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        石拱橋加固技術(shù)

        2012-10-29 09:12:32
        四川建筑 2012年6期
        關(guān)鍵詞:石拱橋拱圈側(cè)墻

        黃 鋼

        (中鐵二局四公司,四川成都611300)

        1 石拱橋常見病害及成因

        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,正確認識病害、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,加之受施工單位進場時各型重車通行等影響,在高速公路還未正式開工時,就出現(xiàn)了各種病害,這些病害在石拱橋常見病害中具有相當(dāng)代表性,現(xiàn)對病害及其成因分析如下。

        1.1 墩臺基礎(chǔ)被掏空、開裂

        病害特征:擴大基礎(chǔ)的基底長期受河流沖刷,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)長期受水流沖刷侵蝕,石質(zhì)強度下降,整體性被破壞,未采取防護;荷載過大,造成橋臺側(cè)墻(前墻)土壓力增大,臺內(nèi)填土不密實,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度差。

        圖1 基礎(chǔ)外露、橋墩頂條石崩落

        圖2 石料及砌縫開裂

        1.2 拱上側(cè)墻、橋臺側(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)墻傾斜和開裂(圖3、圖4)。

        成因分析:與橋臺開裂有相似原因,拱上填料不密實或選擇不當(dāng);側(cè)墻施工質(zhì)量差或設(shè)計未充分考慮夠墻背土壓力;橋面不平整,重車通行時形成一邊側(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)過時必須急轉(zhuǎn)彎并伴隨剎車,使得轉(zhuǎn)彎外側(cè)的橋臺側(cè)墻不斷承受車輛的離心力及制動力影響。本橋就存在此情況。

        圖3 側(cè)墻外鼓及開裂

        圖4 左側(cè)欄桿外傾及道路急轉(zhuǎn)彎

        1.3 主拱圈開裂

        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、橫橋向開裂,開裂沿砂漿縫或石料發(fā)展,裂縫寬深不一,中間寬兩頭細(圖5、圖6)。

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

        2 石拱橋結(jié)構(gòu)安全檢測

        石拱橋結(jié)構(gòu)安全一般采用現(xiàn)場檢測接合綜合分析,判定其技術(shù)狀況。現(xiàn)場檢測主要工具有全站儀、水準(zhǔn)儀、鋼尺、裂縫顯微鏡、回彈儀、取芯機、應(yīng)變儀等,主要檢測石料強度、裂縫寬度和深度、結(jié)構(gòu)位移情況等。通過對玉廣橋的現(xiàn)場檢測,各部位評定如下。

        圖5 兩主拱圈縱向開裂相連

        圖6 拱腹縱向開裂

        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號拱圈拱腹中間,貫通2號拱圈,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號拱圈延續(xù)到2號拱圈,最大寬度5 cm,最深15 cm。2號拱圈與3號拱圈相鄰處拱座也一并開裂,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號拱圈1/4跨徑處存在豎向裂縫,縫寬2 cm,長約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)狀況評定

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

        缺損程度按大小、輕重、發(fā)展趨勢等方面,以累加評分方法對各部件作出等級評定;石拱橋重要部件是指主拱圈、墩臺及基礎(chǔ);橋梁技術(shù)狀況評定等級分為一類、二類、三類、四類、五類。綜合分析檢測情況,玉廣橋的重要部件,如主拱圈、墩臺均出現(xiàn)徑向開裂或豎向開裂,缺損對結(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,處于較危險狀態(tài),應(yīng)立即進行加固大修。

        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,擬先加固2號墩身及基礎(chǔ)。加固方法為:首先對基礎(chǔ)四周進行C20砼擴寬60 cm處理,深度同原基礎(chǔ)深度;對墩身采用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鋼絲等鋼材作為施力工具,對拱圈實施預(yù)應(yīng)力,以抵消荷載產(chǎn)生的內(nèi)力,從而達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,高度以拱圈頂為適宜,利用YT28手持式鉆機,對2號和3號拱圈跨中和兩側(cè)各1/4處、拱腳處進行鉆孔,孔眼深度為拱圈寬度(本橋為5.7 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,兩端應(yīng)對稱進行。

        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,達到增厚拱圈厚度,增大受力斷面,確實提高結(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:首先對原裂縫進行注漿封閉處理,漿液可采用C30水泥漿或環(huán)氧樹脂砼;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)補強鋼筋網(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)與錨桿點焊上;經(jīng)檢查錨桿與鋼筋網(wǎng)質(zhì)量合格后,可進行噴射砼施工,噴射砼強度級別為C20,厚度10 cm,施工工藝同一般隧道初期支護噴射砼一樣。

        以上兩種加固技術(shù),一個重要的優(yōu)點是可以在不中斷交通的情況下進行,除在施加預(yù)應(yīng)力時需暫停通行外,其余均可在做好防護措施下,邊通行邊施工。主拱圈加固見圖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,包括橋臺填料不密實的,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),對拱圈造成附加壓力。但在注漿時需注意應(yīng)控制注漿壓力,以防對主拱圈造成破壞。

        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。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)對稱進行,先挖除瀝青路面厚約10 cm,同時挖除約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;施工分半幅進行,以利車輛通行。

        4 結(jié)語

        (1)通過采取以上加固方法,經(jīng)過近一年的重載通行,最大重載車輛60 t,日平均車流量350輛,通過對該橋的監(jiān)控觀測結(jié)果來看,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度,還能有效減少成本。如對玉廣橋在原方案討論時,曾擬定廢棄修建貝蕾梁橋,造價約110萬元,而實際加固費用約20萬元。

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