石拱桥加固技术研究

李泽勇

（安庆市交通工程监理公司，安徽 安庆 246001）

石拱桥利用石材的耐久和受压强力学特性，得以修建和发展，但由于长期受自然环境（大气腐蚀、温度、湿度、日照变化以及风、雨、雪和水流，尤其是洪水、冰凌等）、使用环境（荷载作用与频率的不断增加、材料与结构的疲劳和人工采砂等）和突发事件（地震、船只的撞击和交通事故等）的作用，以及设计施工中遗留的某些缺陷，其使用价值（特别是安全性）随着桥梁的使用时间增加而不断降低，当使用价值降至安全限值时，必须通过维修加固，维持、提高其使用价值，该过程在设计使用期限内持续发生。本文就枞阳县石拱桥（幸福桥）加固浅析。

1 老桥概况

幸福桥位于安徽省枞阳县北埂至葫芦地公路（X029线）K48＋727处，桥梁全长128.3米，桥面布置为0.75米人行道＋6.0行车道＋0.75米人行道（含栏杆），全宽7.5米，其中主拱宽度6.7米，两侧人行道外悬0.4米。下部结构为浆砌重力式墩、U型桥台，主拱采用浆砌块石。建于1966年，设计荷载标准：汽—13、拖－60。原设计桥型为5孔等跨20米（矢跨比1／3）实腹式无铰石拱桥。由于当年修建时，第五跨（东岸桥台）地质为腐植土淤泥、软土地基，基础深达1 7米，经专家研究确定，将第五跨改为2孔10米半圆形实腹式三铰拱。通车10多年后，东岸10米三铰拱铰处变形，拱顶铰石下错，铰石张开有5～6厘米的距离。1979年，管养部门进行加固，方案为：将2孔10米的石拱桥上部填料挖除，两边侧墙保留不变，原桥台、桥墩浆砌加高，墩上架设预制钢筋混凝土空心板梁；同时复原下错拱石，经多年运行，东岸桥台依然缓慢下沉，5、6两跨钢筋混凝土拱铰缝隙继续加大，拱顶铰石左右下错明显，经专业检测部门检测，认定为危桥。

2 老桥现状及存在的主要问题

2.1 由于桥梁位于主要交通路段上，车辆较多。大桥投入运营后，软土地基有沉陷，铰处变形较大，拱顶铰人员检查，定为险桥，一直采用限载的方式维护通行。

2.2 5＃、6＃三铰拱由于地基变形，导致桥面标高降低、拱顶铰石错位。其中6＃拱顶严重沉陷、变形，铰接处缝口达4～8厘米，见图1；5＃拱顶铰接处缝口张开也有4～6厘米。其余拱圈使用状况良好，未发现受力变形裂缝，主拱轴线未发现受力变形。

图1 铰拱下沉、错位

2.3 泄水孔堵塞严重，桥面铺装磨损严重，未发现明显裂缝。

2.4 两侧栏杆局部损坏并有外倾现象。

3 维修方案

3.1 鉴于原桥已经多年使用，沉降已基本到位，桥台已基本稳定，决定拆除已损坏的5＃、6＃两孔，并按原结构重建恢复。

3.2 拆除全桥栏杆、人行道板、桥面铺装，挖除铺装层下20厘米厚填料并及时清理，换填20厘米厚二灰碎石。

3.3 采用C30混凝土现浇全桥侧墙并向两侧悬挑。

3.4 将原有桥面更换为整体式钢筋混凝土桥面，重设墙式防撞护栏、完善桥面排水。

3.5 对全桥其他孔跨进行检修。

3.6 加固维修后桥面为6.5行车道＋2×0.5米宽防撞护栏。

4 施工工艺及要点

该桥维修较为繁杂，工程量虽不大，但涉及到诸多隐蔽工程，且施工工艺多具特殊性和复杂性，因而公开招标，选择了具有相应资质与类似工程施工经验的施工单位承担施工。

4.1 施工流程

（1）5＃、6＃拱施工：围堰、排水、清淤→加固维修基础→填筑土牛拱胎→4号墩左侧反压土台→拆除栏杆、人行道板→挖除桥面铺装及拱上填料→拆除侧墙及空心板→拆除5＃、6＃拱圈→加固土牛拱胎至设计标高→修筑墩台→重砌拱圈→现浇混凝土侧墙。

（2）1～4跨施工：

拆除其它四跨栏杆、人行道板、桥面铺装→换填拱顶20cm填料→现浇混凝土侧墙。

（3）桥面系施工：

绑扎桥面铺装及双层架立钢筋→支模→桥面混凝土铺装→护栏支模→浇筑护栏→安装铸铁泄水管→养生。

（4）桥头接线及安保附属设施工程。

4.2 施工要点

（1）施工单位在每道工序施工之前制定了详细的施工组织设计或施工方案，并报监理工程师审查批准，从而确保桥梁施工安全和质量奠定基础。

（2）拆除5、6两跨桥梁是本桥维修加固的一项重要工作，特别是拆除桥梁过程中的桥梁安全问题，原设计仅说明采用支架法施工，无详细设计要求。施工中考虑5、6两孔所处地基为腐殖土淤泥、软土地基，深度达17米。施工前考虑老桥原先施工是采用土牛拱胎，经过专家论证和计算，并经过原设计部门的同意，实际实施采用土牛拱胎法进行施工。为防止土牛拱对4号墩产生的反推力，施工中将原设计沙袋石料支挡由4跨靠5跨的一边，移至4跨靠3跨的一边。同时，为避免因拆除拱上填料不当，可能使拱的压力线严重偏离拱轴线，使某些截面弯矩过大，造成截面坡坏或使拱圈失稳，以及防止多孔间恒载推力不平衡，施工中对拱上建筑拆除进行认真的计算，给出逐级拆除的顺序和拆除荷载量，按照拆除的顺序与修建时的顺序相反以及对称、均衡的原则，从拱顶开始，对称分段向拱脚进行，并加强相邻4孔拱圈、桥墩的观测，确保了桥梁施工安全。

（3）考虑该桥病害主要是由地基不均匀沉降引起拱圈的开裂，外观拱圈石形状较好，有利用的可能性。因此土牛拱胎筑好后，便安排了施工队对所有拱圈石进行了编号，以便恢复时发生错乱。

（4）拆桥和挖除大桥桥面及拱腔填料过程中，未采用大型机械设备，采用人工对称进行凿除或挖除，避免对大桥主拱圈产生新的损伤；并应及时将废料运走至弃土场地。

（4）拱上建筑在拱圈达到设计强度的90%，在经过7天龄期后进行，拱上建筑的施工对称均匀地进行，方向由拱脚向拱顶对称砌筑。

（5）现浇桥面混凝土未达到设计强度80%时，禁止车辆在桥面上行驶。

（6）施工时，注重认真核对各构造物的高程、尺寸、位置，并做到了施工墩样准确无误。

（7）强化土牛拆除的监控。为防止拆除土牛拱胎带来安全事故，拆除前我们及时提醒施工队，一定要在土牛拱胎与拱圈完全分离后，方可开始。

5 结束语

根据2009年桥梁专项调查统计，我国公路桥梁65.8万座，其中危桥9.3万座，农村公路占96%。我省农村公路共有桥梁22282座，危桥6479座，其中拱桥占四、五类桥梁总数的77.24℅。为确保桥梁处于正常使用状态，保证安全、畅通，国家已启动农村公路危桥改造加固工程，省委、省政府决定从2011年开始，将农村公路危桥加固改造列入33项民生工程，力争在“十二五”期间，基本完成2009年公路养护统计年报中在册的县、乡、村道上四、五类危桥的重建或加固、维修工程。通过对枞阳幸福桥（四孔实腹式无铰拱＋两孔三铰拱桥）的改造和加固，有效解决了当前农村公路资金不足、荷载等级要求不高的情况下，如何改造加固农村公路危桥的问题。安庆市位于皖西南山区，石料产量丰富，因此60、70年代修建了大量石拱桥，该桥加固取得成效，对其它存在病害的石拱桥加固处置积累了一定的经验，也更新了桥梁建设养护工作者的理念，对危桥加固改造工作具有很好的指导性和借鉴性。

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