石拱橋加固技術(shù)研究

李澤勇

（安慶市交通工程監(jiān)理公司，安徽 安慶 246001）

石拱橋利用石材的耐久和受壓強(qiáng)力學(xué)特性，得以修建和發(fā)展，但由于長(zhǎng)期受自然環(huán)境（大氣腐蝕、溫度、濕度、日照變化以及風(fēng)、雨、雪和水流，尤其是洪水、冰凌等）、使用環(huán)境（荷載作用與頻率的不斷增加、材料與結(jié)構(gòu)的疲勞和人工采砂等）和突發(fā)事件（地震、船只的撞擊和交通事故等）的作用，以及設(shè)計(jì)施工中遺留的某些缺陷，其使用價(jià)值（特別是安全性）隨著橋梁的使用時(shí)間增加而不斷降低，當(dāng)使用價(jià)值降至安全限值時(shí)，必須通過(guò)維修加固，維持、提高其使用價(jià)值，該過(guò)程在設(shè)計(jì)使用期限內(nèi)持續(xù)發(fā)生。本文就樅陽(yáng)縣石拱橋（幸福橋）加固淺析。

1 老橋概況

幸福橋位于安徽省樅陽(yáng)縣北埂至葫蘆地公路（X029線）K48＋727處，橋梁全長(zhǎng)128.3米，橋面布置為0.75米人行道＋6.0行車道＋0.75米人行道（含欄桿），全寬7.5米，其中主拱寬度6.7米，兩側(cè)人行道外懸0.4米。下部結(jié)構(gòu)為漿砌重力式墩、U型橋臺(tái)，主拱采用漿砌塊石。建于1966年，設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)：汽—13、拖－60。原設(shè)計(jì)橋型為5孔等跨20米（矢跨比1／3）實(shí)腹式無(wú)鉸石拱橋。由于當(dāng)年修建時(shí)，第五跨（東岸橋臺(tái)）地質(zhì)為腐植土淤泥、軟土地基，基礎(chǔ)深達(dá)1 7米，經(jīng)專家研究確定，將第五跨改為2孔10米半圓形實(shí)腹式三鉸拱。通車10多年后，東岸10米三鉸拱鉸處變形，拱頂鉸石下錯(cuò)，鉸石張開(kāi)有5～6厘米的距離。1979年，管養(yǎng)部門(mén)進(jìn)行加固，方案為：將2孔10米的石拱橋上部填料挖除，兩邊側(cè)墻保留不變，原橋臺(tái)、橋墩漿砌加高，墩上架設(shè)預(yù)制鋼筋混凝土空心板梁；同時(shí)復(fù)原下錯(cuò)拱石，經(jīng)多年運(yùn)行，東岸橋臺(tái)依然緩慢下沉，5、6兩跨鋼筋混凝土拱鉸縫隙繼續(xù)加大，拱頂鉸石左右下錯(cuò)明顯，經(jīng)專業(yè)檢測(cè)部門(mén)檢測(cè)，認(rèn)定為危橋。

2 老橋現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題

2.1 由于橋梁位于主要交通路段上，車輛較多。大橋投入運(yùn)營(yíng)后，軟土地基有沉陷，鉸處變形較大，拱頂鉸人員檢查，定為險(xiǎn)橋，一直采用限載的方式維護(hù)通行。

2.2 5＃、6＃三鉸拱由于地基變形，導(dǎo)致橋面標(biāo)高降低、拱頂鉸石錯(cuò)位。其中6＃拱頂嚴(yán)重沉陷、變形，鉸接處縫口達(dá)4～8厘米，見(jiàn)圖1；5＃拱頂鉸接處縫口張開(kāi)也有4～6厘米。其余拱圈使用狀況良好，未發(fā)現(xiàn)受力變形裂縫，主拱軸線未發(fā)現(xiàn)受力變形。

圖1 鉸拱下沉、錯(cuò)位

2.3 泄水孔堵塞嚴(yán)重，橋面鋪裝磨損嚴(yán)重，未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫。

2.4 兩側(cè)欄桿局部損壞并有外傾現(xiàn)象。

3 維修方案

3.1 鑒于原橋已經(jīng)多年使用，沉降已基本到位，橋臺(tái)已基本穩(wěn)定，決定拆除已損壞的5＃、6＃兩孔，并按原結(jié)構(gòu)重建恢復(fù)。

3.2 拆除全橋欄桿、人行道板、橋面鋪裝，挖除鋪裝層下20厘米厚填料并及時(shí)清理，換填20厘米厚二灰碎石。

3.3 采用C30混凝土現(xiàn)澆全橋側(cè)墻并向兩側(cè)懸挑。

3.4 將原有橋面更換為整體式鋼筋混凝土橋面，重設(shè)墻式防撞護(hù)欄、完善橋面排水。

3.5 對(duì)全橋其他孔跨進(jìn)行檢修。

3.6 加固維修后橋面為6.5行車道＋2×0.5米寬防撞護(hù)欄。

4 施工工藝及要點(diǎn)

該橋維修較為繁雜，工程量雖不大，但涉及到諸多隱蔽工程，且施工工藝多具特殊性和復(fù)雜性，因而公開(kāi)招標(biāo)，選擇了具有相應(yīng)資質(zhì)與類似工程施工經(jīng)驗(yàn)的施工單位承擔(dān)施工。

4.1 施工流程

（1）5＃、6＃拱施工：圍堰、排水、清淤→加固維修基礎(chǔ)→填筑土牛拱胎→4號(hào)墩左側(cè)反壓土臺(tái)→拆除欄桿、人行道板→挖除橋面鋪裝及拱上填料→拆除側(cè)墻及空心板→拆除5＃、6＃拱圈→加固土牛拱胎至設(shè)計(jì)標(biāo)高→修筑墩臺(tái)→重砌拱圈→現(xiàn)澆混凝土側(cè)墻。

（2）1～4跨施工：

拆除其它四跨欄桿、人行道板、橋面鋪裝→換填拱頂20cm填料→現(xiàn)澆混凝土側(cè)墻。

（3）橋面系施工：

綁扎橋面鋪裝及雙層架立鋼筋→支?！鷺蛎婊炷龄佈b→護(hù)欄支?！鷿仓o(hù)欄→安裝鑄鐵泄水管→養(yǎng)生。

（4）橋頭接線及安保附屬設(shè)施工程。

4.2 施工要點(diǎn)

（1）施工單位在每道工序施工之前制定了詳細(xì)的施工組織設(shè)計(jì)或施工方案，并報(bào)監(jiān)理工程師審查批準(zhǔn)，從而確保橋梁施工安全和質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

（2）拆除5、6兩跨橋梁是本橋維修加固的一項(xiàng)重要工作，特別是拆除橋梁過(guò)程中的橋梁安全問(wèn)題，原設(shè)計(jì)僅說(shuō)明采用支架法施工，無(wú)詳細(xì)設(shè)計(jì)要求。施工中考慮5、6兩孔所處地基為腐殖土淤泥、軟土地基，深度達(dá)17米。施工前考慮老橋原先施工是采用土牛拱胎，經(jīng)過(guò)專家論證和計(jì)算，并經(jīng)過(guò)原設(shè)計(jì)部門(mén)的同意，實(shí)際實(shí)施采用土牛拱胎法進(jìn)行施工。為防止土牛拱對(duì)4號(hào)墩產(chǎn)生的反推力，施工中將原設(shè)計(jì)沙袋石料支擋由4跨靠5跨的一邊，移至4跨靠3跨的一邊。同時(shí)，為避免因拆除拱上填料不當(dāng)，可能使拱的壓力線嚴(yán)重偏離拱軸線，使某些截面彎矩過(guò)大，造成截面坡壞或使拱圈失穩(wěn)，以及防止多孔間恒載推力不平衡，施工中對(duì)拱上建筑拆除進(jìn)行認(rèn)真的計(jì)算，給出逐級(jí)拆除的順序和拆除荷載量，按照拆除的順序與修建時(shí)的順序相反以及對(duì)稱、均衡的原則，從拱頂開(kāi)始，對(duì)稱分段向拱腳進(jìn)行，并加強(qiáng)相鄰4孔拱圈、橋墩的觀測(cè)，確保了橋梁施工安全。

（3）考慮該橋病害主要是由地基不均勻沉降引起拱圈的開(kāi)裂，外觀拱圈石形狀較好，有利用的可能性。因此土牛拱胎筑好后，便安排了施工隊(duì)對(duì)所有拱圈石進(jìn)行了編號(hào)，以便恢復(fù)時(shí)發(fā)生錯(cuò)亂。

（4）拆橋和挖除大橋橋面及拱腔填料過(guò)程中，未采用大型機(jī)械設(shè)備，采用人工對(duì)稱進(jìn)行鑿除或挖除，避免對(duì)大橋主拱圈產(chǎn)生新的損傷；并應(yīng)及時(shí)將廢料運(yùn)走至棄土場(chǎng)地。

（4）拱上建筑在拱圈達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%，在經(jīng)過(guò)7天齡期后進(jìn)行，拱上建筑的施工對(duì)稱均勻地進(jìn)行，方向由拱腳向拱頂對(duì)稱砌筑。

（5）現(xiàn)澆橋面混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%時(shí)，禁止車輛在橋面上行駛。

（6）施工時(shí)，注重認(rèn)真核對(duì)各構(gòu)造物的高程、尺寸、位置，并做到了施工墩樣準(zhǔn)確無(wú)誤。

（7）強(qiáng)化土牛拆除的監(jiān)控。為防止拆除土牛拱胎帶來(lái)安全事故，拆除前我們及時(shí)提醒施工隊(duì)，一定要在土牛拱胎與拱圈完全分離后，方可開(kāi)始。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)2009年橋梁專項(xiàng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，我國(guó)公路橋梁65.8萬(wàn)座，其中危橋9.3萬(wàn)座，農(nóng)村公路占96%。我省農(nóng)村公路共有橋梁22282座，危橋6479座，其中拱橋占四、五類橋梁總數(shù)的77.24℅。為確保橋梁處于正常使用狀態(tài)，保證安全、暢通，國(guó)家已啟動(dòng)農(nóng)村公路危橋改造加固工程，省委、省政府決定從2011年開(kāi)始，將農(nóng)村公路危橋加固改造列入33項(xiàng)民生工程，力爭(zhēng)在“十二五”期間，基本完成2009年公路養(yǎng)護(hù)統(tǒng)計(jì)年報(bào)中在冊(cè)的縣、鄉(xiāng)、村道上四、五類危橋的重建或加固、維修工程。通過(guò)對(duì)樅陽(yáng)幸福橋（四孔實(shí)腹式無(wú)鉸拱＋兩孔三鉸拱橋）的改造和加固，有效解決了當(dāng)前農(nóng)村公路資金不足、荷載等級(jí)要求不高的情況下，如何改造加固農(nóng)村公路危橋的問(wèn)題。安慶市位于皖西南山區(qū)，石料產(chǎn)量豐富，因此60、70年代修建了大量石拱橋，該橋加固取得成效，對(duì)其它存在病害的石拱橋加固處置積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，也更新了橋梁建設(shè)養(yǎng)護(hù)工作者的理念，對(duì)危橋加固改造工作具有很好的指導(dǎo)性和借鑒性。

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