石拱桥加固技术

黄 钢

(中铁二局四公司，四川成都611300)

1 石拱桥常见病害及成因

桥梁的病害是桥梁受内、外部因素影响的直接反映和表征，也是科学、合理选择加固技术与施工方法的依据。因此，正确认识病害、正确分析病害产生的原因，才能制定合理的加固方法。

绵遂高速公路遂宁段A2合同段施工主便道为利用县乡沥青路，其中有一座三孔8 m的石拱桥——玉广桥，建造时间约在20世纪70年代末。由于该桥修建日久，加之受施工单位进场时各型重车通行等影响，在高速公路还未正式开工时，就出现了各种病害，这些病害在石拱桥常见病害中具有相当代表性，现对病害及其成因分析如下。

1.1 墩台基础被掏空、开裂

病害特征:扩大基础的基底长期受河流冲刷，严重的被掏空;条石表面风化严重，尺寸减少;桥台侧墙(前墙)出现顺桥向、横桥向裂缝，裂缝沿砂浆缝或石料发展，有的贯穿整个墙身;裂缝宽度多为中间宽两头窄，深度不一;桥墩与拱圈连接处的石块崩落(图1、图2)。

成因分析:基础长期受水流冲刷侵蚀，石质强度下降，整体性被破坏，未采取防护;荷载过大，造成桥台侧墙(前墙)土压力增大，台内填土不密实，排水系统失效，或发生不均匀沉降;施工质量差，未选用合格的石料或砂浆强度差。

图1 基础外露、桥墩顶条石崩落

图2 石料及砌缝开裂

1.2 拱上侧墙、桥台侧墙外鼓

病害特征:拱上局部地段侧墙外鼓呈曲面;情况严重的引起侧墙倾斜和开裂(图3、图4)。

成因分析:与桥台开裂有相似原因，拱上填料不密实或选择不当;侧墙施工质量差或设计未充分考虑够墙背土压力;桥面不平整，重车通行时形成一边侧压大;还有一种较特殊情况是桥与相邻的路形成900直角，车辆经过时必须急转弯并伴随刹车，使得转弯外侧的桥台侧墙不断承受车辆的离心力及制动力影响。本桥就存在此情况。

图3 侧墙外鼓及开裂

图4 左侧栏杆外倾及道路急转弯

1.3 主拱圈开裂

病害特征:作为拱桥的主要承重构件，主拱圈由于受基础及拱上建筑病害、车载过大等影响密不可分。主要表现为主拱圈出现顺桥向、横桥向开裂，开裂沿砂浆缝或石料发展，裂缝宽深不一，中间宽两头细(图5、图6)。

成因分析:主拱圈整体强度不足;条石强度不足或本身原因开裂;墩台基础位移引起的。

2 石拱桥结构安全检测

石拱桥结构安全一般采用现场检测接合综合分析，判定其技术状况。现场检测主要工具有全站仪、水准仪、钢尺、裂缝显微镜、回弹仪、取芯机、应变仪等，主要检测石料强度、裂缝宽度和深度、结构位移情况等。通过对玉广桥的现场检测，各部位评定如下。

图5 两主拱圈纵向开裂相连

图6 拱腹纵向开裂

2.1 桥面系

桥面铺装原为沥青路面，但坑洼不平，左侧明显低于右侧;桥面护栏多处断裂，左侧栏杆随侧墙整体向外倾斜(图4)。

2.2 主拱圈

主拱圈拱腹存在两道严重的纵向裂缝，一条位置在2号拱圈拱腹中间，贯通2号拱圈，其最大宽度1 cm，最深8 cm(图 6);另一条距拱圈边缘约1 m的位置，从3号拱圈延续到2号拱圈，最大宽度5 cm，最深15 cm。2号拱圈与3号拱圈相邻处拱座也一并开裂，且裂缝沿竖直方向向墩下发展(图5)。

2.3 侧墙、桥墩及基础

侧墙明显外移，最大偏移量27 cm;右侧侧墙在3号拱圈1/4跨径处存在竖向裂缝，缝宽2 cm，长约1.5 m。2#桥墩顶受挤压后条石崩落，基础受水流冲刷有外露现象。

2.4 桥梁技术状况评定

根据《公路桥涵养护规范》(JTGH11－2004)中3.5.2条规定，全桥总体技术状况评定等级，可按重要部件最差的缺损状况评定，也可对照桥梁技术状况评定标准进行评定。

缺损程度按大小、轻重、发展趋势等方面，以累加评分方法对各部件作出等级评定;石拱桥重要部件是指主拱圈、墩台及基础;桥梁技术状况评定等级分为一类、二类、三类、四类、五类。综合分析检测情况，玉广桥的重要部件，如主拱圈、墩台均出现径向开裂或竖向开裂，缺损对结构影响程度大且重要，缺损发展变化较快，属四类技术状况，处于较危险状态，应立即进行加固大修。

3 石拱桥加固方法

3.1 桥墩及基础加固

根据玉广桥受损情况，结合桥梁受力特点，拟先加固2号墩身及基础。加固方法为:首先对基础四周进行C20砼扩宽60 cm处理，深度同原基础深度;对墩身采用C25钢筋砼包裹处理，处理范围为基础顶至起拱线，并在墩身四周作植筋处理，钢筋砼厚度40 cm。钢筋采用双层钢筋，横向主筋采用φ16螺纹钢，间距20 cm，竖向采用φ12螺纹钢，间距30 cm。锚固钢筋采用φ20螺纹钢，植入原墩身30 cm，采用膨胀水泥砂浆作锚固材料，外露长度45 cm，间距60 cm×40 cm，梅花形布置，兼作模板拉杆及架立钢筋。加固配筋大样见图7。

3.2 主拱圈加固

由于主拱圈受损严重，如何有效提高其承载能力，且由于是交通瓶颈，不能阻断交通施工。经充分研究，决定采用体外预应力加固技术和锚喷砼加固技术相结合的方式进行加固。

图7 桥墩加固配筋

体外预应力加固是以粗钢筋或高强钢丝等钢材作为施力工具，对拱圈实施预应力，以抵消荷载产生的内力，从而达到改善旧桥使用能力并提高其极限承载能力的目的。玉广桥主拱圈为纵向开裂，则设置为横桥向钢拉杆施加预应力加固。具体步骤为:首先搭设脚手架平台，高度以拱圈顶为适宜，利用YT28手持式钻机，对2号和3号拱圈跨中和两侧各1/4处、拱脚处进行钻孔，孔眼深度为拱圈宽度(本桥为5.7 m);共10组钢拉杆，每组拉杆分上下两根组，钢拉杆均采用φ32钢筋制成，拉杆两头做成丝口，两端采用10号槽钢作为螺栓垫板并作钢拉杆连接件，上拉杆布置在拱圈顶面，下拉杆布置在拱腹面上;钻孔完成，立即安装上拉杆，上好槽钢，再安装下拉杆，然后采用扳手逐浙扭紧螺帽，向拱圈施加预应力，扭紧螺帽时，两端应对称进行。

锚喷加固主拱圈技术，就是在拱圈腹部增设一层锚喷砼，与原拱圈有效的形成整体，达到增厚拱圈厚度，增大受力断面，确实提高结构承载能力，并能有效封闭裂缝，防止石砌体的风化剥蚀，以提高石拱圈的耐久性。主要方法为:首先对原裂缝进行注浆封闭处理，浆液可采用C30水泥浆或环氧树脂砼;然后人工凿毛并清洗干净石拱圈拱腹，采用风钻等工具，按间距50 cm×50 cm梅花型布置锚杆，锚杆采用φ22螺纹钢，锚固深度30 cm;锚杆安装后，则立即挂设补强钢筋网，钢筋网网格尺寸20 cm×20 cm，钢筋采用φ10圆钢，钢筋网与锚杆点焊上;经检查锚杆与钢筋网质量合格后，可进行喷射砼施工，喷射砼强度级别为C20，厚度10 cm，施工工艺同一般隧道初期支护喷射砼一样。

以上两种加固技术，一个重要的优点是可以在不中断交通的情况下进行，除在施加预应力时需暂停通行外，其余均可在做好防护措施下，边通行边施工。主拱圈加固见图8。

图8 套拱及体外预应力加固

3.3 桥面系及拱上建筑加固

针对拱上建筑，如侧墙外鼓，可采取分小段拆除侧墙，重新浇筑砼，断面尺寸应减小;如拱上填料，包括桥台填料不密实的，可适当采取钻孔压浆的方法，主要作用是防止桥面水流渗入拱上填料内，对拱圈造成附加压力。但在注浆时需注意应控制注浆压力，以防对主拱圈造成破坏。

鉴于玉广桥桥面坑洼不平，采取了挖除原沥青路面，适当减少拱上填料厚度的做法，增设钢筋砼桥面予以增强。其原理是基于减少拱上恒载，减轻自重，有利均匀分布车辆荷载，从而提高拱圈承载能力。减载施工应从中间向两侧对称进行，先挖除沥青路面厚约10 cm，同时挖除约30 cm的路面下土石混填料;然后铺筑C30钢筋砼桥面，厚20 cm，钢筋采用φ16螺纹钢，分上下两层，中间设撑筋，钢筋纵横间距为25 cm;施工分半幅进行，以利车辆通行。

4 结语

(1)通过采取以上加固方法，经过近一年的重载通行，最大重载车辆60 t，日平均车流量350辆，通过对该桥的监控观测结果来看，未再出现任何裂缝，结构使用安全，证明加固方法是确实可靠的。

(2)科学的分析病害原因、采取合理的加固方法，不仅能够加快施工进度，还能有效减少成本。如对玉广桥在原方案讨论时，曾拟定废弃修建贝蕾梁桥，造价约110万元，而实际加固费用约20万元。