省道旧石拱桥维修加固实例分析

■魏建彬

（三明市公路桥隧养护管理中心，三明365001）

省道旧石拱桥维修加固实例分析

■魏建彬

（三明市公路桥隧养护管理中心，三明365001）

本文针对溪柄二桥病害情况，提出一种简单实用维修加固石拱桥的方法，即在石拱桥拱圈的下部进行衬砌加固，使老石拱桥拱圈与新钢筋混凝土套拱形成整体，共同受力，使危桥得到改善，达到预期效果。

石拱桥病害维修加固

1 前言

三明市地处山岭重丘地区，溪河密布，当地石料丰富，很早以前就有建造石拱桥的传统。当时建造公路时，特别是一些县乡公路的建设中，大多采用民办公助的形式，就地取材，节约造价。石拱桥施工工艺简单，承载能力大，因此在本市现有的公路桥梁中，石拱桥占有相当比重。随着交通量的增加，特别是大吨位车辆的增加，原有修建的石拱桥荷载标准偏低，在近几年的桥梁调查中，普遍出现了承载力不足等问题。因此采用技术上可行、经济上合理的改造技术对一些四类桥梁和危险桥梁进行维修加固，以达到提高其承载能力的目的，是十分必要的。

2 桥梁概况

溪柄二桥位于大田县境内的306省道K204+289处，该桥为单跨跨径20m的石拱桥，矢跨比1/5，桥长33.52m，桥面净宽（9.6+2×1.2）m。设计荷载：汽-20级，挂-100。桥台结构为浆砌片石U形桥台，天然浅基础。桥面行车道为24cm厚C35水泥混凝土。溪柄二桥桥型布置如图1所示。

旧拱桥经运营10多年后，在桥梁检测中发现下述病害：拱圈中部出现纵、横向各2条裂缝，缝宽5～6mm；侧墙有较多裂缝，缝宽7～8mm；三明台、大田台各有裂缝1条；桥面板有4块板有裂缝。

3 病害成因及加固方案的选定

图1 溪柄二桥桥型布置图

经对溪柄二桥病害的分析，认为裂缝产生的原因是多方面的，但其主要成因有4个：（1）旧拱桥建于90年代中期，由于台后填土范围小，填土又很高，压实机械无法到位，小型机具又达不到压实效果，填土压实度不够，土压力较大。由于在高填土下，拱桥台身主要承受的荷载是填土自重和土压力，汽车活载效应较小，若填土压实不足，土体本身形不成自拱，台身势必形成较大的土压力，使桥台台身及基础产生推移，引起开裂。（2）旧拱桥基础采用打梅花型松木桩处理，由于地基承载力不足，产生了不均匀沉降。（3）主拱圈、桥台砌筑工艺差，砌体砂浆不饱满，石料强度规格不符合设计要求，台身部分片石被压碎破裂。（4）省道上交通量日益增大，车辆超载也随着增加，重车荷载有增无减地继续作用，势必使拱圈在许多局部呈现单个或少数构件受力集中现象，全断面受力甚不均匀，也是造成病害的重要原因。

根据306省道交通流量大、又不能中断交通的特点，分别拟订了3个方案进行经济技术比较。方案一：在现桥的右侧建造一座新桥，但因造价高，且路线不顺畅，对行车不利而否定。方案二：拆除现有旧拱桥，利用原桥台，改建梁桥。但由于不能中断交通须先建通车便桥，再拆老桥，这就增加新建便桥费用，造价大、工期长；而且此方案其台后土压力仍然对桥台产生作用，且对两侧加宽也会造成影响，因此也不可行。方案三：即对现有拱桥实施衬砌加固方案，即在现有的石拱桥下加固一个钢筋混凝土的套拱，河底做成仰拱形式。其理由及优点为：（1）该桥桥下为山区溪流，不通航，汇水面积不大，溪流纵坡大，排水迅速，套拱后也不影响其排水；（2）可以不中断交通，在桥下施工，现场施工管理也简单；（3）造价低。加固后的溪柄二桥见图2所示。

4 加固改造设计方案要点

（1）裂缝注浆封闭：由于该桥拱圈多处开裂，部分裂缝已贯穿整个台身，为防止裂缝进一步发展，先采用高压灌浆法对缝隙进行封闭补强，然后再进行下一步加固。

（2）拱圈衬砌加固：该桥从病害成因及现状分析，若只采用高压灌浆进行加固，考虑到桥梁台身及拱圈开裂严重，承载力不足，灌浆后桥台及拱圈仍无法达到设计强度，还将存在较大隐患，所以采用内壁现浇钢筋混凝土拱圈的永久性加固方案。即在原石拱圈腹内布锚杆，使石拱圈与钢筋混凝土拱圈构成复合式拱圈，通过复合式拱圈增强砖石的抗弯拉应力和整体刚度。本着造价经济、满足承载要求以及衬砌后拱桥过水断面积仍能满足泄洪要求的原则，钢筋混凝土拱圈厚度采用40cm进行设计。

（3）河床仰拱衬砌：除对拱圈、台身进行套拱衬砌加固外，河床特别做成仰拱形式衬砌加固，其作用是：①仰拱可以使桥梁整体的承载力得到提高；②仰拱可以减少桥梁的周围位移；③仰拱可以克服桥台基础承载力不足；④仰拱可以使偏心受压向轴心受压转变；⑤仰拱可以改善桥梁整体受力。

5 施工技术要点

（1）裂缝处理措施

对原桥的拱圈及桥台前墙裂缝进行钻孔压浆处理，增加原石拱桥的整体强度。沿台身及拱圈裂缝，每隔100cm钻压浆孔，拱圈钻孔深均为60cm，桥台前墙钻孔深度根据墙厚而定。压浆前先将裂缝凿成V形槽，在槽面上涂一层1.5cm的环氧树脂，再抹水泥砂浆封堵，戴砂浆形成强度结硬后，用灰水比1∶0.5、压力为0.6～0.8MPa的水泥浆在压浆空处进行压浆，压浆管的长度贯穿整个构造物，压浆时邻孔为排气孔，在排气孔冒出同浓度浆液后即对压浆空和排气孔进行堵塞。压浆时应采用自下而上的顺序施工，同时压浆时还需考虑到台腔渗浆。

（2）套拱施工措施

图2 加固后桥梁结构图

①在旧拱圈内进行C25钢筋砼拱下套拱加固，原拱圈与套拱之间用ф20锚固钢筋联结，拱圈上锚杆长75cm，嵌入拱圈40cm，桥台前墙上锚杆长85cm，嵌入墙体50cm，均采用梅花型步设，并用1∶1水泥浆加膨胀剂灌注，锚杆应与套拱钢筋网焊接成整体。

②在仰拱底下铺50cm厚砂砾层，分层填筑夯实后，即绑扎仰拱的钢筋骨架，浇注混凝土。

③现浇两侧台身。浇注前锚杆还应与衬砌钢筋网焊接，台身钢筋应与仰拱钢筋骨架焊接在一起，混凝土浇注时，应加强震捣。

④浇注拱圈混凝土。由于拱圈混凝土厚度只有40cm，绑扎钢筋、填料及振捣较困难，因此采用泵送混凝土分段浇注（每2m为一段），混凝土应从两册拱脚向拱顶延伸，并即使振捣夯实。浇注完毕后喷水养生，强度达到设计标号的80%以上时可拆除模板。

6 结语

采用钢筋混凝土套拱对石拱桥进行加固，具有省时、省钱、工艺简单、不中断交通等诸多优点，恢复了原来的设计标准，使危桥得到改善。通过3年多的运营，经详细检测，技术状况良好，未发现任何不良变化，达到了预期效果。

[1]金辉著.公路桥梁养护典型病害诊断与处治图解手册.北京：人民交通出版社，2015.

[2]王云江，张海东.桥梁工程养护维修与管理.北京：化学工业出版社，2014.

[3]梁全富，闫卫红，赵杰.公路危桥评价分析及加固技术.北京：中国建筑工业出版社，2016.