黃 鋼

(中鐵二局四公司，四川成都611300)

1 石拱橋常見(jiàn)病害及成因

橋梁的病害是橋梁受內(nèi)、外部因素影響的直接反映和表征，也是科學(xué)、合理選擇加固技術(shù)與施工方法的依據(jù)。因此，正確認(rèn)識(shí)病害、正確分析病害產(chǎn)生的原因，才能制定合理的加固方法。

綿遂高速公路遂寧段A2合同段施工主便道為利用縣鄉(xiāng)瀝青路，其中有一座三孔8 m的石拱橋——玉廣橋，建造時(shí)間約在20世紀(jì)70年代末。由于該橋修建日久，加之受施工單位進(jìn)場(chǎng)時(shí)各型重車通行等影響，在高速公路還未正式開(kāi)工時(shí)，就出現(xiàn)了各種病害，這些病害在石拱橋常見(jiàn)病害中具有相當(dāng)代表性，現(xiàn)對(duì)病害及其成因分析如下。

1.1 墩臺(tái)基礎(chǔ)被掏空、開(kāi)裂

病害特征:擴(kuò)大基礎(chǔ)的基底長(zhǎng)期受河流沖刷，嚴(yán)重的被掏空;條石表面風(fēng)化嚴(yán)重，尺寸減少;橋臺(tái)側(cè)墻(前墻)出現(xiàn)順橋向、橫橋向裂縫，裂縫沿砂漿縫或石料發(fā)展，有的貫穿整個(gè)墻身;裂縫寬度多為中間寬兩頭窄，深度不一;橋墩與拱圈連接處的石塊崩落(圖1、圖2)。

成因分析:基礎(chǔ)長(zhǎng)期受水流沖刷侵蝕，石質(zhì)強(qiáng)度下降，整體性被破壞，未采取防護(hù);荷載過(guò)大，造成橋臺(tái)側(cè)墻(前墻)土壓力增大，臺(tái)內(nèi)填土不密實(shí)，排水系統(tǒng)失效，或發(fā)生不均勻沉降;施工質(zhì)量差，未選用合格的石料或砂漿強(qiáng)度差。

圖1 基礎(chǔ)外露、橋墩頂條石崩落

圖2 石料及砌縫開(kāi)裂

1.2 拱上側(cè)墻、橋臺(tái)側(cè)墻外鼓

病害特征:拱上局部地段側(cè)墻外鼓呈曲面;情況嚴(yán)重的引起側(cè)墻傾斜和開(kāi)裂(圖3、圖4)。

成因分析:與橋臺(tái)開(kāi)裂有相似原因，拱上填料不密實(shí)或選擇不當(dāng);側(cè)墻施工質(zhì)量差或設(shè)計(jì)未充分考慮夠墻背土壓力;橋面不平整，重車通行時(shí)形成一邊側(cè)壓大;還有一種較特殊情況是橋與相鄰的路形成900直角，車輛經(jīng)過(guò)時(shí)必須急轉(zhuǎn)彎并伴隨剎車，使得轉(zhuǎn)彎外側(cè)的橋臺(tái)側(cè)墻不斷承受車輛的離心力及制動(dòng)力影響。本橋就存在此情況。

圖3 側(cè)墻外鼓及開(kāi)裂

圖4 左側(cè)欄桿外傾及道路急轉(zhuǎn)彎

1.3 主拱圈開(kāi)裂

病害特征:作為拱橋的主要承重構(gòu)件，主拱圈由于受基礎(chǔ)及拱上建筑病害、車載過(guò)大等影響密不可分。主要表現(xiàn)為主拱圈出現(xiàn)順橋向、橫橋向開(kāi)裂，開(kāi)裂沿砂漿縫或石料發(fā)展，裂縫寬深不一，中間寬兩頭細(xì)(圖5、圖6)。

成因分析:主拱圈整體強(qiáng)度不足;條石強(qiáng)度不足或本身原因開(kāi)裂;墩臺(tái)基礎(chǔ)位移引起的。

2 石拱橋結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)

石拱橋結(jié)構(gòu)安全一般采用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)接合綜合分析，判定其技術(shù)狀況?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)主要工具有全站儀、水準(zhǔn)儀、鋼尺、裂縫顯微鏡、回彈儀、取芯機(jī)、應(yīng)變儀等，主要檢測(cè)石料強(qiáng)度、裂縫寬度和深度、結(jié)構(gòu)位移情況等。通過(guò)對(duì)玉廣橋的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，各部位評(píng)定如下。

圖5 兩主拱圈縱向開(kāi)裂相連

圖6 拱腹縱向開(kāi)裂

2.1 橋面系

橋面鋪裝原為瀝青路面，但坑洼不平，左側(cè)明顯低于右側(cè);橋面護(hù)欄多處斷裂，左側(cè)欄桿隨側(cè)墻整體向外傾斜(圖4)。

2.2 主拱圈

主拱圈拱腹存在兩道嚴(yán)重的縱向裂縫，一條位置在2號(hào)拱圈拱腹中間，貫通2號(hào)拱圈，其最大寬度1 cm，最深8 cm(圖 6);另一條距拱圈邊緣約1 m的位置，從3號(hào)拱圈延續(xù)到2號(hào)拱圈，最大寬度5 cm，最深15 cm。2號(hào)拱圈與3號(hào)拱圈相鄰處拱座也一并開(kāi)裂，且裂縫沿豎直方向向墩下發(fā)展(圖5)。

2.3 側(cè)墻、橋墩及基礎(chǔ)

側(cè)墻明顯外移，最大偏移量27 cm;右側(cè)側(cè)墻在3號(hào)拱圈1/4跨徑處存在豎向裂縫，縫寬2 cm，長(zhǎng)約1.5 m。2#橋墩頂受擠壓后條石崩落，基礎(chǔ)受水流沖刷有外露現(xiàn)象。

2.4 橋梁技術(shù)狀況評(píng)定

根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTGH11－2004)中3.5.2條規(guī)定，全橋總體技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)，可按重要部件最差的缺損狀況評(píng)定，也可對(duì)照橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定。

缺損程度按大小、輕重、發(fā)展趨勢(shì)等方面，以累加評(píng)分方法對(duì)各部件作出等級(jí)評(píng)定;石拱橋重要部件是指主拱圈、墩臺(tái)及基礎(chǔ);橋梁技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)分為一類、二類、三類、四類、五類。綜合分析檢測(cè)情況，玉廣橋的重要部件，如主拱圈、墩臺(tái)均出現(xiàn)徑向開(kāi)裂或豎向開(kāi)裂，缺損對(duì)結(jié)構(gòu)影響程度大且重要，缺損發(fā)展變化較快，屬四類技術(shù)狀況，處于較危險(xiǎn)狀態(tài)，應(yīng)立即進(jìn)行加固大修。

3 石拱橋加固方法

3.1 橋墩及基礎(chǔ)加固

根據(jù)玉廣橋受損情況，結(jié)合橋梁受力特點(diǎn)，擬先加固2號(hào)墩身及基礎(chǔ)。加固方法為:首先對(duì)基礎(chǔ)四周進(jìn)行C20砼擴(kuò)寬60 cm處理，深度同原基礎(chǔ)深度;對(duì)墩身采用C25鋼筋砼包裹處理，處理范圍為基礎(chǔ)頂至起拱線，并在墩身四周作植筋處理，鋼筋砼厚度40 cm。鋼筋采用雙層鋼筋，橫向主筋采用φ16螺紋鋼，間距20 cm，豎向采用φ12螺紋鋼，間距30 cm。錨固鋼筋采用φ20螺紋鋼，植入原墩身30 cm，采用膨脹水泥砂漿作錨固材料，外露長(zhǎng)度45 cm，間距60 cm×40 cm，梅花形布置，兼作模板拉桿及架立鋼筋。加固配筋大樣見(jiàn)圖7。

3.2 主拱圈加固

由于主拱圈受損嚴(yán)重，如何有效提高其承載能力，且由于是交通瓶頸，不能阻斷交通施工。經(jīng)充分研究，決定采用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)和錨噴砼加固技術(shù)相結(jié)合的方式進(jìn)行加固。

圖7 橋墩加固配筋

體外預(yù)應(yīng)力加固是以粗鋼筋或高強(qiáng)鋼絲等鋼材作為施力工具，對(duì)拱圈實(shí)施預(yù)應(yīng)力，以抵消荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，從而達(dá)到改善舊橋使用能力并提高其極限承載能力的目的。玉廣橋主拱圈為縱向開(kāi)裂，則設(shè)置為橫橋向鋼拉桿施加預(yù)應(yīng)力加固。具體步驟為:首先搭設(shè)腳手架平臺(tái)，高度以拱圈頂為適宜，利用YT28手持式鉆機(jī)，對(duì)2號(hào)和3號(hào)拱圈跨中和兩側(cè)各1/4處、拱腳處進(jìn)行鉆孔，孔眼深度為拱圈寬度(本橋?yàn)?.7 m);共10組鋼拉桿，每組拉桿分上下兩根組，鋼拉桿均采用φ32鋼筋制成，拉桿兩頭做成絲口，兩端采用10號(hào)槽鋼作為螺栓墊板并作鋼拉桿連接件，上拉桿布置在拱圈頂面，下拉桿布置在拱腹面上;鉆孔完成，立即安裝上拉桿，上好槽鋼，再安裝下拉桿，然后采用扳手逐浙扭緊螺帽，向拱圈施加預(yù)應(yīng)力，扭緊螺帽時(shí)，兩端應(yīng)對(duì)稱進(jìn)行。

錨噴加固主拱圈技術(shù)，就是在拱圈腹部增設(shè)一層錨噴砼，與原拱圈有效的形成整體，達(dá)到增厚拱圈厚度，增大受力斷面，確實(shí)提高結(jié)構(gòu)承載能力，并能有效封閉裂縫，防止石砌體的風(fēng)化剝蝕，以提高石拱圈的耐久性。主要方法為:首先對(duì)原裂縫進(jìn)行注漿封閉處理，漿液可采用C30水泥漿或環(huán)氧樹(shù)脂砼;然后人工鑿毛并清洗干凈石拱圈拱腹，采用風(fēng)鉆等工具，按間距50 cm×50 cm梅花型布置錨桿，錨桿采用φ22螺紋鋼，錨固深度30 cm;錨桿安裝后，則立即掛設(shè)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格尺寸20 cm×20 cm，鋼筋采用φ10圓鋼，鋼筋網(wǎng)與錨桿點(diǎn)焊上;經(jīng)檢查錨桿與鋼筋網(wǎng)質(zhì)量合格后，可進(jìn)行噴射砼施工，噴射砼強(qiáng)度級(jí)別為C20，厚度10 cm，施工工藝同一般隧道初期支護(hù)噴射砼一樣。

以上兩種加固技術(shù)，一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是可以在不中斷交通的情況下進(jìn)行，除在施加預(yù)應(yīng)力時(shí)需暫停通行外，其余均可在做好防護(hù)措施下，邊通行邊施工。主拱圈加固見(jiàn)圖8。

圖8 套拱及體外預(yù)應(yīng)力加固

3.3 橋面系及拱上建筑加固

針對(duì)拱上建筑，如側(cè)墻外鼓，可采取分小段拆除側(cè)墻，重新澆筑砼，斷面尺寸應(yīng)減小;如拱上填料，包括橋臺(tái)填料不密實(shí)的，可適當(dāng)采取鉆孔壓漿的方法，主要作用是防止橋面水流滲入拱上填料內(nèi)，對(duì)拱圈造成附加壓力。但在注漿時(shí)需注意應(yīng)控制注漿壓力，以防對(duì)主拱圈造成破壞。

鑒于玉廣橋橋面坑洼不平，采取了挖除原瀝青路面，適當(dāng)減少拱上填料厚度的做法，增設(shè)鋼筋砼橋面予以增強(qiáng)。其原理是基于減少拱上恒載，減輕自重，有利均勻分布車輛荷載，從而提高拱圈承載能力。減載施工應(yīng)從中間向兩側(cè)對(duì)稱進(jìn)行，先挖除瀝青路面厚約10 cm，同時(shí)挖除約30 cm的路面下土石混填料;然后鋪筑C30鋼筋砼橋面，厚20 cm，鋼筋采用φ16螺紋鋼，分上下兩層，中間設(shè)撐筋，鋼筋縱橫間距為25 cm;施工分半幅進(jìn)行，以利車輛通行。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)采取以上加固方法，經(jīng)過(guò)近一年的重載通行，最大重載車輛60 t，日平均車流量350輛，通過(guò)對(duì)該橋的監(jiān)控觀測(cè)結(jié)果來(lái)看，未再出現(xiàn)任何裂縫，結(jié)構(gòu)使用安全，證明加固方法是確實(shí)可靠的。

(2)科學(xué)的分析病害原因、采取合理的加固方法，不僅能夠加快施工進(jìn)度，還能有效減少成本。如對(duì)玉廣橋在原方案討論時(shí)，曾擬定廢棄修建貝蕾梁橋，造價(jià)約110萬(wàn)元，而實(shí)際加固費(fèi)用約20萬(wàn)元。