泄洪區(qū)石砌拱橋病害及改造工程設(shè)計(jì)施工管養(yǎng)一體化探析

矣健萍

（雙柏縣地方公路管理段，云南 雙柏 675100）

1 引言

橋梁泄洪能力對(duì)于避免上下游洪澇災(zāi)害，保證橋梁使用安全，保障人員出行安全有著重要的意義。尤其是處于泄洪區(qū)的石砌拱橋，若泄洪能力不足，輕則洪水漫過(guò)橋面，影響橋梁結(jié)構(gòu)安全，重則導(dǎo)致橋梁垮塌，損害人民生命財(cái)產(chǎn)安全[1]。許多因素影響著橋梁的防洪泄洪能力，主要因素有施工前期的設(shè)計(jì)、是否保證標(biāo)準(zhǔn)化的施工、后期是否進(jìn)行管養(yǎng)維護(hù)等。本文以臘冬箐橋危橋改造項(xiàng)目為例，論證提高橋梁泄洪能力的關(guān)鍵是前期設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化施工。

2 石砌拱橋典型泄洪病害及影響

2.1 石砌拱橋泄洪能力不足的典型病害

2.1.1 橋梁受水流沖刷侵蝕

由于受到河流侵蝕和其他不利因素的影響，墩臺(tái)基礎(chǔ)受到破壞，出現(xiàn)基礎(chǔ)沉降、側(cè)傾或者滑移等現(xiàn)象?；A(chǔ)破壞，使上部結(jié)構(gòu)進(jìn)一步開(kāi)裂，墩臺(tái)基礎(chǔ)破壞又因此加重了，形成惡性循環(huán)。除了對(duì)基礎(chǔ)的影響之外，水流沖蝕還會(huì)對(duì)橋梁上部造成危害，臺(tái)身、拱圈受水流沖擊，造成拱圈與拱上側(cè)墻開(kāi)裂，局部砌體脫落。橋面破損，影響行車的舒適性，加劇了車輛對(duì)橋梁的沖擊作用，增加構(gòu)件的疲勞，影響結(jié)構(gòu)的壽命[2]，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致水滲透到主拱圈之上，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)主拱圈底部滲水，底部被濺起的泥漿污染，出現(xiàn)風(fēng)化剝落現(xiàn)象，影響橋梁正常使用。

2.1.2 河道堵塞

橋梁的泄洪能力與橋梁凈空、跨徑等因素息息相關(guān)，提高橋梁的泄洪能力，對(duì)于橋梁建造來(lái)說(shuō)，是不可忽視的一部分。對(duì)于石拱橋來(lái)說(shuō)，若橋梁凈跨徑過(guò)小，則會(huì)造成橋梁泄洪能力不足，導(dǎo)致上游雍水，河道被泥土堵塞，影響洪水的流速，對(duì)河流兩岸的居民生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。

2.2 泄洪病害對(duì)橋梁承載能力的影響

1）主拱圈開(kāi)裂。石拱橋有著各種各樣的病害，拱圈出現(xiàn)裂縫的情況尤為多見(jiàn)。主拱圈開(kāi)裂分為橫向和縱向開(kāi)裂兩種情況，對(duì)于橋梁的安全使用有著極大威脅。隨著主拱環(huán)橫向裂縫發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)體系發(fā)生改變，內(nèi)力也因此產(chǎn)生變化，結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定。

2）腹拱圈開(kāi)裂。腹拱開(kāi)裂在石拱橋病害中是十分嚴(yán)重的。腹拱環(huán)開(kāi)裂使得腹拱剛度下降，破壞正常的受力情況，導(dǎo)致主拱圈分擔(dān)過(guò)大的外載，若開(kāi)裂進(jìn)一步發(fā)展，裂縫也會(huì)出現(xiàn)在主拱圈，橋梁的使用壽命也會(huì)變短。

3）橋面破損。橋面是否完整，在很大程度上決定著行車是否安全。若橋面破損不再完整，橋面上行駛的車輛的動(dòng)力效應(yīng)就會(huì)更強(qiáng)烈，造成嚴(yán)重的跳車，車輛跳車的情況下，腹拱會(huì)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)，加重構(gòu)件的損壞，對(duì)橋梁產(chǎn)生不利影響。

4）防水層的破壞。防水層的破壞會(huì)造成普通的圓形滲漏，隨著時(shí)間的推進(jìn)，逐步腐蝕橋梁，對(duì)橋梁壽命有極大的威脅。

5）橋墩臺(tái)基礎(chǔ)破壞。橋墩基礎(chǔ)破壞和上部結(jié)構(gòu)的破壞二者息息相關(guān)，因?yàn)樯喜抗叭﹂_(kāi)裂多數(shù)情況下都是由于下部的破壞，而橋墩和平臺(tái)的破壞也因?yàn)楣叭﹂_(kāi)裂而加劇[3]。

3 泄洪改造橋梁設(shè)計(jì)、施工及管養(yǎng)

本文以臘冬箐橋危橋改造項(xiàng)目為例，探究前期設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化施工對(duì)提升泄洪能力的重要作用。臘冬箐橋位于某省S226 公路雙柏段，該橋建于1999 年，橋梁結(jié)構(gòu)形式為單孔實(shí)腹式石砌拱橋，橋梁全長(zhǎng)11.7 m，橋面凈寬6.5 m，拱凈跨5 m，拱圈寬度8.85 m，厚0.5 m，拱上填料厚約為1.60～1.80 m，矢跨比為1/3 圓弧拱橋。拱圈為混凝土砌塊拱橋。根據(jù)橋梁檢測(cè)鑒定報(bào)告，該橋總體技術(shù)情況較差，技術(shù)情況等級(jí)為4 類，為保證人員通行安全，需要拆除重建。拆除舊橋后在原址新建1×10 m 鋼筋混凝土現(xiàn)澆板橋。

3.1 前期設(shè)計(jì)

3.1.1 自然因素分析

雙柏縣在哀牢山東部，金沙江與紅河流域分水嶺交匯處附近，具有“山川相間、峽谷縱橫、山勢(shì)高低懸殊、北水南流”的區(qū)域地貌特點(diǎn)。屬北亞熱帶高原季風(fēng)氣候，年平均降雨量在900 mm 左右，季節(jié)分明，有富饒的光照與氣候資源，氣候類型也較為多樣。本項(xiàng)目區(qū)地表水發(fā)育，為季節(jié)性河流，水流量隨季節(jié)變化較大。

3.1.2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式為普通鋼筋混凝土現(xiàn)澆實(shí)心板梁，懸臂寬度為0.75 m，梁高為0.7 m。梁頂面設(shè)8 cm 厚C45 現(xiàn)澆混凝土調(diào)平層，8～15 cm 厚層C45 水泥混凝土橋面鋪裝。橋梁上部將按照平面桿系假定，結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算利用橋博軟件完成。采用滿堂支架施工，預(yù)壓方式有兩種，沙袋和水袋預(yù)壓，預(yù)壓的重量設(shè)置為上部結(jié)構(gòu)恒載的115%。支架沉降穩(wěn)定之后方可澆筑現(xiàn)澆上部結(jié)構(gòu)，每跨現(xiàn)澆板的支架跨中應(yīng)設(shè)置向上1 cm的預(yù)拱度。

3.1.3 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

下部結(jié)構(gòu)為U 臺(tái)接擴(kuò)大基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)要求基底土承載力不低于350 kPa。

3.1.4 耐久性設(shè)計(jì)

混凝土質(zhì)量對(duì)于耐久性設(shè)計(jì)十分重要。為了保證混凝土質(zhì)量，盡量減少或壁面裂縫的產(chǎn)生，施工中所采用的混凝土宜為高性能混凝土，其原材料及配合比應(yīng)符合現(xiàn)行JTG/T 3310—2019《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》及其他有關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.1.5 支架及模板方案設(shè)計(jì)

綜合考慮臘冬箐橋危橋改造工程項(xiàng)目地質(zhì)報(bào)告中所示資料，橋梁所在區(qū)域的地理?xiàng)l件，橋梁的線構(gòu)，梁高及凈空，以及經(jīng)濟(jì)與安全方面的因素，決定用碗扣式銅管搭設(shè)的滿堂支架作為模板支架。

1）支架基礎(chǔ)處理。在搭設(shè)支架之前，要進(jìn)行筑島回填土地基（滿堂支架地基基礎(chǔ)范圍是梁寬的投影面左右各加寬2 m）的清表、整平、碾壓（壓實(shí)度不小于95%），尤要注意的是基坑、泥漿池要進(jìn)行換填處理，它的主要目的是清淤，之后回填石碴，碾壓密實(shí)；筑島填土面層按設(shè)計(jì)高度回填不小于60 cm（壓實(shí)厚度）厚的石碴（地基承載力計(jì)算時(shí)為安全起見(jiàn)，該石碴層按筑島填土即碎石土考慮），填筑和碾壓要一層一層地進(jìn)行，使壓實(shí)度達(dá)到95%以上（即地基承載力f＞200 kPa）：最后再將30 cm 厚的C25 素混凝土鋪筑完成，它在養(yǎng)護(hù)后不僅是滿堂支架的持力層基礎(chǔ)，同時(shí)還是防止雨水進(jìn)入的隔離層，以此保證地基不會(huì)沉降。

2）現(xiàn)澆滿堂支架的布置?，F(xiàn)澆滿堂支架采用建筑施工碗扣式腳手架鋼管（φ48 mm×3.5 mm）搭設(shè)。標(biāo)準(zhǔn)段立桿的縱向距離90 cm、橫向距離90 cm，橫桿步距120 cm，立桿上部和下部分別設(shè)置可調(diào)頂托和可調(diào)底托，將5 cm×22 cm×300 cm 木板墊在底托下邊。在立桿頂部設(shè)置2 層方木，順橋向（縱向）設(shè)I10工鋼，縱向工鋼上設(shè)10 cm×10 cm 橫橋向（橫向）方木，橫向方木上鋪設(shè)厚1.2 cm 的優(yōu)質(zhì)竹膠合板，支架縱橫均設(shè)剪刀支撐，其中橫橋向剪刀撐每4.5 m 設(shè)一個(gè)，端部為必設(shè)之處，剪刀撐均由底至頂連續(xù)不間斷設(shè)置。剪刀撐斜桿與地面之間的夾角在45°～60°為宜，每步斜桿都要與立桿扣接。

3）支架拆除。在支架拆除前，首先全面檢查腳手架，在確認(rèn)沒(méi)有安全隱患存在的情況下進(jìn)行施工。若存在影響拆除的危險(xiǎn)因素，應(yīng)優(yōu)先解決腳手架不穩(wěn)固等問(wèn)題。在拆除之前，要明確拆除的區(qū)域大小，清楚拆除設(shè)備數(shù)量、拆除所需的時(shí)間、拆除順序及方式方法，對(duì)施工過(guò)程中的橫向運(yùn)輸相關(guān)工作，工作者指揮聯(lián)絡(luò)的方法和用語(yǔ)，拆除的最優(yōu)方法和危險(xiǎn)范圍要有明確的認(rèn)識(shí)和準(zhǔn)備。拆卸腳手架的順序也有其原則，一般是按照先上后下的拆卸順序，即后安裝的先拆，先安裝的后拆。為避免多項(xiàng)工作同時(shí)進(jìn)行發(fā)生危險(xiǎn)，拆除外腳手架時(shí)，在其他垂直方向的工作要暫時(shí)停止，嚴(yán)禁在拆卸同時(shí)在垂直方向作業(yè)。拆卸下來(lái)的腳手架鋼管、扣件等材料運(yùn)到地面后，按照規(guī)定對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)分類，有些物品可以在修復(fù)后重復(fù)使用，要對(duì)它們進(jìn)行區(qū)分，并且將所有物品按規(guī)格堆放。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)化施工

3.2.1 施工總則

施工承包單位在收到施工設(shè)計(jì)圖紙以后，必須在施工前仔細(xì)研讀施工設(shè)計(jì)文件，明確設(shè)計(jì)意圖。同時(shí)，若發(fā)現(xiàn)圖紙的錯(cuò)漏之處，及時(shí)書面告知設(shè)計(jì)單位，以便及時(shí)更改。在工程施工時(shí)，明確規(guī)范要求，必須對(duì)各部分主要的施工步驟制定完整仔細(xì)的施工細(xì)則。對(duì)于施工所用到的材料，無(wú)論是成品還是半成品，為保證質(zhì)量，都要按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)。

3.2.2 上部結(jié)構(gòu)施工

1）混凝土施工。整座橋所用混凝土需來(lái)自同一廠家，確保整座橋的顏色一致，模板表面應(yīng)采取措施使其完整平整。通過(guò)計(jì)算、試配、試驗(yàn)等，確定適宜的混凝土配合比，使之符合工程所需的剛度、強(qiáng)度要求。澆筑配好的混凝土?xí)r，應(yīng)振搗使其密實(shí)，提高混凝土的密實(shí)度，并在拆模前對(duì)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，確保符合規(guī)范要求，防止混凝土開(kāi)裂及棱邊損傷。

2）普通鋼筋施工。所有在施工中使用的鋼筋，都要嚴(yán)格按照J(rèn)TG/T 3650—2020《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行加工、安裝和質(zhì)量驗(yàn)收等。鋼筋發(fā)生沖突時(shí)，在混凝土保護(hù)層厚度得到保證的條件下，可以適當(dāng)調(diào)整鋼筋位置。

3.2.3 下部結(jié)構(gòu)施工

1）橋臺(tái)放樣：橫橋向橋臺(tái)軸線與路中心線一致，施工時(shí)首先確定橋臺(tái)橫向位置，順橋向伸縮縫中心在總圖中以樁號(hào)示出。

2）施工時(shí)精確測(cè)量核對(duì)橋臺(tái)中心線距路中線的距離，橋臺(tái)各位置處的高程，核對(duì)好后，再進(jìn)行施工。

3）為了確?；A(chǔ)質(zhì)量，施工過(guò)程必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖和相關(guān)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行。

4）在橋臺(tái)和帽梁的施工過(guò)程中，擋塊、牛腿、背墻及搭板等預(yù)埋鋼筋的設(shè)置需要和圖紙高度對(duì)應(yīng)，因此需要事先明確。主梁安裝完成之后，將彈性橡膠材料塞入現(xiàn)澆板和擋塊的空隙中。

5）橋臺(tái)各支座的位置情況在施工過(guò)程中必須時(shí)刻明確清楚，確保支座位置、規(guī)格準(zhǔn)確無(wú)誤。

6）支座墊石頂面務(wù)必保持水平。

4 運(yùn)營(yíng)期管理養(yǎng)護(hù)

橋梁日常養(yǎng)護(hù)應(yīng)遵照J(rèn)TG 5120—2021 《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》進(jìn)行經(jīng)常檢查、定期檢查和特殊檢查，建立專門針對(duì)本橋的檢查結(jié)果、養(yǎng)護(hù)、維修情況等數(shù)據(jù)管理庫(kù)，為橋梁的日常養(yǎng)護(hù)和后期管理提供基礎(chǔ)和依據(jù)。

1）橋梁設(shè)計(jì)使用年限基于結(jié)構(gòu)在預(yù)期作用和預(yù)定維護(hù)條件下而言。運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，橋梁的使用應(yīng)符合給定的使用條件，嚴(yán)禁超限、超載重車過(guò)橋。

2）在橋梁運(yùn)營(yíng)期間，對(duì)橋梁進(jìn)行定期的檢測(cè)和維修。

3）應(yīng)按照一定的時(shí)間間隔，檢測(cè)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中梁體跨中撓度，并注意檢查上部梁體，墩臺(tái)等部位是否出現(xiàn)裂縫，發(fā)現(xiàn)非正常情況應(yīng)該及時(shí)通知主管部門以便及時(shí)得到有效處理。

4）對(duì)支座和伸縮縫等非永久構(gòu)件，要定期檢測(cè)維修，情況嚴(yán)重時(shí)，及時(shí)更換。

5 結(jié)語(yǔ)

服役期較長(zhǎng)的石拱橋很容易出現(xiàn)問(wèn)題，而有些問(wèn)題往往是在最初的設(shè)計(jì)施工階段就已經(jīng)存在，比如，文章中石拱橋泄洪能力不足的問(wèn)題，隨著時(shí)間的推移，問(wèn)題愈演愈烈，威脅到周圍人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。為了根治病害，恢復(fù)橋梁原有的通行能力和承載能力，保障河道行洪及工程本身的安全，對(duì)技術(shù)情況較差的橋梁進(jìn)行拆除重建時(shí)，要注意在設(shè)計(jì)和施工時(shí)避免類似問(wèn)題的存在。本文對(duì)石拱橋危橋改造項(xiàng)目中施工技術(shù)與養(yǎng)護(hù)工作進(jìn)行了分析，希望可以為今后同類工程改造提供一定的指導(dǎo)。