套拱法加固技術(shù)在小跨徑石拱橋施工中的應(yīng)用

楊勝文

（貴州省臺(tái)江縣交通局，貴州 臺(tái)江 556300）

1 橋梁病害成因

某縣道路上有一座單孔實(shí)腹式石拱橋，拱圈為等截面圓弧拱，凈跨徑6m，凈矢跨比1/4。拱頂處橋面寬約7.0m，主拱圈寬8.9m，厚0.4m，拱頂處填料厚度約3.0m。橋臺(tái)為輕型橋臺(tái)，基礎(chǔ)采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。

1.1 主要病害

質(zhì)量檢測(cè)單位對(duì)橋梁進(jìn)行了檢查和測(cè)繪，發(fā)現(xiàn)主拱圈開(kāi)裂嚴(yán)重，共出現(xiàn)5條明顯的縱向裂縫,5條裂縫中有3條貫通整個(gè)拱圈，并延伸至拱座，其中上、下游側(cè)墻與主拱圈交界處附近各有一條裂縫最寬，上游最寬50mm，下游最寬40mm；另有2條裂縫從拱腳延伸至拱圈1/4 處，拱腳附近有一道貫通的橫向裂縫，寬約5mm;上游兩側(cè)擋墻有明顯豎向裂縫,寬約15mm；下游側(cè)墻也出現(xiàn)明顯的裂縫,寬約10mm。該橋基礎(chǔ)置于碎石墊層的卵石層上,地質(zhì)狀況較差,基礎(chǔ)沖刷嚴(yán)重；拱圈填縫材料的強(qiáng)度很低，部分用手即可捏碎的風(fēng)化石。根據(jù)JTGH11-2004 公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范,該橋一般評(píng)定結(jié)果為五類(lèi),已不能滿足通行公路Ⅱ級(jí)荷載的要求,需及時(shí)進(jìn)行綜合整治。

1.2 病害成因分析

主拱圈裂縫產(chǎn)生的原因主要在于主拱圈橫橋向受壓不均勻,加上橋梁填縫材料強(qiáng)度很低,主拱圈整體性較差所造成。此外,根據(jù)縱向裂縫已貫通至基礎(chǔ)的情況,可判斷基礎(chǔ)不均勻變形也是該橋縱向裂縫產(chǎn)生的主要原因之一。

2 加固整治方案及設(shè)計(jì)

2.1 方案選擇

在進(jìn)行整治方案設(shè)計(jì)時(shí),主要考慮了以下4種方案:增大拱圈截面法、原拱圈下建圓管涵或箱涵改造法、原路面下建簡(jiǎn)支梁橋改造法、套拱法。從現(xiàn)行的套拱法加固石拱橋?qū)嵗皣?guó)外資料查證,套拱法比較適宜跨徑10m 以下且滿足基礎(chǔ)承載力的石拱橋加固。根據(jù)上述論證分析,要根治此橋病害可采用套拱法的加固方案,施工期間應(yīng)禁止10t 以上汽車(chē)通行,以保證施工質(zhì)量和交通安全。套拱法加固本橋的基本方法為:先處理原拱圈的裂縫，然后對(duì)原拱圈灌漿，使之整體性加強(qiáng)，再采用灌漿法處理基礎(chǔ)?；A(chǔ)處理完成后在原拱圈下澆筑一層厚約40cm的鋼筋混凝土套拱，套拱施工完成后再在其與原拱圈之間灌漿。套拱也采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，將基礎(chǔ)設(shè)在滿足荷載的持力層或巖石上。

2.2 套拱結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)

套拱結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素有：承載能力要求、盡可能小的壓縮孔徑、施工方便可行等。由于作用在套拱上荷載的大小及作用狀態(tài)不十分清楚，它與地質(zhì)情況、跨徑大小及原橋技術(shù)狀況有關(guān)，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)定性的分析，參照有關(guān)技術(shù)資料確定其結(jié)構(gòu)尺寸。套拱的外形尺寸應(yīng)和原橋斷面尺寸相匹配，頂部為圓弧拱，兩側(cè)立墻與橋臺(tái)身相連。為加強(qiáng)其整體性采取壓漿措施。在選擇套拱材料時(shí)考慮到該橋地質(zhì)情況不良,采用了鋼筋混凝土。套拱設(shè)計(jì)厚度參照《日本山嶺隧道技術(shù)規(guī)范及解釋》推薦的混凝土襯砌設(shè)計(jì)厚度數(shù)值，如表1所示。

表1 混凝土襯砌設(shè)計(jì)厚度推薦值

該橋原跨徑為6m，套拱加固后凈斷面為5.17m，確定套拱設(shè)計(jì)厚度采用34cm～48cm。

3 施工步驟及要點(diǎn)

3.1 施工步驟

步驟1：進(jìn)行原拱圈處置,包括填補(bǔ)裂縫、灌漿等。

步驟2：第一次回填片石混凝土；澆筑C30 鋼筋混凝土拱座，預(yù)留20cm 高與拱圈一起澆筑；第二次回填片石混凝土。

步驟3：開(kāi)挖拱下填土至設(shè)計(jì)高度；澆筑C20 素混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)（注意預(yù)留灌漿孔）；灌漿處理基座下碎石墊層。深入墊層150cm，傾角60°，橫橋向每2m 1個(gè),每側(cè)共6個(gè)。

步驟4:由拱腳向拱頂澆筑拱圈（預(yù)留灌漿孔）。

步驟5：在原拱圈與新拱圈之間灌漿。

步驟6：側(cè)墻裂縫灌漿。

3.2 施工要點(diǎn)

3.2.1 施工工序

填補(bǔ)原拱圈裂縫→原拱圈縱縫灌漿→挖出拱下填土及石塊→澆筑套拱基礎(chǔ)→灌漿處理基礎(chǔ)→回填片石混凝土→立模澆筑兩側(cè)墻身（預(yù)留20cm 同拱圈一起澆筑）→分段澆筑拱圈→新舊拱圈之間灌漿→側(cè)墻裂縫灌漿。

3.2.2 填補(bǔ)拱圈裂縫要點(diǎn)

對(duì)于原拱圈裂縫，如果寬度小于3cm，則直接用砂漿填補(bǔ),寬度大于3cm的裂縫，拱圈縱向每隔20cm左右量取裂縫的形狀和深度，利用切割機(jī)將石料 (強(qiáng)度等級(jí)不小于MU30切割成大致相同的形狀 (尺寸應(yīng)小于裂縫尺寸1cm～2cm),石塊表面抹一層砂漿后塞入裂縫，注意不得強(qiáng)行敲打、撞擊石料使其進(jìn)入裂縫。每道縱縫每隔60cm左右預(yù)留一個(gè)灌漿孔,其深度應(yīng)大于拱圈厚度1cm～3cm。

3.2.2.1 原拱圈縱縫壓漿要點(diǎn)

灌漿孔布置:工地應(yīng)按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件及漿液配方做灌注試驗(yàn)以確定有效注漿半徑,確保有效注漿半徑大于60cm。每道空縫配合灌漿孔,至少有一個(gè)排水孔注漿嘴及排水(氣)孔管埋設(shè):注漿嘴及排水(氣)孔管均采用埋入式。埋深大于拱圈厚度1cm～3cm。空縫封閉:除注漿嘴及排水(氣)管外,其他一定范圍內(nèi)空縫及有可能漏漿處都要采取封閉措施,以免出現(xiàn)跑漿、漏漿現(xiàn)象。封閉空縫及堵漏采用封縫砂漿。密封檢查:待封縫砂漿固化后,沿縫涂抹肥皂水,并從壓漿嘴向縫中通入壓縮空氣,若無(wú)冒泡現(xiàn)象,表示密封效果良好,否則應(yīng)予以修補(bǔ)。壓注水泥砂漿:配制水泥砂漿,采用純壓法進(jìn)行灌漿。由于該橋原拱圈開(kāi)裂嚴(yán)重,為防止一次灌漿過(guò)多對(duì)拱圈產(chǎn)生不利,應(yīng)采用多次灌漿技術(shù),每個(gè)壓漿嘴第一次注漿量應(yīng)小于20L。第一次注漿強(qiáng)度達(dá)到70%后進(jìn)行第二次灌漿,每個(gè)壓漿嘴第二次注漿量應(yīng)小于20L,第二次注漿強(qiáng)度達(dá)到70%進(jìn)行第三次灌漿。壓漿后的封口處理:待封縫砂漿固化后,沿縫涂抹肥皂水,并從壓漿嘴向縫中通入壓縮空氣,若無(wú)冒泡現(xiàn)象,表示密封效果良好,否則應(yīng)予以修補(bǔ)。

3.2.2.2 基礎(chǔ)灌漿施工要點(diǎn)。

待新建的C20 素混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)澆筑完成后再進(jìn)行基礎(chǔ)灌漿,緊靠每側(cè)基座預(yù)留6個(gè)注漿孔,橫橋向每2m，1個(gè),孔深應(yīng)進(jìn)入基礎(chǔ)1.5m,采用三次灌漿技術(shù)施工。每個(gè)灌漿孔第一次灌漿量不應(yīng)小于300L,第二、第三次灌漿量不應(yīng)小于200L。施工時(shí)注意引導(dǎo)上游流水以免影響灌漿效果。

3.2.2.3 拱圈施工要點(diǎn)

拱圈混凝土厚僅40cm左右,綁扎鋼筋、澆筑混凝土較困難,因此,將每段分成5 塊拱盔,每塊寬度1.0m,用5 排木支架支撐,先支起1 塊拱盔,外側(cè)釘上側(cè)模板,采用人工填料,混凝土坍落度控制在0～1.0之間,填料順序從兩側(cè)拱腳向拱頂延伸,并及時(shí)振搗夯實(shí),即將澆完第一塊時(shí),再支撐起第二塊拱盔,以此類(lèi)推。第一段拱圈澆筑完畢后噴水養(yǎng)生,強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)的80%以上時(shí)拆除模板。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)石拱橋眾多,在長(zhǎng)時(shí)間的營(yíng)運(yùn)過(guò)程中,不少石拱橋在出現(xiàn)了一些病害,嚴(yán)重影響了橋梁的正常使用和通行能力以及橋梁的使用壽命,需要進(jìn)行維修加固和改造以提高荷載等級(jí)。本文分析了某小跨徑石拱橋的病害情況,并詳細(xì)論述了采用套拱法對(duì)其進(jìn)行加固處治的設(shè)計(jì)方法和施工要點(diǎn),指出套拱法在技術(shù)上是可行的,且節(jié)約了工程造價(jià),減少了社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失。

[1]勾潔,邢德兆.石拱橋套拱法加固技術(shù)研究[J].

[2]JTJ021-89,公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].