石拱桥加固设计及施工方法探讨

周 勇

(安徽省滁州市公路管理局，安徽 滁州 239000)

石拱桥加固设计及施工方法探讨

周 勇

(安徽省滁州市公路管理局，安徽 滁州 239000)

结合工程案例，对拱背增大截面加固石拱桥的设计方案进行了介绍，并对拱上建筑拆除、主拱圈加固、更换拱腔填料等施工工艺进行了阐述，通过实践证明，采用该加固方法既可大大减少工程投资，又能提高石拱桥的整体承载能力，具有显著的社会和经济效益，对石拱桥的加固具有积极的推广意义。

石拱桥，加固，设计，施工

石拱桥是用天然石料作为主要建筑材料的拱桥，这种拱桥在我国有着悠久的历史。石拱桥因其具有外形美观、结构简单、施工及取材方便、造价低等优点，在国省干线及县乡公路中得以广泛应用。20世纪50年代～80年代，我国修建了大量的石拱桥，目前在役的公路桥梁中仍占有相当大比例，但由于此类拱桥大多设计荷载等级低，且受施工质量及公路超载等方面的影响，导致产生各类病害，从而影响桥梁的正常使用。

近年来，我国不断加大干线及县乡农村公路危桥改造力度，其中涉及较多石拱桥的改造，对于这些石拱桥，若是全部拆除重建，既不科学，也不现实，应通过采取“加固为主，改造为辅”的思路来充分挖掘石拱桥的承载潜力。如何应用可行技术对石拱桥进行加固和维修，以延长石拱桥的使用寿命则显得十分重要。

现以某重要县道上一座石拱桥为例，介绍了采用拱背增大截面加固石拱桥上部结构的设计及施工方法。

1 工程概况

原桥为2×5 m实腹式石拱桥，矢跨比为1/5，拱圈厚30 cm，下部结构为重力式墩台，桥梁全长18 m，桥面全宽8.5 m。该桥建设于20世纪70年代。

现有桥梁下部结构基本无病害，但上部结构存在以下问题：

1)主拱圈承重构件的断面不足：现有主拱圈厚0.3 m，拱圈厚度不足。本次改造拟将桥梁设计荷载提升为公路—Ⅱ级，根据经验公式估算拱圈厚度为：

其中,L0为拱圈净跨径，cm；d为拱圈厚度，cm；m为系数，一般为4.5～6，取用m值时随矢跨比的减小而增大，本项目m值取5.5；k为荷载系数，对于汽车—20级(等同于公路—Ⅱ级)k=1.2。

根据计算结果显示，原有主拱圈厚30 cm，需增大原主拱截面厚度25 cm，材料采用C30钢筋混凝土。

2)由于桥梁建设年代较久，桥梁所在路线经历了几轮改造，造成桥梁拱顶填料厚度已达1.2 m(桥面为24 cm水泥混凝土路面层)，桥梁恒载增加过多。且现有道路行驶的超载车辆较多，造成桥面24 cm水泥混凝土路面层已基本损坏殆尽。

3)拱上侧墙外倾严重：通过钻芯取样分析，主要是因为桥面铺装层损坏后雨水下渗，拱上填料(素土)经水浸泡、软化，并在车辆作用下产生较大土侧压力所致。

2 加固方案

原桥桥下净空较小，且桥位处渠道水量较大，在加固改造时不能减小桥下泄水面积。

基于以上各种情况，提出本桥的主要加固方案：更换桥面系、增加防撞护栏及泄水孔；对主拱圈进行加固处理；对其他勾缝脱落、砌石松动部分进行勾缝、修补。

加固方案见图1。

1)重新浇筑侧墙。

更换拱腔填料为轻质填料，重新铺筑整体性好的钢筋混凝土桥面铺装，并增设防撞护栏、泄水孔。

拆除原侧墙后，按设计重新浇筑C25混凝土侧墙；拱腔填料全部更换为二灰材料，以减小桥梁恒载，且水稳性较好；桥面铺装采用18 cm厚C40防水钢筋混凝土，并设1.5%双向横坡以满足桥面排水要求，桥面铺装宽度同桥梁全宽(与侧墙外侧齐平)，其整体性好；桥面铺装两侧增设防撞护栏、泄水孔，以保证行人及车辆安全，并保持桥面排水顺畅。

2)主拱圈加固。

拱上填料卸除后对主拱圈进行加固处理，本桥采用拱背增大截面加固方案：处理拱圈缺陷后，进行原拱背及拱座植筋，布设拱圈钢筋后浇筑25 cm厚C30拱圈混凝土，使新旧拱圈形成整体，共同参与受力。

3)对其他勾缝脱落、砌石松动部分进行勾缝、修补，防止脱落、松动进一步发展。

3 施工工艺

1)拱上建筑拆除。

拱上建筑按对称、均衡原则进行拆除，自每孔跨中向两端依次对称进行拆除，拆除采用人工配合小型机具进行，拆除时各层应逐层拆除，每层拆除厚度不能过厚。

2)主拱圈加固。

主拱圈加固为该工程施工的关键，其施工流程为：

a.对拆除拱上建筑后拱背用水清洗干净，清除松散砂浆或松动砌体，凿毛结合面，防止形成薄弱层并利于新老部分结合；

b.对原拱圈缺陷进行修补：如对拱圈的裂缝进行灌(压)浆处理、拱圈底空洞用M12.5水泥砂浆修补等；

c.在原拱背及拱座上植筋：植筋所用钢筋采用单根长50 cm的Ф16钢筋，锚固深度为20 cm，梅花状排列，间距50 cm；

d.布设加固拱圈钢筋：主筋采用双层Ф12钢筋，间距20 cm；分

布钢筋采用φ10钢筋，间距20 cm。植筋钢筋与双层主筋焊接，以确保套拱新增钢筋与原拱圈连接牢固，使新旧拱圈形成整体，共同参与受力；

e.浇筑25 cm厚C30拱圈混凝土及护拱：在每跨的拱脚处设泄水孔，泄水孔采用φ10 cm PVC管，PVC管贯穿整个横桥向，并且在PVC管壁的上部横桥向每隔20 cm钻3个小孔，以利于排除拱腔内积水。

3)重新浇筑C25混凝土侧墙：拱圈与侧墙间设置Ф22连接钢筋(见图2)。

4)更换拱腔填料。

拱腔填料全部更换为二灰材料(石灰∶粉煤灰=1∶3)，以减小桥梁恒载。拱顶以下部分二灰采用小型机具夯实，由于下部尖角无法夯实部分，采用C15混凝土填筑，拱顶以上部分采用12 t～15 t双钢轮压路机压实。在压实后的二灰层顶面及侧墙顶铺设三油两毡防水层。

5)桥面铺装及附属设施。

桥面铺装采用18 cm厚C40防水钢筋混凝土，采用双层钢筋网，钢筋直径12，间距10 cm，与桥梁同宽；桥面铺装两侧增设防撞护栏、泄水孔，以保证行人及车辆安全，并保持桥面排水顺畅。

6)对其他勾缝脱落、砌石松动部分采用M12.5水泥砂浆进行勾缝、修补。

4 结语

该桥于2012年9月底加固完成，经过两年多的通车运营，目前桥梁使用状况良好，承载能力完全达到公路—Ⅱ级的荷载等级标准，加固达到预期目的。实践证明，采用拱背增大截面加固石拱桥的方法是可行的，能大大减少投资，同时提高石拱桥的整体承载能力，具有显著的社会和经济效益，对石拱桥的加固具有积极的推广意义。

[1] JTG/T J22—2008，公路桥梁加固设计规范[S].

[2] JTG/T J23—2008，公路桥梁加固施工技术规范[S].

[3] 蒙 云，卢 波.桥梁加固与改造[M].北京：人民交通出版社，2004.

[4] 向中富，邹毅松，杨寿忠.新编桥梁施工工程师手册[M].北京：人民交通出版社，2011.

Explosion on the reinforcement design and construction methods of stone arch bridge

Zhou Yong

(AnhuiChuzhouHighwayAdministrationBureau,Chuzhou239000,China)

Combining with engineering examples, the paper introduces the design scheme of arch enlarging section reinforced stone arch bridge, and describes top arch building demolishment, main arch circle reinforcement, and replacing arch filling materials and other construction technologies. Practice proves that: the reinforcement methods can not only reduce engineering investment, but also improve integral bearing capability of stone arch bridge, and has obvious social and economic benefits, which has positive meaning for reinforcing stone arch bridge.

stone arch bridge, reinforcement, design, construction

1009-6825(2015)02-0155-02

2014-11-08

周 勇(1978- )，男，工程师

U448.22

A