国道351线仁寿至洪雅段篓子桥加固方案研究

丁可

（四川公路工程咨询监理有限公司，四川 成都610041）

0 引言

随着社会经济快速发展，我国早期已建桥梁出现了不同程度的病害，有的已危及运营安全。由于对桥梁病害的成因分析不准，导致难以找到针对性的病害治理方式，经过处治后有的病害仍继续发育、甚至出现新的病害。篓子桥的病害具有典型性，通过对该桥病害成因、处治方案进行分析，以期找到行之有效的桥梁病害治理方式。

1 桥梁概况

篓子桥位于国道351线四川仁寿县境内，建成于2002年，桥长25.2m、桥宽23.0m。原桥设计荷载为汽-超20级，上部结构采用1×10m圬工石砌拱，拱圈厚50cm、净跨10m、矢高5m；下部结构采用重力式桥台，扩大基础。基础置于砂砾石层上，埋深约1.5m。桥面铺装层采用10cm水泥混凝土+10cm沥青混凝土铺装，桥头无伸缩缝，无搭板。2019年对篓子桥进行了定期检测，评定技术等级为4类。

2 桥梁主要病害

2.1 桥面系病害现状

左、右幅桥桥面病害见表1、表2。

表1 左幅桥桥面病害

表2 右幅桥桥面病害

2.2 上部结构病害现状

左、右幅桥上部结构病害见表3、表4。

表3 左幅桥上部结构病害

表4 右幅桥上部结构病害

2.3 下部结构病害现状

左、右幅桥下部结构病害见表5、表6。

表5 左幅桥下部结构病害

表6 右幅桥下部结构病害

2.4 评定结论

《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21—2011），全桥总体技术状况评定时，主要部件评分达到4类或5类、且影响桥梁安全的，按照桥梁主要部件最差的缺损状况进行评定。其评定结论如下：左幅桥桥面系评分63.7，右幅桥桥面系评分69.1，桥面系技术状况等级为3类。左幅桥上部结构评分52.5，右幅桥上部结构评分52.5，上部结构技术状况等级为4类。左幅桥总体评分73.5，技术状况等级4类；右幅桥总体评分74.5，技术状况等级4类。该桥总体技术状况等级评定为4类。

3 主要病害成因分析

3.1 拱圈纵向裂缝成因分析

通过现场调查、查阅相关资料，分析认为出现纵向裂缝基于以下原因：

第一，该桥上部结构为圬工石砌拱桥，拱圈横向联系主要靠水泥砂浆，横向联系作用效果差，汽车荷载及拱上填料对侧墙存在水平横向推力，长期作用下产生纵向裂缝。

第二，桥面排水不畅，导致桥面积水下渗，拱圈中存在遇水膨胀的填料，加之该桥横向联系较差，时间久之导致拱圈出现裂缝。

第三，该桥宽23m，宽度较大，采用了重力式桥台、扩大基础，而基础的持力层为砂砾石层，未落在基岩上。随着常流水的不断冲刷和荷载的长期作用，基础出现了不均匀沉降。

第四，该桥位于重要国道上，随着交通量的增加特别是超载车的增加，当过大荷载经常作用于拱圈结构上时，导致结构横向受力不均，出现纵向裂缝。

第五，近些年四川遭遇多次大地震和特大地震(汶川8.0级地震)的侵袭，使结构承受地震力作用，对拱圈结构造成破坏，导致出现拱圈纵向裂缝。

3.2 桥面铺装破损、拱圈渗水泛碱成因分析

首先，沥青混凝土面层抗剪强度低、高温稳定性差，随着交通量的日益增加，桥梁在高温及车轮反复碾压下荷载应力不断积累，产生沥青混凝土骨架结构破坏失稳以及塑性变形，导致桥面铺装开裂、破坏。

其次，原拱上填料施工时回填不密实，拱背填料沉陷，导致铺装层混凝土开裂、破坏。

最后，桥台基础已出现不均匀沉降，而该桥桥台处无伸缩缝、无搭板，导致桥面铺装层易出现裂缝、坑槽等破损。

拱圈渗水结晶是由于石拱桥排水管排水不畅、桥面铺装防水层损坏、桥面积水下渗，导致拱圈出现渗水泛碱。

4 设计标准与方案的选择

4.1 设计标准

4.1.1 公路等级：一级公路。

4.1.2 设计速度：60km/h。

4.1.3 荷载等级：若桥梁采用加固方案，则维持原荷载等级汽-超20级不变；若采用拆除重建，新桥则采用公路-Ⅰ级荷载。

4.1.4 桥梁宽度：维持原桥宽度不变。

4.1.5 设计洪水频率：桥梁加固方案维持原设计不变；若拆除重建，新桥则采用设计洪水频率1/100。

4.2 方案的拟订

4.2.1 方案一：在原拱圈底部增设30cm厚自密实钢筋混凝土层

该桥下部主体结构基本完好，上部结构拱圈存在两条纵向裂缝(非主要受力裂缝)，因此具有一定的加固价值。考虑到该桥上部结构为圬工石砌拱桥，拱圈横向主要靠水泥砂浆联系，横向联系效果差，提出以下加固措施：

为减少水流冲刷继续造成的基础不均匀沉降现象，对上下游河床以及桥台四周进行钻孔注浆；对原拱圈纵向裂缝采用灌注环氧砂浆封闭，在原拱圈底部增设30cm厚自密实钢筋混凝土层，以增强主拱圈承载力和横向联系；挖除、换填桥面病害处铺装，重建20cm厚钢筋混凝土桥面铺装。

4.2.2 方案二：将原拱上填料更换为轻质泡沫混凝土

根据现场调查，可通过改善原拱圈受力特点对桥梁病害进行整治处理。实腹式石拱桥拱上建筑自重大，主拱圈大部分用于承担结构自重，因此通过换填拱上填料为轻质泡沫混凝土，减轻桥梁恒载，改善拱圈受力，提出以下加固措施：

为减少水流冲刷继续造成的基础不均匀沉降，对上下游河床以及桥台四周进行钻孔注浆；挖除原拱上填料、更换为轻质泡沫混凝土，对原拱圈纵向裂缝采用灌注环氧砂浆封闭；挖除、换填桥面病害处铺装，重建20cm厚钢筋混凝土桥面铺装。

4.2.3 方案三：拆除原拱圈及拱上建筑，新建1×16m现浇空心板

考虑到原桥设计荷载为汽-超20级，建成已有20年，为适应国道351线交通量的增长，彻底治理全桥病害，全部拆除原桥结构，新建1×16m现浇空心板桥，下部结构采用桩基接盖梁。

4.3 方案优缺点比较

以上三个方案均可不同程度地对桥梁病害进行处治，其优缺点从以下几个方面进行比较：

方案一：加固的原理是增加拱圈截面高度，新加钢筋混凝土层与既有圬工块石形成整体共同受力，增强了原拱圈承载能力及横向联系，基础采用压浆处理，能有效减缓基础不均匀沉降。该方案对原结构影响不大，上部结构得到有效加强。但该桥基础位于卵石层上，基础埋深较浅，不能从根本上解决下部结构不均匀沉降问题，随着时间推移，基础可能出现新的病害，届时还需对篓子桥进行二次加固。方案一的当前建安费175万元，后期随着基础病害的出现还会追加投资。

方案二：加固的原理是改变拱上建筑材料，减轻结构自重，从而改善上部结构拱圈受力，基础同样采用压浆处理，能有效减缓基础不均匀沉降。该方案对原结构影响较大，减轻结构自重，拱上建筑的重新实施能有效处理拱圈渗水问题。但该桥基础位于卵石层上，基础埋深较浅，不能从根本上解决下部结构不均匀沉降问题，随着时间的推移，基础可能出现新的病害，届时还需对篓子桥进行二次加固。方案二的当前建安费155万元，后期随着基础病害的出现还会追加投资。

方案三：对原结构影响最大，需拆除原上部结构，采用桩基础。该方案从根本上解决了上部拱圈存在的问题，同时也解决了桥台基础不均匀沉降存在的长期、潜在风险。方案三的建安费340万元，且投资可控。

4.4 施工工艺比较

方案一：采用植筋钻孔，绑扎钢筋后，搭设支架模板浇筑C40自密实混凝土；施工工艺要求高，相对复杂。施工工期约3个月。

方案二：需挖除原拱上填料，重新浇筑轻质泡沫混凝土。施工工艺简单，为减小对原结构的影响，施工中应采用小型机械。施工工期约2个月。

方案三：新建常规桥梁，工艺成熟、简单。施工工期约5个月。

5 结语

综合以上因素分析，方案三建安费总价不高且投资可控、桥梁病害治理效果明显，长期来看对道路运营安全更有利，因此从桥梁全寿命周期考虑，推荐采用方案三，即拆除重建篓子桥。该桥梁现已建成通车，运营效果良好。