跨一级水源保护区双曲拱桥维修加固施工技术研究

肖建业　段世林

摘要 结合浙江省绍兴市新昌县下坂大桥跨一级水源保护区双曲拱桥加固维修工程实例，通过施工重点部位维修加固方案比选，采用常规加固维修及主拱钢板加固维修方案。重点对下坂大桥双曲拱桥总体加固维修方案及施工过程进行了介绍，从水下水上墩台加固维修、主拱圈加固维修、拱上建筑加固维修和安全环保施工等方面，阐述了具体施工工艺。

关键词 一级水源保护区;双曲拱桥;维修加固方案;施工技术

中图分类号 U445.7 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）10-0163-03

0 前言

双曲拱桥具有结构轻盈、外形美观、节省材料、施工简单等优点，在全国范围内得到了广泛应用。由于双曲拱桥大多是20世纪60—80年代大范围建造，距目前有40～60年的历史，加之设计、施工等各种原因，双曲拱桥病害出现率高达80%～90%，今后将有大量双曲拱桥需加固维修，因此双曲拱桥维修加固施工技术研究具有极其重要的意义和广阔的推广前景。

1 工程概况

下坂大桥维修加固工程位于浙江省绍兴市新昌县大市聚镇境内，跨越一级水源保护区长诏水库，水深5～18 m，桥梁于1979年建成，跨径组合为（21.6+22.6+3 ×23.9+22.85）m（见图1），桥面总宽约6.0～6.1 m，车行道宽5.5 m，横向为5根主拱肋，为钢筋混凝土结构，拱波为素混凝土预制构件，和拱肋进行有铰连接，单跨共设置7根横梁，为钢筋混凝土结构，采用预制吊装湿接，和拱肋无钢筋连接，腹拱为素混凝土预制构件和立柱有铰连接，立柱为素混凝土构件，侧墙为浆砌块石结构。桥墩台帽为素混凝土构件，桥墩为浆砌块石结构。

2020年3月委托上海同济检测技术有限公司对桥梁进行检测，根据《公路桥梁技术狀况评定标准》（JTJ/T.H21—2011）规定[1]，下坂大桥总体技术状况等级评定为4类，桥梁须采取维修加固措施，限制使用。

2 加固方案的比选

由于下坂大桥位于长诏水库一级水源保护地内，新建桥梁与法律法规相抵触不能实施，老桥经检测为4类桥梁，具备维修加固条件。根据桥梁检测报告，桥梁主要病害为主拱圈裂缝，同时钢筋锈胀导致混凝土剥落、露筋为主[2] 。维修加固方案集中在主要受力结构主拱圈的加固方式上，提供两种维修加固方案比选，一种为主拱圈外包钢板加固，一种是主拱圈现浇为整体形成板式拱，经综合比选决定采用主拱圈外包钢板加固方式，两种加固方式特点如下：

主拱圈现浇为整体形成板式拱加固方式，施工周期短，拱上受力状态良好，但其改变了原有双曲拱桥结构，浇筑大量混凝土加重了桥梁上部重量，直接考验墩柱的承载能力，且施工需安装大规模模板，需使用浮吊等辅助施工设备，大大增加了水源保护区内的污染风险，施工成本较主拱圈外包钢板加固方式高。

主拱圈外包钢板加固方式结构轻盈，能较好地保障双曲拱桥的结构，钢板采用分节段施工，便于人工操作，不需要大型机械设备，成本较低，基本不会污染水体，但其施工周期较主拱圈现浇为整体形成板式拱加固方式长。

3 双曲拱桥加固方案设计与施工

根据桥梁特殊检测报告，老桥实际承载等级为汽−10[2]，鉴于老桥的实际情况，提升桥梁承载能力难度较大，设计原则上采用在保持桥梁外立面造型基本不变的情况下，对桥梁现有病害进行维修加固处理，以提高耐久性为主，提高承载能力为辅，加固后的设计荷载为：汽车−10级，履带−50，桥梁限制荷载为15 t。

根据以上设计原则结合方案比选，下坂大桥加固维修主要有：下部结构加固修复，包括水下墩柱加固修复和水上墩柱加固修复，桥台表面缺陷修补、裂缝修补等常规修补;双曲拱桥拱圈加固修复，包括主拱肋、拱波、横梁等双曲拱桥主拱圈加固维修;拱上建筑加固修复，包括桥梁护栏拆除、桥面铺装拆除、拱腹填料拆除、拱腹填料填充、桥面铺装、护栏修复等。

3.1 双曲拱桥下部结构加固修复

双曲拱桥下部结构加固修复分为水下墩台修复、水上墩台修复，墩台帽修复等。

3.1.1 水下墩台修复

考虑此处为一级水源保护区，施工材料既要满足饮用水卫生要求指标，又要砂浆具有水下凝聚功能，且强度必须达到≥3 MPa，为了满足以上设计指标，经调查研究水下部分采用特殊无污染的水性聚氨酯砂浆进行修复，施工由潜水员进行勾缝修复，施工过程全程摄影，保证修复质量。

3.1.2 水上墩台修复

水上墩台采用M15水泥砂浆进行勾缝修复，施工人员由桥面搭设吊架进行修复。

3.1.3 墩台帽修复

桥墩墩帽局部位置存在混凝土蜂窝麻面、剥落、局部挤碎开裂等现象，墩台帽为素混凝土，采用常规混凝土修补，裂缝采用喷涂超高韧性水泥基复合材料处理，拱脚处将拱肋钢板在拱脚处进行向下延伸扩大，确保连接质量。

3.2 双曲拱桥主拱圈加固修复

主拱圈加固主要包括拱肋加固修复、拱波加固修复、横梁加固修复、腹拱加固修复等。

3.2.1 拱肋加固修复

拱肋是双曲拱桥的主要承重构件，也是该桥加固的重点，鉴于拱肋主要病害为裂缝，同时钢筋锈胀导致混凝土剥落、露筋，除对其进行常规修补外，还必须采取进一步的加固措施，才能提高其耐久性，延长使用年限，根据计算决定对所有主拱肋进行外包U型钢加固，U型钢板厚度为1 cm，钢材采用Q355B。外包钢板施工前安装桥面反向支架施工平台，施工全部采用人工施工，钢结构采用场地内加固，严禁在桥梁区域内现场加工，确保施工安全的同时不污染水体。

3.2.2 拱波加固修复

直接承受车辆荷载的拱波普遍存在纵向开裂、渗水的病害，表面已被碳化严重。决定对拱波进行常规混凝土修补，裂缝处理和喷涂超高韧性水泥基复合材料，同时对拱波进行粘贴钢板加固，拱波目前宽为30 cm，粘结钢板采用10 cm宽，0.8 cm厚的Q355B钢材，和拱肋钢板连接为整体。

3.2.3 横梁加固修复

横梁起到提高拱肋协同受力和稳定性的双重作用，老桥原横梁采用预制基吊装，横梁和主拱肋之间采用后浇，后浇混凝土露筋、蜂窝麻面现象严重，安全隐患较大。主要加固方式是对横梁进行常规混凝土修补、喷涂超高韧性水泥基复合材料。同时在横梁底部增设一通长钢板将5个拱肋连通，钢材采用Q355B。为了进一步增加拱肋的稳定性和协同受力，在横梁之间再增设一道HW型钢和拱肋钢板连接，HW型钢尺寸采用200 mm×200 mm×8 mm，钢材采用 Q235B。

3.2.4 腹拱加固修复

腹拱存在裂缝、渗水等病害，表面碳化严重，初步设计为拆除重建，但桥面铺装拆除后，发现腹拱顶部为全部现浇混凝土，整体性较好，未发现裂缝，鉴于实际情况，后期调整了设计方案，将原拆除重建调整为表面常规修复，腹拱圈顶裂缝采用灌缝及粘贴碳纤维布加固处理。

3.3 双曲拱桥拱上建筑加固修复

双曲拱桥拱上建筑加固修复主要有桥面修复、护栏修复及桥面排水修复。

3.3.1 拱上建筑病害构件清理拆除

桥面有严重的水损害，桥梁栏杆为老式混凝土立柱式护栏，且年久失修，基座混凝土强度偏低，缺乏防撞功能（见图2），为了桥梁运行安全考虑，决定拆除桥面铺装、部分拱腹填料、栏杆和栏杆基座，拆除部分拱上建筑换填泡沫轻质混凝土，既能提高桥梁承载能力又能达到桥梁加固前后恒载的平衡，对整座桥梁非常有利。鉴于双曲拱桥的特殊性，拱上建筑病害构件清理拆除易发生拱桥失稳，因此拆除必须遵循平衡对称原则。

首先对桥面混凝土铺装拆除，严格按照两阶段拆除顺序：第一阶段拆除腹拱圈顶部桥面铺装，以平衡重量的增加，第二阶段剩余桥面铺装待主拱圈钢结构加固完成，拆除倒挂脚手架后进行，由整桥中间3#墩开始，分2组对称同时进行，采用切割机将桥面铺装混凝土切割成1×0.5 m的块，用人工将凿出的混凝土碎块及时清运出桥面;再次进行拱腹填料拆除，由每孔中间向两侧，12组人员同时、对称、平衡进行拆除;最后进行栏杆及栏杆基座拆除，采用绳锯将栏杆立墙及栏杆从中间向两侧分段割除，割除后用人工取出分段栏杆，及时运走。

3.3.2 桥面修复

拱腹填料拆除完成后，喷涂高韧性混凝土增加混凝土保护层，同时兼顾防水，然后回填干容重等级为A06的CF1.0轻质混凝土，再浇筑18 cm的C40钢筋混凝土桥面。

3.3.3 護栏修复

桥面铺装施工的同时，确保栏杆基座和新浇筑混凝土桥面连接成整体，安装等级为SB级的钢结构防撞安全护栏。

3.3.4 桥面排水修复

原桥每跨在跨中和跨尾均设置了一个桥面直排的泄水孔，考虑桥面水直排对水库水质有影响，为达到环保要求，采用预埋 UPVC 作为泄水管，桥梁外侧设置UPVC管将雨水收集，排至南侧桥台外的雨水花园，经雨水花园净化水质后排入水库区域。

4 维修加固效果

在下坂大桥维修加固过程中未发生环保和安全事故，符合预期设计环保和安全要求。根据委托苏交科集团检测认证有限公司出具的《郎坑至下坑公路下坂大桥维修加固工程质量检测报告》[3]，加固完成后动静载试验及其他各项实体指标明显好于加固前，桥梁承载能力有一定的提升，老桥维修加固达到设计预期效果，见图2、图3。

5 结束语

下坂大桥双曲拱桥加固维修通过方案比选采用主拱肋外包钢板+常规修复方式，采用全人工配合小型机械设备的方式，极大降低了一级水源保护区内施工的环境污染风险，保护了一处类似古迹的优美桥梁，在一定程度上减小了施工成本，简化了施工程序，降低施工难度及安全风险，解决了跨一级水源保护区施工难题。故具有显著的经济效益和社会效益，可为同类型跨越一级水源保护地的双曲拱桥加固维修工程提供参考和借鉴。

参考文献

[1]公路桥梁技术状况评定标准： JTJ/T.H21—2011[S].北京：人民交通出版社， 2011.

[2]新昌县下坂大桥特殊检测报告[R]. 上海：上海同济检测技术有限公司， 2020.

[3]郎坑至下坑公路下坂大桥维修加固工程质量检测报告[R]. 南京：苏交科集团检测认证有限公司， 2022.