石拱橋維修加固施工方法

裴 偉 良

(山西路橋集團(tuán)國際交通建設(shè)工程有限公司，山西 太原 030006)

石拱橋維修加固施工方法

裴 偉 良

(山西路橋集團(tuán)國際交通建設(shè)工程有限公司，山西 太原 030006)

介紹了石拱橋常見病害以及原因,包括主拱圈開裂，腹拱圈開裂，基礎(chǔ)病害和橋臺及橋面病害，并提出了對應(yīng)的加固維修措施——加固舊橋措施，錨噴加固技術(shù)，改變荷載力線加固技術(shù)以及基礎(chǔ)加固技術(shù)。在實際應(yīng)用中，相關(guān)人員一定要根據(jù)實際情況分析趨利避害，合理選擇維修技術(shù)，使維修加固效果達(dá)到最優(yōu),使我國的石拱橋利用率最大化，給國民提供最優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

石拱橋，施工，維修加固

0 引言

本文通過對石拱橋常見的病害進(jìn)行分析，包括主拱圈開裂情況，腹拱圈開裂的情況以及石拱橋基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)病害和石拱橋橋臺及橋面病害。通過對病害進(jìn)行分析處理，結(jié)合實際的病害提出了集中常見維修加固方法：加固舊橋措施，錨噴加固技術(shù)，改變荷載力線加固技術(shù)以及基礎(chǔ)加固技術(shù)，希望能為以后石拱橋的維修加固提供借鑒方法。

1 石拱橋出現(xiàn)的常見病害

1.1主拱圈開裂

石拱橋出現(xiàn)最常見的病害就是主拱圈的開裂，其主要是因為在石拱橋設(shè)計初期時沒有選擇合適的拱軸導(dǎo)致施工時出現(xiàn)拱圈的變形，石拱橋的荷載壓力線與拱軸的中心線偏離開裂。眾所周知，石拱橋的拱圈中受力的部位是石拱橋的受壓構(gòu)件，主拱圈開裂分為縱向開裂以及橫向開裂。橫向開裂的原因主要是石拱橋的拱石受到了橫向的擠壓。在建造拱圈時，砂漿以及混凝土沒達(dá)到要求的強度，脫模時間過短導(dǎo)致拱圈出現(xiàn)下沉，砌縫開裂以及拱石爆裂。在砌層的時候，第一層的拱石基本達(dá)到強度要求，此時支架下沉就導(dǎo)致拱圈開裂。縱向開裂的現(xiàn)象也是石拱橋常見的問題，出現(xiàn)縱向開裂的現(xiàn)象也是因為砌體的建筑材料抗壓不足導(dǎo)致的。在測量計算石拱橋設(shè)計時都要考慮整個拱圈的截面共同抗壓能力，但是由于移動的荷載以及集中的荷載導(dǎo)致拱橋的變性不協(xié)調(diào)，出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象。如果在施工時沒有采取意環(huán)和內(nèi)環(huán)交錯搭建，則在拱圈的下部發(fā)生縱向的開裂。

1.2腹拱圈開裂

石拱橋腹拱圈開裂的原因只有幾點，最主要的是石拱橋的腹拱過于平坦，太平坦的腹拱會導(dǎo)致石拱橋產(chǎn)生很大的腹拱力，令施工的質(zhì)量下降并且石拱橋的拱圈出現(xiàn)裂縫。另外就是在施工階段存在處理不當(dāng)?shù)牧芽p，石砌的腹拱圈鉸石需要采用堅硬而且沒有裂紋的石料，如果在施工中沒有達(dá)到指定的硬度就會造成鉸石的開裂。另外就是腹拱圈的跨度過大，橫向的剛度不足也會導(dǎo)致腹拱圈承擔(dān)的荷載過大，令腹拱圈開裂。在一般石拱橋的腹拱圈中上側(cè)墻以及拱圈形成的聯(lián)合截面中有石條縱向強度以及縱向剛度，當(dāng)有車輛通過時，車輛的荷載難以直接作用于石拱橋的邊緣造成石拱橋腹拱圈剛度很大但受力很小，出現(xiàn)變形不一致時導(dǎo)致開裂的現(xiàn)象。此外，由于在石拱橋的后期填料中填料不良導(dǎo)致橋體的膨脹，擠壓腹拱圈導(dǎo)致撕裂。

1.3基礎(chǔ)病害

石拱橋的橋墩出現(xiàn)基礎(chǔ)的病害通常是由于石拱橋的基礎(chǔ)不穩(wěn)定，地基軟化和掏空導(dǎo)致的。橋墩出現(xiàn)不均勻傾斜以及沉降的現(xiàn)象通常是在小型的石拱橋出現(xiàn)的，一般是跨度比較少的橋體[1]。其產(chǎn)生的原因是因為石拱橋的基礎(chǔ)建設(shè)設(shè)施沒有放置在基石上，當(dāng)?shù)鼗S著時間的增長發(fā)生軟化以后就會導(dǎo)致石拱橋的承載力下降。在早期的石拱橋建設(shè)中由于施工的技術(shù)限制，無法對基層的巖石進(jìn)行深入開挖，導(dǎo)致石拱橋的跨度不大，基礎(chǔ)被掏空。在石拱橋經(jīng)歷河道變遷或者長時間的水流沖刷以后就容易出現(xiàn)此類病害。在早期建造石拱橋時還由于經(jīng)濟的約束導(dǎo)致石拱橋跨度縮小，石拱橋橋向河道收縮，壓縮了河道面，在石拱橋遭遇大的洪水時，水流沖刷石拱橋基腳將其掏空，導(dǎo)致石拱橋出現(xiàn)崩塌裂縫等病害。

1.4橋臺及橋面病害

石拱橋橋面病害主要有路面的沉降，混凝土板斷裂以及伸縮縫破壞。在空腹式的石拱橋中橋面開裂主要是由于在石拱橋拱腹施工填料的過程中填料不足，無法壓實。在實際的石拱橋填料中需要使用沙石以及碎石，再通過人工壓實的方法進(jìn)行建筑，但是在早期的石拱橋建設(shè)中通常使用土料進(jìn)行填筑，達(dá)不到石拱橋需要的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致石拱橋路面出現(xiàn)沉降。另外就是石拱橋的拱頂斷裂，如果石拱橋的混凝土板沒有在施工的前期留有縫隙，那么混凝土板極其容易在反復(fù)的擠壓后出現(xiàn)斷裂，在承受車輛的荷載以后會產(chǎn)生不均勻的壓縮變形，使得石拱橋后臺混凝土板破裂。石拱橋由于腹橋的存在，為了適應(yīng)橋體的變形需要，側(cè)面的橋體與橋結(jié)構(gòu)需要設(shè)置伸縮縫以及變形縫，在車輛荷載的作用下橋面不均勻變形壓縮，在后期排水不當(dāng)造成伸縮縫中填料積水形成路面破壞。

2 石拱橋維修加固措施

2.1加固舊橋措施

對于石拱橋的維修加固可以采用加固舊橋的方式，通過對原石拱橋的主拱圈進(jìn)行植入鉚釘，然后再進(jìn)行鋼筋網(wǎng)的拉結(jié)，對石拱橋的表面進(jìn)行噴砂，使用速凝劑對混凝土進(jìn)行加固，從而建設(shè)出復(fù)合的主拱圈。再將石拱橋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴大，與原石拱橋進(jìn)行良好的結(jié)合。使用石拱橋噴砂加錨技術(shù)能夠快速地使原拱圈與新拱圈牢固結(jié)合，最大程度地對裂縫進(jìn)行封閉，有效防止拱圈石化，減少對施工期間車輛的通行。另外也可以采取外套拱圈進(jìn)行加固。其中拱圈分為內(nèi)襯拱圈，拱背加固以及套箍加固。其中內(nèi)襯拱圈主要是對原來的拱圈進(jìn)行灌漿，使得原拱圈達(dá)到一定的截面厚度，再根據(jù)石拱橋的實際情況進(jìn)行調(diào)整，可以通過在原拱圈上垂直填料，增設(shè)鋼筋網(wǎng)，并且在原來的切口處形成剪力槽，保證石拱橋的拱圈截面不受空間的限制，提高橋梁的整體承載力，使得石拱橋的結(jié)構(gòu)美觀，施工徹底。而拱背的加固主要是通過在石拱橋拱背處設(shè)置混凝土拱圈，通過把舊的石料與新澆筑混凝土結(jié)合，在原來的拱背上鉆孔處理，加大舊有石拱橋以及新石拱橋的緊密程度。另外就是對舊有石拱橋進(jìn)行套箍加固的辦法，在拱背以及腹拱的部分增設(shè)鋼筋，對原來的舊石拱橋結(jié)合實際情況進(jìn)行調(diào)整，將舊有石拱橋和新的材料套箍結(jié)合，達(dá)到加固石拱橋，減少病害對于橋體的使用的目的。

2.2錨噴加固技術(shù)

錨噴加固技術(shù)主要是利用錨插入原石拱橋中進(jìn)行鋼筋網(wǎng)的架設(shè)，然后再噴射適量的加有速凝劑的混凝土，令石拱橋表面形成復(fù)合的主拱圈，通過增加結(jié)構(gòu)的尺寸達(dá)到分擔(dān)荷載的目的，提高石拱橋整體的承載能力。在增設(shè)大截面的同時會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)荷載增加的問題，此時需要對原石拱橋的結(jié)構(gòu)結(jié)合組合一個疊合的構(gòu)件。在進(jìn)行噴錨的工作之前對石拱橋的工作面進(jìn)行清理，保證噴錨的混凝土能夠有更好的粘合效果，通過人力將其鑿成厚度為0.5 cm的層面。相關(guān)的施工人員需要嚴(yán)格按照噴砂技術(shù)的要求進(jìn)行施工，在選定合適的位置以后再用粉筆進(jìn)行標(biāo)號鉆孔。開鉆以后如果遇到了鋼筋不可以盲目的繼續(xù)，需要對鉆頭進(jìn)行清洗并且向內(nèi)注入水泥將其堵住。最后的步驟就是插桿，插入孔洞的最低處，如果在插入的過程中遇到空隙也需要將插桿及時拔出，在錨桿穩(wěn)定以后需要對泥漿保留足夠的時間，在等到泥漿的強度達(dá)到要求以后才能進(jìn)行后續(xù)的施工。

2.3改變荷載力線加固技術(shù)

改變荷載力線加固技術(shù)的方法主要是通過使用懸鏈線的空腹拱軸，利用其與三絞拱之間的壓力，把拱頂以及拱腳處的每一個點進(jìn)行相應(yīng)的重合。通過對石拱橋的結(jié)構(gòu)研究可以知道，石拱橋的壓力線和拱軸線會在拱中出現(xiàn)張力以及內(nèi)部的壓力。在施工的設(shè)計中就需要將實際的壓力線和拱軸線之間的偏離進(jìn)行修正，加固荷載力線時通過加固拱上荷載，把實際的壓力線與拱軸線重合，把石拱橋的結(jié)構(gòu)受壓進(jìn)行合理分配。在拉設(shè)荷載線時需要將實際的懸鏈線鋼筋網(wǎng)架設(shè)在石拱橋的腹部，保證在施工的時候鋼筋網(wǎng)能夠穩(wěn)定固定在石拱橋上。大部分的石拱橋都是以腹拱式為主要的設(shè)計模型建造的，拱上的建筑荷載通常都會很大，通過改變荷載力線能很好地解決這類問題。

2.4基礎(chǔ)加固技術(shù)

石拱橋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)病害主要還是和拱圈的裂縫沉降不均勻以及回填料的質(zhì)量有關(guān)?；A(chǔ)加固的技術(shù)主要有增大基礎(chǔ)斷面加固和拉桿加固。增大基礎(chǔ)斷面加固主要是應(yīng)對石拱橋基礎(chǔ)被沖刷掏空導(dǎo)致的病害[2]，通常采用澆筑混凝土進(jìn)行包裹舊的石拱橋橋體，在基礎(chǔ)發(fā)生沉降的時候通過壓漿的技術(shù)進(jìn)行加固，在原石拱橋旁鉆孔，將一定量的水泥混凝土漿通過壓力注入注漿孔內(nèi)，并且把其進(jìn)行固結(jié)，通過現(xiàn)場注漿的方式固結(jié)舊有的石拱橋，從而提高石拱橋的承載力。注入的漿液的比例需要結(jié)合實際的土質(zhì)進(jìn)行決定，不同的石拱橋采用不同濃度的漿液，一般來說跨度較大的石拱橋其地基的承載能力比較高，當(dāng)這一類的石拱橋出現(xiàn)沉降時加固十分困難，需要從石拱橋的上部著手進(jìn)行減負(fù)達(dá)到加固的效果。拉桿加固則需要石拱橋的硬度以及強度足夠，保證石拱橋側(cè)墻外傾得到處理，這就需要采用拉桿處理，在石拱橋側(cè)墻進(jìn)行水平打孔，通過拉鋼筋的方法對石拱橋側(cè)墻加固。

3 結(jié)語

石拱橋的維修加固需要考慮到的因素有許多，涉及的問題也眾多，是公路部門需要面對的重要問題。在治理石拱橋的病害時需要選擇技術(shù)可行，投資節(jié)約以及滿足實際能用性的方案，結(jié)合實際石拱橋出現(xiàn)的病害進(jìn)行深入研究，分析實際情況趨利避害，合理選擇維修技術(shù)，甚至結(jié)合實際的情況采用多種技術(shù)綜合指導(dǎo)，使維修加固效果達(dá)到最優(yōu)。

[1] 韓 靜.高層建筑施工過程混凝土工程質(zhì)量控制法[J].江西建材,2016(7):53-54.

[2] 江晉寧.高層建筑工程質(zhì)量控制措施研究[J].湖南城市學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2016(1):19-20.

Onthemaintenanceandreinforcementconstructionmethodofstonearchbridge

PeiWeiliang

(ShanxiInternationalTrafficConstructionandEngineeringofRoadandBridgeCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)

The paper mainly introduces the common damage and the reasons of stone arch bridges, including the main arch ring cracks, the abdominal arch ring cracks, the abutment deformation, and the arch fracture. What’s more, the author proposed the related strengthening measures according to the above situations-the measures of reinforcing old bridge, the technology of anchoring and shotcreting, changing the load line and reinforcing the foundation. In our actual construction,we must analyze the actual situation and choose the reasonable maintenance technology to achieve the best effect in the aspects of maintenance and reinforcement so that we can offer the quality service to our country and people.

stone arch bridge, construction, maintenance and reinforcement

1009-6825(2017)32-0155-02

2017-09-03

裴偉良(1984- )，男，工程師

U448.22

A