公路石拱桥施工工序及加固治理

李春庆

（贵州省黔东南州交通建设工程公司，贵州 黔东南州 556000）

1 工程介绍

公路石拱桥位于国道县境内,拱桥全长为34.0m,主桥跨度为 1m～10.0m,矢跨比为 1/2,桥宽为9m,桥净空为10.6m,设计荷载为汽-20,挂-100。桥型结构为正交石拱桥,重力式U型桥台,沥青贯入式路面。该桥于2002年1月建成通车,在长期荷载作用下,桥台出现了下沉开裂现象,桥梁结构也出现了局部破损,在2007年的桥梁检测中发现台前墙外倾近20cm,拱圈出现了多条纵向裂缝,缝宽为0.1cm～4.0cm,已经严重地影响了桥梁使用的安全性和耐久性,必须进行加固治理。

2 加固设计方案

2.1 原因分析

根据当时地基开挖情况,后半部基底为强风化泥质页岩,前墙靠河床约3m宽的基底为粉质亚粘土,桥台基底的承载力不一致,产生了不均匀沉降,加上当时处理简单,导致桥台开裂。台背填料采用亚粘土,且因施工中未引起足够重视,使用的碾压机械为静式压路机,密实度难以达到要求。再加上路面的下沉和开裂造成大量地表水的渗入,使台背土压力增大,加剧了桥台开裂的程度,裂缝由桥台延伸发展至拱圈,导致了拱圈多条贯穿裂缝的出现。

2.2 加固方案设计

工程技术人员按现行《公路桥涵设计通用规范》计算出桥梁各病害部位的受力情况,选定加固的部位和范围,判断其加固的性质,根据实际情况制定了加固方案。具体如下:

2.2.1 对桥台基础的持力层压注水泥浆,以提高持力层的承载能力。

2.2.2 采用压浆的方法对桥梁结构裂缝进行修补,增强桥台及拱圈的整体性。

2.2.3 采用现浇C25钢筋混凝土、厚为40cm的上承套拱,并设置锚杆使套拱与原桥紧密结合,形成一个共同受力的整体,来提高桥的承载力。

2.2.4 在河床设置厚为30cm的下仰拱,与钢筋混凝土上套拱形成环状结构,分担原桥基础的承载力,避免应力集中现象,加强了全桥的整体性受力。

3 施工工序及其要点分析

3.1 基础注浆

3.1.1 注浆孔布置和注浆顺序

注浆孔采用覬75风钻成孔,孔位平面上采用三角型布置,间距为60cm,孔深为5.0m。为防止浆液向远离桥台基础范围的其他段落跑浆,在离桥台基础襟边2.5m处布置2排注浆孔,先行注浆封闭,待其固结(7d)后,形成一道水泥屏障,再进行基础范围内注浆孔的灌注。

3.1.2 注浆材料和注浆压力

胶凝材料采用42.5#普通硅酸盐水泥,掺和料采用细砂(有条件的应首选粉煤灰)。水泥浆液配合比采用水泥∶细砂∶水=1∶0.6∶0.8, 注浆压力为0.5MPa。

3.1.3 注浆施工工艺

注浆施工的主要工艺流程是:注浆孔布置→钻孔→下注浆管→浆液配制→浆液过滤→接通所有注浆管路→注浆→注浆观测及效果检查→结束。其中有三个重要步骤。

3.1.3.1 钻孔:先清理表面,定位,采用风钻成孔,钻孔完毕后下注浆管,下管过程中若遇特殊情况,如孔内阻塞等,应立即停止下管,将注浆管提出地面,重新清孔,处理完毕后再重新下管。

3.1.3.2 浆液配制:水泥浆液采用拌和机拌制,为保证连续注浆配备了两个贮浆槽。浆液拌制时,细砂可与水一并放入,待水量加足后,再将水泥投入,投料时应防止水泥包装纸或其他杂物混入。浆液搅拌时间为3min,搅拌好的浆液在进入贮浆槽及注浆泵之前应进行过滤,未经过滤的浆液不允许进入泵内。在注浆过程中对贮浆槽的浆液应不停地搅拌。

3.1.3.3 注浆:根据工程实际情况,选用全孔一次注浆方式。注浆时若注浆压力突然升高或降低,应间歇式地反复进行注浆处理。

3.1.4 注浆施工的质量控制

3.1.4.1 为保证水泥浆液的质量,拌制时应准确配料,搅拌充分。浆液从制成到使用完毕,时间不得超过4h。

3.1.4.2 现场配备专职技术人员旁站,负责注浆工作全过程的质量控制,并做好注浆钻孔的编号及位置、水泥品种及标号、孔深、注浆压力、水灰比、注浆量、注浆时间、注浆孔周边情况等原始施工记录。

3.1.4.3 注浆过程中应加强观察,若有流浆、回浆、漏浆等现象,应暂停注浆,查明原因并进行改进。

3.2 结构裂缝的处理

先用1∶2的水泥砂浆将结构裂缝表面封住,每隔20cm预留1个压浆孔,待封缝砂浆结硬后,用水灰比为1∶0.8的水泥浆液灌注,注浆压力为0.4MPa～0.6MPa,压浆顺序自下而上,相邻压浆孔出浆后,该孔注浆停止,封堵压浆孔,进行次孔的灌注。压浆工艺和质量控制要点可参考本文3.1“基础注浆”一节。为了防止桥梁结构已有的裂缝发展,沿裂缝通长每50cm布置1个骑马钉。骑马钉采用准22螺纹钢,长180cm,即缝左右各50cm,钉脚长 40cm(锚固段 34cm,外露 6cm),如图1所示。

图1 裂缝加固用骑马钉布置图

3.3 上套拱和下仰拱的施工

上套拱厚40cm,下仰拱厚30cm,混凝土强度等级为C25,布设准16的螺纹钢筋网,网格纵横向间距为20cm。

上套拱和下仰拱的施工流程为:

施工放样→围堰→仰拱基坑开挖→石砌铺底→套拱基座和仰拱下三角的砼浇注→仰拱钢筋网布设和侧模安装→仰拱砼浇注→桥台面、拱圈打毛清理→锚杆、骑马钉设置→套拱钢筋布设→分层模板安装、砼浇注(循环至拱顶)→一次注浆→洒水养护→二次注浆→拆模→结束。重点要注意以下三个环节。

3.3.1 下仰拱施工。仰拱基础开挖后,应对桥台基础的外露面进行清理,去除砌体表面脏物,铺设护底。仰拱两端设2.0m长的附加钢筋网,布筋与主钢筋网一致,仰拱钢筋网应伸入套拱30cm,并与钢筋网焊接。仰拱与铺底之间的三角部分采用C20砼填充密实。仰拱的矢跨比为1/10。如果流水量不大,可在三角部分埋设排水管,待仰拱施工完后,再用C20砼填充。

3.3.2 锚杆的安设。为了保证新旧拱圈的整体性,在旧拱圈面(有骑马钉部分不设)布置覬22的锚杆,锚杆间距为100cm,梅花形布置,锚杆长73cm,嵌入拱圈结构35cm,将外露的端头与套拱钢筋网焊接,兼起固定钢筋网的作用。桥台位置的锚杆设置成向上45°的斜角,以承受部分水平推力。骑马钉和锚杆施工应在结构物表面清洗、凿毛后进行,选用准25的十字型钻头成孔,钻进成孔中要控制锚杆定位、定向、定深度。钻孔后,用高压空气将孔清干净,用40#膨胀水泥砂浆埋置牢固,砂浆配合比为水泥∶砂∶SH 外掺剂=1∶1.85∶0.2。砂浆应拌和均匀,随拌随用,一次拌和的砂浆要在初凝前用完。锚杆安设后不得随意敲击,其端部不得悬挂重物。

3.3.3 上套拱浇注。下仰拱两端连接至套拱的下端,在桥台基础襟边浇注C25砼作为套拱的基础。待下仰拱混凝土达到设计强度70%、锚杆砂浆强度达到100%后,方可安装套拱的钢筋网,套拱的钢筋网应与露出的锚杆端头焊接。然后再进行两侧模板的安装,由下向上,采用分层装模、浇注振捣的办法进行施工,每层的砼浇注最好在下一层的砼初凝前进行,最后向拱顶合拢。由于拱顶砼难以振捣密实,故可在拱顶处预埋准60钢管作为注浆导管,在拱顶封板浇注后,紧接着进行注浆,保证拱圈的密实。完工后,应及时洒水养护,确保有14d的养护时间。考虑到砼的收缩和拱架的下沉变形,待套拱砼强度达到70%后应进行二次注浆。由于施工期间不中断交通,模板在28d后才能拆除。

4 结束语

该桥完成了加固治理之后,经过多年的正常运营,加固处理的桥台基础无明显沉降,套拱结构完好,未发现裂缝、变形等结构性破坏,事实表明,该加固治理方案有效可行。

[1]王坤,林翠容,沈玉妹，双曲拱桥加固改造实例.

[2]刘刚，浅谈石拱桥加固设计及施工.

[3]黄良，公路桥梁加固技术探讨.