处治→浇筑拱上填料铺设桥面铺装→安装桥面系。

4.2 拱上建筑的拆除

在卸载过程中，为避免主拱圈产生过大和不均匀变形，严格按操作流程进行对称、均匀卸载，施工前制定了详细的卸载程序，并遵照执行，对主拱圈的拱顶和1/4、3/4断面随时进行变形观测，以确保卸载对主拱圈的安全。

4.3 主拱圈及拱座加固

拱勒、横系梁、墩身以及墩台帽均采用喷射10cm厚C30钢筋混凝土，拱波采用喷射6cm厚C30钢筋混凝土。喷射的施工顺序分为：受喷面清理和凿毛、钻孔和植筋、挂设钢筋网及喷射混凝土等工序。

4.3.1 受喷面清理与凿毛

对存在病害的旧混凝土仔细凿除崩裂、起壳和腐蚀的混凝土，须凿至坚硬密实部分为止。为了保证新浇混凝土与老混凝土之间在周边粘界良好，凿除部分的周遍应有碗口形明显轮廓，周边轮廓深度至少3cm。如钢筋仅外侧锈蚀，则只须凿除混凝土保护层即可；若钢筋内侧锈蚀则沿钢筋周围的混凝土均要凿除，内侧凿除深度至少2cm以上，直至露出好的混凝土为止。锈蚀的钢筋必须严格除锈，直至露出金属光泽。对无病害的老混凝土表面清理、凿毛或打成沟槽。清理时，用钢刷子、铁锤和铁凿等工具，清除受喷面杂物。凿毛，则用人工凿毛法凿成深度约为10mm的小坑，同时应除去浮渣、尘土，并对混凝土表面应冲洗干净。

4.3.2 钻孔和植筋

(1)放样。现场施工的技术人员负责测定植筋孔位，用彩色粉笔标出＋、↑、←等三种不同记号。十字交点为设计孔位的中心，箭头表示允许沿纵、横并靠近十字交点移孔的记号。钻孔遇到钢筋或不可破坏的构件时，必须作孔位移动。

(2)钻孔。使用钻孔机具为双重绝缘电锤。钻孔前，工地依据要植入的钢筋设计直径，选定相应直径的钻头(电锤附件)，而后在放样的孔位上进行钻孔。设计钻孔深度在拱肋、台帽处不小于15CM；拱波、腹拱圈、立墙处不小于10CM。钻孔时，操作人员双手握紧电锤，先将钻头顶住工作面并轻微加压，然后再按开关施工施钻。在钻孔过程中，钻到坚石或钢筋时应立即退出，移动孔位重钻。

(3)清孔。清孔的工作内容，就是用高压风冲除孔眼内的混凝土碎渣和浮土。清孔工具为高压吹风机，喷头出接细长的金属管做喷杆。清孔时将喷杆嘴对准孔眼，打开喷杆开关吹风，再用水冲洗每个孔眼，直到孔内流出清水。

(4)填充孔眼。清空后，用胶泥材料填充孔内，并在初凝前插入钢筋。填充材料采用大连智鑫建筑结构胶。每孔压胶，直到孔内充满为止。

(5)植筋。植筋起着挂设钢筋网、加强新旧混凝土结合面抗剪能力，使达到新旧结构共同变形的重要作用。钢筋按设计直径种植，植筋胶使用大连智鑫建筑结构双组分胶。所用填充工具为金属管，内插一根钢筋作成的唧筒。填充时，先将金属管内灌满胶体，插入孔底堆挤钢筋芯棒将胶体压入孔内。用胶体填满眼后，随及插入钢筋，并用小铁锤敲打植筋尾端直至孔底。此时，胶体从孔口外溢，再用泥镘刀刮净。孔内有空隙时，立即拔出钢筋重新压胶和插入钢筋。植入钢筋后不允许在固化前扰动钢筋。钢筋插定两天后抗拔力，在挂设钢筋网前须作检验，使Φ12、Φ16、Φ25钢筋的抗拔力分别达到24KN、62KN、154KN，若抗拔力达不到者，必须重新植筋，直至合格为止。

4.3.3 挂设钢筋网

挂设钢筋网的工作实际是从挂设纵、横单根钢筋开始，使逐根就位而成单层钢筋网。当植筋插定两天后开始挂设，单根钢筋在钢筋蓬加工成型，再运送到施工现场。挂设时，单根钢筋紧靠植筋就位，先绑扎后焊于植筋上，焊接时由于温度的升高，会对结构胶的性能造成一定的影响，因此不要持续在一处点焊，以免引起结构胶失效甚至燃烧。拱肋主筋分为5段挂设，分别沿其侧面及底面插入U型箍筋中进行接长焊接，主筋轴线一致，钢筋接头为双面搭接焊，焊接有困难的地方也可为单面搭接焊，但焊缝长度必须符合要求。在主筋位置调整合适后，将主筋与箍筋逐一绑扎牢固。横系梁主筋必须与拱肋植筋焊接，以保证桥梁整体刚度。挂设钢筋网的顺序为沿着施工的前进方向，从一端拱脚开始逐段完成至另一端。

4.3.4 喷射混凝土施工

喷射混凝土用原材料的规格、级配和质量必须符合《喷射混凝土支护技术规范》的有关规定。按施工配合比将混合料拌合均匀，避免骨料与水泥分离，然后根据喷射机的特点进行试机。喷射时调节好风压与水压，为保证高压水能盆腔混合室(喷头处)内壁小孔高速射出，把干拌和料迅速拌合均匀，水压应稍高于风压。喷射作业施工准备工作作好后，严格掌握规定的速凝剂参量，并填加均匀。喷射时，喷射手应严格控制水灰比，使喷层表面皮un公正光滑，无干斑或滑移流淌现象。喷射作业应分层进行。一次喷射厚度不得太厚或太薄，墩身分为4～6cm，拱部为3～4cm，拱圈分3层喷射。分层喷射的时间膈应根据水泥品种、速凝剂种类及参量、施工温度和水灰比大小等因素，并视喷射的混凝土终凝情况而定。分层喷射间隔时间不得太短，应在初喷混凝土终结之后再进行复喷；当时间间隔较长时，复喷前应将初喷混凝土表面清洗干净，且复喷时应将凹陷处进一步找平。喷射混凝土的表面修整可在初凝后用刮刀将设计线以外多余的材料刮掉，使混凝土表面线形顺畅、美观。

为保证喷射混凝土质量，减少回弹量和降低粉尘，作业时应注意以下事项：(1)喷射应分段长度不超过9米(两根横系梁之间的部分)，按先墙后拱、自下而上地顺序进行喷射，以减少混凝土因重力作用而引起滑动或脱落。(2)掌握好喷嘴与受喷面的距离和角度：喷嘴至受喷面的距离为：0.8～1.0m，过大或过小都会增加回弹量；喷嘴与受喷面垂直，并稍微偏向刚喷射的部位(倾角不大于10度)，则回弹量最小、喷射效果和质量最佳。喷射时可以采用螺旋形移动前进也可以采用S形往返移动前进。从整体上，每跨应对称喷射，以保证桥梁受力均匀。

为使水泥充分水灰比，使喷射混凝土的强度迅速增长，减少或防止混凝土的收缩开裂，确保喷射混凝土质量，应在其终凝1h～2h后进行洒水养护，养护时间应不小于14天。

4.4 腹拱裂缝处理

首先用钢丝刷等工具，清除裂缝表面的灰尘、松散层等杂物，并沿裂缝用尖钢纤凿成2～4mm宽的V形槽，再次清除缝口及槽内浮尘后，骑缝用环氧胶泥粘帖灌浆嘴，向裂缝内压力灌胶，最后将裂缝封闭。

4.5 拱上填料

拱上填料用C10贫混凝土浇筑，厚度为拱顶以上20cm。为杜绝水流渗入填料，做2cm厚水泥砂浆防水层，然后铺筑20cm厚桥面铺装层，桥面高程较加固前降低约10cm。

4.6 桥面铺装

桥面铺装采用20cm厚C35钢筋混凝土，设单层Φ10号10cm× 10cm钢筋网。铺筑用原材料的规格、级配和质量必须符合《混凝土路面施工技术规范》中的有关规定，尤其必须满足路面材料抗磨耗的要求。摊铺混凝土厚度略高于设计标高，先用平板振捣器振捣密实，再用振捣梁整平。整平完成后，局部表面有缺陷的地方用新鲜混凝土填补、镘刀成形，以消除表面的不规整。对于棱角、泄水孔周围，手工抹平。在桥面上每隔12米安装75mmPVC管作为桥面泄水孔，以防积水。全桥共设3道伸缩缝，每段混凝土桥面浇筑修整完工后半小时内，用草袋覆盖，洒水养护，养护时间不少于14天。为进一步减轻桥梁的自重，将原设计重力式防撞墙改为安全带、立柱式，拱上建筑自重较加固前大幅减少。经水准仪观测，2跨拱肋拱顶处较加固前均抬升3mm，说明起到加固效果。

5 结语

喷射混凝土法加大拱肋截面、加强拱肋间横系梁以增加桥梁整体刚度，对双曲拱桥既有拱波、腹拱及拱脚等应力集中、容易产生裂缝的部位进行覆盖，此方案施工简便、工艺成熟，不破坏原有结构物，加固工期较短，经济合理，提高了结构的耐久性，同时喷射混凝土后增加了构件受力截面，相应也提高了构件自身的承载能力。通过对甘沟驿桥的成功提载，为同类桥梁加固改造的设计与施工积累了宝贵的经验。