杜 欣

(重慶邁瑞城市建設投資有限責任公司， 重慶 400038)

0 引言

拱橋是我國常用的橋梁型式之一。拱是主要承受壓力的結構，因此可以充分利用抗拉性能較差而抗壓性能較好的圬工材料(石料、混凝土、磚)來建造拱橋[1]。我國石拱橋基本修建于20世紀，經過長時間的運營，已不能滿足現行荷載要求，出現了多種類型的病害，部分橋梁存在承載力不足的問題。因此，本文對拱橋病害及其加固方法進行分類分析，為同類病害的處治提供參考。

1 常見病害總結

結合重慶市巴南區(qū)(普仁橋、鴨卜凼橋、洪龍橋、高洞塘橋)、武隆區(qū)(石橋溝橋)、忠縣(紅旗橋、元豐一號橋、元豐二號橋)、渝涪高速(長溝中橋)和四川省瀘州市(灣灘橋、白馬灘橋、銅貫溪橋、苦橋)等13座石拱橋病害的現場勘查情況，將石拱橋病害分成3類。

1.1 上部結構病害

石拱橋的上部結構由主拱圈和拱上建筑構成。

石拱橋主拱圈的常見病害包括：拱圈砌縫開裂、砌縫脫落、塊石風化、塊石破損脫落、塊石錯動、滲水泛白等。主拱圈的主要病害如圖1、圖2所示。

圖1 主拱圈風化、松動、破損

圖2 主拱圈縱向裂縫

石拱橋拱上建筑常見的病害包括：腹拱圈開裂、腹拱圈砌縫脫空、塊石風化、腹拱圈滲水泛白長草等。拱上建筑的主要病害如圖3、圖4所示。

圖3 腹拱圈根部開裂

圖4 腹拱與側墻間裂縫

主拱圈是上部結構最主要的承重結構，將其病害分為裂縫、塊石風化和滲水3類進行統(tǒng)計，結果見表1。由表1可知，拱橋病害中主拱圈的裂縫、塊石風化及滲水的占比都在50%以上。

表1 主拱圈病害統(tǒng)計表序號橋梁名稱裂縫塊石風化滲水1普仁橋開裂嚴重塊石風化及表面脫落、錯動滲水泛白2鴨卜凼橋根部豎向裂縫無無3洪龍橋縱向裂縫塊石松動、破碎水漬、鹽析4高洞塘橋無無水漬、鹽析5石橋溝橋砌縫不飽滿無滲水6紅旗橋無塊石風化滲水7元豐一號橋砌縫脫落塊石風化無8元豐二號橋無塊石風化無9長溝中橋無無滲水泛白10灣灘橋縱向裂縫、砌縫脫落塊石風化無11白馬灘橋縱向裂縫無滲水12銅貫溪橋主拱與側墻間裂縫塊石風化滲水泛白13苦橋縱向裂縫、砌縫脫落無滲水嚴重 同種病害 橋梁數量979 占比69%54%69%

1.2 下部結構病害

石拱橋的下部結構由橋墩、橋臺和基礎構成。

下部結構常見病害包括：橋臺前墻豎向裂縫、側墻開裂、側墻砌縫脫落、墩臺條石風化、墩臺滲水泛白等，如圖5和圖6所示。

圖5 橋臺前墻豎向裂縫

圖6 橋臺前墻滲水

1.3 橋面系病害

橋面系主要包括橋面鋪裝、護欄、人行道等。

橋面系常見病害包括：橋面鋪裝開裂破損、護欄條石破損缺失、橋臺與路堤結合處未接順引起跳車等，如圖7和圖8所示。

圖7 橋面鋪裝開裂

圖8 護欄條石破損缺失

2 主要病害原因分析及加固方法

結合石拱橋自身的結構特性及現場實際環(huán)境，對13座石拱橋主要病害原因及其加固處治方法進行分析：

2.1 主拱圈縱向貫通裂縫

洪龍橋、灣灘橋、白馬灘橋和苦橋均出現了主拱圈縱向貫通裂縫，裂縫多沿砌縫開裂，且裂縫延伸至橋臺前墻。

病害原因分析：重車長期偏載和塊石風化導致強度下降，拱上填料透水性差導致排水不暢，引起主拱圈剪切開裂?？v向裂縫與橋臺前墻豎向裂縫連成一體，如有從橋臺基礎由寬變窄的趨勢，則可能是橫橋向基礎的不均勻沉降導致主拱圈開裂。

加固方法：1)更換拱上填料；2)主拱圈拱腹增設1層鋼筋混凝土套拱，以提高承載能力和安全儲備，同時防止縱向裂縫繼續(xù)發(fā)展。如果是因為地基沉降造成的，則應對地基進行壓漿固化處治。

2.2 主拱圈砌縫脫落

灣灘橋和苦橋出現了主拱圈砌縫脫落。

主拱圈條石間砌縫脫落可能的原因為：在長期車輛荷載沖擊下，條石之間相互擠壓，砌縫在漫水、浸泡、侵蝕等多種因素影響下松散脫落。

加固方法：對于寬度<2mm的裂縫，采用裂縫封閉膠直接封閉的方法；寬度≥2mm的裂縫，首先采用壓力灌注水泥漿，然后用M10砂漿對砌縫進行修補。

2.3 主拱圈(腹拱圈)與側墻間裂縫

銅貫溪橋出現了主拱圈與側墻間裂縫，元豐一號橋、元豐二號橋、長溝中橋均出現了腹拱圈與側墻間裂縫。

病害原因分析：由于側墻與拱圈受力方向不一致，使兩者變形不一致，在長期溫度變形和汽車沖擊作用下，側墻和拱圈之間產生沿著砌筑縫開裂的病害。

加固方法：先按照主拱圈砌縫脫落的治理方法進行封閉處理,提高橋梁耐久性；再視病害情節(jié)嚴重情況進行新增套拱加固。

2.4 塊石風化破碎

塊石風化破碎主要是因為長期溫度變化以及水和空氣的自然作用產生的。

加固方法：鑿除拱圈剝落、松散、風化表層，對掉塊、空洞等進行修補，若個別塊體壓碎或脫落，采用M10砂漿或新的塊體進行填塞更換，更換時注意保證嵌擠和填塞緊密。

2.5 橋面鋪裝開裂破損

重載車輛直接作用在橋面上，橋面在活載的反復作用下產生開裂。白馬灘橋面鋪裝縱向裂縫與主拱圈橫向裂縫位置上、下對應，可能是主拱圈裂縫反射造成的。

1)橋面裂縫：對于縫寬在5mm以下的縱、橫裂縫，清除縫內雜物及塵土后直接采用流動性較好的熱改性瀝青灌縫，灌入深度為20mm；對于縫寬在5mm以上的縱、橫裂縫，用具有自動跟蹤裂縫功能的開槽機擴縫至1.5cm以上，清除槽內雜物和灰塵后采用瀝青馬蹄脂進行灌縫處理，開槽和灌縫深度為40mm。

2)橋面坑槽處治：將出現坑糟病害的地方在縱、橫2個方向進行擴挖處理，各結構層間預留15cm寬的錯縫合階，采用瀝青混凝土進行修復，因為接縫邊緣需粘封縫膠，所以其上緣應低于路面0.5cm；挖補區(qū)域應采用振動壓路機或振動平板夯進行壓實。

3 加固實例

3.1 武隆區(qū)石橋溝橋加固案例

3.1.1工程概況

石橋溝橋地處重慶武隆，位于S204線上，橋位樁號為K63+620，建于1973年。該橋橋拱圈寬7m，行車道寬5m。上部結構為凈跨9m的實腹式石拱橋，f0/L0=1/4.3，主拱圈厚50cm，下部結構為重力式U形橋臺,如圖9所示。

a) 實拍圖

b) 立面圖

原橋設計主要技術標準： ① 道路等級為四級；② 汽車荷載等級為汽-20級；③ 橋面寬度為7m。

根據《重慶市武隆縣省道S204梁彭路石橋溝橋(K334+036)定期檢查報告》，石橋溝橋技術狀況等級為3類，需要進行中修。另外，由于運營期間車流量和實際通行車輛荷載水平不斷增大，業(yè)主決定對石橋溝按照三級公路標準進行提載，并將橋面寬度由7.0m拓寬到8.0m。

3.1.2橋梁病害及原因分析

1) 主拱圈砌縫脫落。

主拱圈條石間砌縫脫落、不飽滿的原因分析：在長期車輛荷載沖擊下，條石之間相互擠壓，再加上砌縫自身老化、風化、雨水侵蝕等多種因素導致砌縫松散脫落。

2) 拱上側墻和橋臺側墻滲水嚴重。

拱上側墻及橋臺側墻滲水嚴重的主要是因為拱上側墻和橋臺側墻是不規(guī)則塊石干砌而成的，砌石間無砌縫，橋面無排水設施，施工工藝不規(guī)范。

3.1.3加固設計荷載標準及目標

1) 加固設計荷載標準：① 提升道路等級至三級公路；② 提升設計荷載等級至公路-II級；③ 拓寬橋面寬度至0.5m(防撞護欄)+7m(車行道)+0.5m(防撞護欄)。

2) 設計目標： ① 對原橋病害進行處治，提高耐久性；② 對原橋條石間進行勾縫，提高圬工結構整體性；③ 按照三級路標準進行橋面拓寬，重新澆筑新的橋面；④ 新澆筑鋼筋混凝土套拱，將大橋設計荷載提升至公路-II級；⑤ 按照規(guī)范增設防撞護欄，降低運營風險；⑥ 增設橋面排水，增加耐久性；⑦ 處治其他病害，改善橋梁使用性能和美觀。

3.1.4加固設計方法

1) 主拱圈圬工砌體、砌縫脫落處治。

針對主拱圈砌縫脫落、側墻和橋臺前墻圬工砌體未設置勾縫的問題，首先進行修補處治，以提高結構的耐久性。然后按照下列方法進行處治：① 對主拱圈圬工砌體的砌縫脫落，采用環(huán)氧砂漿進行修補和重新勾縫；② 對于拱上側墻和橋臺前墻未設置勾縫的圬工砌體，采用水泥砂漿進行勾縫。

2) 圬工砌體表面缺陷修補。

鑿除圬工砌體的剝落、松散、風化表層，采用環(huán)氧砂漿進行表面修補。若個別圬工砌體壓碎或脫落，采用M10砂漿或新的塊體進行填塞更換，更換時應保證嵌擠和填塞緊密。砌縫砂漿若發(fā)生松散或脫落，應清除松散砌縫后，重新用水泥砂漿進行修補勾縫。

3) 主拱圈增加套拱。

主拱圈拱腹增設1層厚25cm的C40鋼筋混凝土或C40微膨脹自密實混凝土套拱，將原橋荷載等級提升至公路-II級。

新增套拱主筋在桐梓岸植入巖層，在后坪岸與拱座鋼筋綁扎在一起，因此拱腳邊界條件為固結。根據規(guī)范[2]，對于無鉸拱，計算長度應取0.36倍的拱軸線長度，本橋拱軸線長10.03m，故計算長度為3.61m。主拱圈關鍵截面采用橋梁博士中的截面設計功能進行偏心受壓承載力驗算，主拱圈各個關鍵截面抗壓承載力驗算情況見表2。

表2 套拱截面強度驗算結果驗算位置驗算工況軸力/kN彎矩/(kN·m)抗壓承載力/kN安全系數軸力最大4 323.3339.244.03×1047.98拱腳軸力最小2 655.21-436.526.69×1032.38彎矩最大3 464.70358.561.17×1043.12彎矩最小3 892.30-738.905.66×1031.37軸力最大3 324.24-73.053.31×1048.511/4跨軸力最小1 757.7184.992.23×10410.98彎矩最大2 531.5427.956.48×1032.41彎矩最小2 774.88-163.941.94×1046.05軸力最大3 119.3614.674.27×10411.703/8跨軸力最小1 597.34172.891.11×1046.45彎矩最大2 335.2486.745.07×1032.06彎矩最小2 798.52-187.311.76×1045.47軸力最大3 028.84242.741.53×1044.49拱頂軸力最小1 557.85178.981.03×1046.16彎矩最大2 303.45466.465.22×1032.15彎矩最小2 641.08-143.762.05×1046.74

由表2可知，石橋套拱截面抗壓承載力最小安全系數為1.37，軸向力設計值為3892.3kN，抗壓承載力為5330kN，其余關鍵截面強度驗算均滿足要求。

4) 橋面板設置挑梁加寬。

通過拆除和更換橋面板徹底整治橋面病害，同時通過設置懸臂結構，將橋面寬度由7.0m拓寬到8.0m。按照施工順序，具體設計方法為：① 拆除原橋橋面護欄及橋面鋪裝，拆除35cm拱上填料，拆除15cm拱上側墻；② 拱上填料位置回填20cm的C30素混凝土，高度與側墻頂平齊；③ 綁扎鋼筋后澆筑25cm的C40鋼纖維混凝土做實心橋面板，左、右兩側各設置50cm懸臂;④鋪設5cm瀝青混凝土鋪裝。

加固前、后的橋面結構層對比圖如圖10所示。

圖10 加固前、后橋面結構對比圖(單位： cm)

5) 其他病害處治。

對橋梁拱上側墻、橋臺側墻用水泥砂漿進行勾縫處治。重新澆筑防撞護欄，重新設置橋面排水，清除原圬工結構物上的植物、建筑垃圾等。

4 結語

本文依托西南地區(qū)13座石拱橋的加固設計實踐，經橋梁管養(yǎng)單位反饋，維修加固效果明顯，有效遏制了病害的發(fā)展，截止目前橋梁運行狀態(tài)良好。