（浦城縣交通工程公司，浦城 353400）

石拱橋常見加固施工方法探究

■張興飛

（浦城縣交通工程公司，浦城 353400）

筆者結(jié)合多年工作實踐經(jīng)驗，對石拱橋加固常見方法進行分析探究，通過工程實例提出施工中應注意的一些問題，供借鑒參考。

橋梁工程 石拱橋 穩(wěn)定性 加固方法

1 前言

石拱橋是砌體結(jié)構(gòu)，具有因地制宜、就地取材、造價低、橋型雄偉壯觀的特點，其抗壓能力強，但抗拉和抗彎能力差。主拱圈受力主要以受壓為主，充分利用了圬工材料抗壓性能優(yōu)良的特點，是我國早期橋梁的主要結(jié)構(gòu)形式。隨著交通運輸事業(yè)的發(fā)展，交通量日益增長，重型交通數(shù)量增大，導致現(xiàn)有石拱橋出現(xiàn)了各種不同程度的病害，承載力不斷降低，不能滿足現(xiàn)有交通量需求和公路等級要求，加固改造迫在眉睫。

2 影響石拱橋穩(wěn)定性的因素

2.1 主拱圈開裂

主拱圈裂縫是石拱橋最致命的病害，主要分為橫向開裂與縱向開裂，主拱圈

開裂嚴重影響到橋梁的安全，一旦出現(xiàn)，必須立即處理。造成主拱圈開裂的主要

原因有以下幾點：①建橋年代久遠，原設計荷載標準較低，隨著交通量的日益增長，橋梁在長期超負荷運營下主拱圈出現(xiàn)開裂現(xiàn)象；②墩臺、基礎等的位移引起拱圈開裂。石拱橋多為超靜定結(jié)構(gòu)的無鉸拱?；A沉陷或墩臺位移會引起主拱圈產(chǎn)生較大的附加應力，導致主拱圈開裂；③主拱圈受力不對稱。主要發(fā)生在彎橋上。車輛在彎橋上轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生向心力，造成拱圈彎道外側(cè)開裂。

2.2 側(cè)墻開裂與外鼓

側(cè)墻開裂與外鼓是石拱橋拱上結(jié)構(gòu)最常出現(xiàn)的病害。側(cè)墻常出現(xiàn)順橋向、橫

橋向裂縫。側(cè)墻外鼓則與側(cè)墻開裂相伴產(chǎn)生。其產(chǎn)生的原因為：①交通荷載過大，或其沖擊作用太強使側(cè)墻承受的土側(cè)壓力增大；②建橋時未設置沉降縫，當橋臺有沉降時，拱上側(cè)墻就發(fā)生不規(guī)則的裂縫；③拱上建筑中的填料不密實，或填料質(zhì)量不好，橋面破損后積水滲透至拱上填料，降低其強度，經(jīng)過浸泡后發(fā)生膨脹對側(cè)墻產(chǎn)生擠壓，使得側(cè)墻發(fā)生外鼓甚至開裂等。

2.3 基礎或墩臺的不均勻沉降、位移

基礎與墩臺的使用狀況是確保橋梁運營安全的重要因素之一。對于石拱橋而

言，基礎和墩臺出現(xiàn)的最常見病害是其不均勻沉降與位移。這些病害產(chǎn)生的原因主要是由于外部荷載太大或地基承載力不足等，致使墩臺、基礎發(fā)生沉降、位移，或者由于水流沖刷，將墩臺基礎掏空，使得墩臺處于懸空狀態(tài)，很容易發(fā)生沉降或位移。

2.4 防水層破壞或失效

石拱橋防水層破壞或失效是其最常見的病害。防水層破壞或失效，使拱圈漏水，影響結(jié)構(gòu)安全，縮短了橋梁的使用壽命。影響防水層破壞或失效的原因，主要是用于防水層的材料不當。對于空腹式拱橋而言，其多采用瀝青、油毛氈來作為防水層，而油毛氈容易老化，特別是在變形縫處，因此很難起到相應的防水作用；對于實腹式拱橋，多采用膠泥或三合土做防水層，但是在施工現(xiàn)場純粘土很難找到，因此施工時一般用亞粘土代替，防水效果不佳。

3 石拱橋常見加固施工方法

3.1 減輕拱上建筑的重量

在地基承載能力較低或橋臺不夠穩(wěn)固時，可采用減輕拱上建筑自重的辦法對拱橋進行改造，以降低對下部構(gòu)造的要求，同時也可減輕主拱圈的負擔。包括采用輕質(zhì)的拱上填料、縱向穿孔、拱式拱上建筑改為輕型的板式拱上建筑等方法。不過此類方法在減輕拱上建筑的重量時，應特別注意拱的軸向力減小而恒載彎矩增加造成偏心用矩過大的問題，重視在施工時拱的彎矩變化，切忌在施工過程中因某些截面受力過大甚至造成橋梁在施工中垮塌。

3.2 改拱式拱上建筑為梁拱式拱上建筑

具有拱式拱上建筑的拱橋，為了減輕上部結(jié)構(gòu)的自重，拆除拱上建筑所有傳力結(jié)構(gòu) (拱上填料、側(cè)墻、護拱)，使主拱和腹拱的拱背完全暴露，在主拱的拱背上按一定的施工程序澆筑鋼筋混凝土或混凝土，其厚度按受力情況確定。此時主拱圈即成為變截面組合截面拱。然后接高腹拱墩，按梁板式的施工程序完成全橋的施工。由于拱上建筑既有梁又有拱 (腹拱一般留作施工支架)，故稱為梁拱式拱上建筑。這種加固方法由于在拱背上操作，不用塔設支架，施工快捷、方便，新老混凝土的連接較好，造價也較低，在加強了主拱圈的同時，還可減輕上部結(jié)構(gòu)的重量。在加固多孔連拱時，一般無需加固其下部結(jié)構(gòu)，在這種情況下，用此加固方法，優(yōu)點更為突出。

3.3 加強主拱圈

（1）錨噴加固

“錨噴”，系借錨入原結(jié)構(gòu)內(nèi)的錨桿掛設鋼筋網(wǎng)，再施噴加入適量速凝劑的混凝土至主拱圈面層，形成與原主拱圈共同承受外荷載作用的組合結(jié)構(gòu)。錨噴加固具有粘結(jié)性好、早期強度高、基本不用模板、施工快速簡單、適應性強等特點。但錨噴技術(shù)加固拱橋存在后期強度低、不利于橋梁永久性使用的缺陷。

（2）粘貼加固

粘貼加固一般采用環(huán)氧樹脂或建筑結(jié)構(gòu)膠將鋼板、鋼筋、玻璃鋼、碳纖維等抗拉強度高的材料粘貼在主拱圈表面，使之與結(jié)構(gòu)物形成整體，從而達到提高主拱圈的抗彎和抗剪強度、抑制裂縫擴展的目的。粘貼加固具有與結(jié)構(gòu)物粘附性能較好、加工成型容易、用料量少、錨固牢靠方便、加固效果明顯等特點。

（3）體外預應力加固技術(shù)

體外預應力加固橋梁上部構(gòu)造多用于梁橋， 對于拱圈開裂以及橋臺產(chǎn)生位移， 拱頂下?lián)系墓皹颍?也可采用此法加固。其作法是:對主拱圈縱向開裂的拱橋，設置橫橋向的鋼拉桿施加預應力加固；對主拱圈橫向開裂或橋臺位移、拱頂下?lián)系墓皹?，則采用順橋向設置鋼筋或鋼拉桿施加預應力進行加固。

3.4 增強橫向聯(lián)系

增強橫向聯(lián)系主要采取兩種方法:一是增大橫向聯(lián)系的剛度，如改橫系梁為橫隔板；一是增加橫向聯(lián)系的數(shù)目。增強橫向聯(lián)系，可使拱圈的受力比較均勻，避免因橫向聯(lián)系不足而產(chǎn)生的各種問題。對于截面整體性較差的拱橋，增強橫向聯(lián)系的意義更為重大。早期修建的雙曲拱橋，橫向聯(lián)系大多比較薄弱，特別是采用預制安裝法施工的橫系梁，更為突出。

4 石拱橋加固實例

4.1 工程概況

某石拱橋位于福建國道G316公路上，該橋計算跨徑25m,橋梁全長41m，橋面總寬7.5m，矢跨比為1/3。建于1992年，設計荷載為汽車-20級、掛車100。由于當時施工原因及原橋設計荷載較低，拱圈及橋臺均出現(xiàn)開裂，因此要求對該橋進行加固設計及施工。

4.2 加固方案

為防止拱圈及橋臺出現(xiàn)變形，采用在拱腹下和橋臺前墻增加厚鋼筋混凝土的形式，并通過錨桿使新鋼筋混凝土層與拱圈及橋臺結(jié)合共同受力。

4.3 施工步驟

（1）搭建施工平臺。

（2）在橋臺和主拱圈肋下定好錨桿的位置，用直徑為30mm的電鉆鉆孔 （20mm的錨桿），鉆孔與拱圈表面垂直，橋臺的錨桿應向下呈45°，錨桿間距為60cm，呈梅花形布置。拱圈錨桿長度為60cm、橋臺錨桿為200cm，用高壓氣將鉆孔內(nèi)的灰塵吹掉，從孔底逐步向孔口填塞入錨固劑直至塞滿為止，將鋼筋旋轉(zhuǎn)插入孔底。

（3）清理主拱圈。待植入筋錨固力達到要求后，用高壓水槍反復噴射混凝土破壞部位和裸露生銹的鋼筋。

（4）修補主拱圈。將水泥、中沙、ZV膠、水按一定的比例調(diào)配聚合物修補砂漿后，將其用抹刀壓入槽中，壓實并抹平；采用灑水和塑料薄膜相結(jié)合的養(yǎng)生辦法對修補的地方進行養(yǎng)護。

（5）布筋。等植入鋼筋錨桿達到設計強度時，將底層鋼筋焊接在錨桿上，底層鋼筋網(wǎng)布置完成后再布置面層鋼筋網(wǎng)，最后按照鋼筋布置圖將所有鋼筋幫扎好。

（6）安裝模板。先安裝好橋臺前墻的模板，剩下模板先搭建好模板骨架，待混凝土澆筑到一定位置時，再鋪設木板。

（7）澆筑混凝土。先兩側(cè)同時對稱澆筑橋臺前墻，在兩側(cè)同時對稱地向拱頂澆注，澆筑混凝土應連續(xù)不間斷地進行作業(yè)。在拱頂時，先裝好里面邊模，外面邊模張開一點便于灌注混凝土，待混凝土初凝后，鑿除多余部分至拱圈平面，用聚合物修補砂漿壓實抹平。其中在拌制混凝土時可添加GMA無收縮自流密實混凝土外加劑，防止新舊混凝土的脫結(jié)和裂縫的產(chǎn)生。

（8）拆模、修飾、養(yǎng)生。常溫下一星期后便可拆模，拆模后露在拱圈外的鐵絲用氧焊吹掉，與拱圈面成凹形，再用聚合物修補砂漿壓實抹平即可。繼續(xù)養(yǎng)生至混凝土養(yǎng)護期，完成整個拱圈加固工作。

5 施工中應注意的主要問題

5.1 拱圈的砌筑問題

修建拱圈，最為重要的是要保證在整個施工過程中拱架受力均勻，變形最小，使拱圈的質(zhì)量符合實際要求。為此，必須選擇適當?shù)钠鲋椒?。施工方法的選擇一般根據(jù)跨徑大小、構(gòu)造型式等分別采用。

（1）跨徑在10m以下的拱圈，通常，可按拱的全寬和全厚，由兩側(cè)拱腳同時對稱地向拱頂砌筑。但應當注意，盡量爭取盡可能快的速度，使在拱頂合攏時，石拱橋拱石砌縫中的砂漿尚未凝結(jié)。

（2）跨徑10～15m的拱圈，最好在拱腳預留縫，由拱腳向拱頂按全寬、全厚進行砌筑。為了防止拱架的拱頂部分上翹，可在拱頂區(qū)段預先壓重。壓重時，一般自拱腳向上砌到1/3矢高左右，就在拱頂1/3L范圍內(nèi)預壓占總數(shù)20%的拱石。待拱圈砌縫的砂漿達到設計強度70%后，再將拱圈預留空縫用砂漿填塞。

（3）大、中跨徑的拱橋，一般采用分段施工或分環(huán)(分層)與分段相結(jié)合的施工方法。分段施工可使拱架變形比較均勻，并可避免拱圈的反復變形。分段的位置與拱架的受力和結(jié)構(gòu)型式有關，一般應設置在拱架撓曲線有轉(zhuǎn)折及拱圈彎矩比較大的地方，如拱頂、拱腳及拱架的節(jié)點處。對于石拱橋，分段間應預留0.03～0.04m的空縫后設置木撐架，混凝土拱圈則應在分段間設混凝土擋板 (端模板)，待拱圈砌筑后再用砂漿 (或埋入石塊、澆注混凝土)灌縫。拱頂處封拱必須在所有空縫填塞并達到設計強度后才能進行。另外，還需注意封拱(合攏)時的大氣溫度是否符合設計要求。如果設計無明確要求，應該在氣溫較低時，如凌晨時，進行。

（4）當跨徑大、拱圈厚度較大，由多層拱石或預制混凝土塊等組成時，可將拱圈全厚分層，即分環(huán)施工。按分段施工法修建好一環(huán)合攏成拱，待砂漿或混凝土強度達到設計要求后，再澆注或者砌筑上面一環(huán)。這樣，第一環(huán)拱圈就能起拱的作用，參與拱架共同承受第二環(huán)拱圈結(jié)構(gòu)的重力。以后個環(huán)節(jié)均按照上述工序進行。分層施工，大大減小了拱架的設計荷載，合攏快，施工安全系數(shù)高，也節(jié)省了拱架。

5.2 拱上建筑的施工問題

拱上建筑施工，應在拱圈合攏，混凝土或砂漿達到設計強度的30%后，才能進行。對于石拱橋，一般來說，應不少于合攏后三晝夜。

拱上建筑施工，應避免使主拱圈產(chǎn)生過大的不均勻變形。實腹式拱上建筑，應由拱腳向拱頂對稱砌筑。在側(cè)墻砌筑好后，再填筑拱腹填料，修建橋面結(jié)構(gòu)后續(xù)工程。空腹式拱橋一般是在腹拱墩砌筑完后，隨即卸落拱架，之后再對稱均衡地砌筑拱圈，以免使主拱圈產(chǎn)生不均勻下沉，導致腹拱圈開裂。在多孔連續(xù)拱橋中，當橋墩不是按施工單向受力墩設計時，仍應注意相鄰孔間的對稱均衡施工，避免使橋墩承受過大的單向推力。在裸拱圈上修建拱上結(jié)構(gòu)的多孔連拱時，更應注意相鄰孔間的對稱均衡施工，以免影響拱圈的質(zhì)量和安全。

6 結(jié)束語

石拱橋是我國傳統(tǒng)的橋梁三大基本形式之一，目前廣泛分布于祖國大地，尤其是農(nóng)村公路上。隨著交通量的增長，越來越多的石拱橋處于病態(tài)中。在對其養(yǎng)護過程中，發(fā)現(xiàn)病害、查明病害原因，并找準合適的維修加固方法，對提高石拱橋的使用壽命有極其重要的意義。

[1]黃玉萍.舊石拱橋病害與加固[J].福建建材,2009.

[2]邢秀清.石拱橋常見橋型與病害分析[J].山西建筑,2010.

[3]方德銘,夏樟華,左小剛.蘇家坡石拱橋病害原因分析及套拱加固[J].世界橋梁,2011.

圖4 施工后的峒口橋

(4)攤鋪碾壓前施工粘結(jié)層：攤鋪前4h，刮涂施工防水粘結(jié)層，破乳固結(jié)后再進行面層攤鋪施工。

2.2.5 養(yǎng)生開放交通

(1)常規(guī)養(yǎng)生：在溫度高于15℃，濕度小于65%的晴天條件下，養(yǎng)生4～5h，即可以開放交通；

(2)實際養(yǎng)生：由于施工為冬季，氣溫低，沒有陽光，濕度大，所以右幅養(yǎng)生時間為18～20h，左幅養(yǎng)生大約4h(因為當天氣溫中午為15℃，有陽光)；

(3)全程施工時間控制：2～3h內(nèi)。

施工后的峒口橋見圖4。

3 結(jié)語

南平市316國道峒口橋橋面修復方案具有無需鑿除舊橋面鋪裝層，施工簡單、便捷、冷拌冷鋪、節(jié)能環(huán)保、養(yǎng)生期短等優(yōu)點，而且業(yè)已經(jīng)過極端低溫與雨季的考驗，目前狀況良好。該橋面鋪裝的實施為有效解決上述舊橋橋面鋪裝問題進行了有益的嘗試，對大量舊橋橋面修復改造、國省道和城市道路路面快速修復將具有借鑒意義。