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石拱桥的维修加固方案
浏览: 发布日期:2017-02-15
        石拱桥的维修加固方案
  
        1 溪口桥概况
 
  溪口桥位于延平区境内的316国道K211+922处,该桥由旧石拱桥和两侧新加宽桥组成。旧石拱桥净跨20m,全长32.80m,桥宽7m,桥高8.9m,矢跨比1/4,拱圈采用7.5号砂浆砌筑粗料石,厚度85cm.桥台采用5号砂浆浆砌块石。桥台两侧为5号浆砌块石挡土墙,台后填筑当地的土石混合料,旧石拱桥于 1967年建成通车。两侧新加宽桥板拱为砼,于1999年12月建成通车。

 
  旧拱桥经运营30多年后,在桥梁检测中发现下述病害:靠南平台起拱线处拱圈有多处微裂缝并伴有严重渗水现象;靠顺昌台处拱圈沿纵向有3条裂缝,缝宽在8~15mm;顺昌台台身也出现多条裂缝,其中一条裂缝贯穿整个台身并延伸至拱圈。经过观测,发现裂缝每年有所发展,2001年的检测记录比照1999年的检测记录,其裂缝延长发展了2.3m,缝宽也增大了 2~3mm.拱顶渗水严重,行车道下沉2~5cm.两侧新加宽桥没有发现病害,旧拱桥综合评定为危桥,急需采取技术措施进行加固或重建。
 
  2 病害成因及加固方案的选定
 
  经对溪口中桥病害的分析,认为裂缝产生的原因是多方面的,但其主要成因有4个:其一,旧拱桥建于60年代末,由于台后填土范围小,填土又很高,压实机械无法到位,小型机具又达不到压实效果,填土压实度不够,土压力较大。由于在高填土下,拱桥台身主要承受的荷载是填土自重和土压力,汽车活载效应较小,若填土压实不足,土体本身形不成自拱,台身势必形成较大的土压力,使桥台台身及基础产生推移,引起开裂。其二,旧拱桥基础采用打梅花型松木桩处理,由于地基承载力不足,产生了不均匀沉降。其三,拱圈、桥台砌筑工艺差,砌体砂浆不饱满,石料强度规格不符合设计要求,台身部分片石被压碎破裂。其四,国道上交通量日益增大,车辆超载也随着增加,重车荷载有增无减地继续作用,势必使拱圈在许多局部呈现单个或少数构件受力集中现象,全断面受力甚不均匀,也是造成病害的重要原因。
 
  根据316国道交通流量大、又不能中断交通的特点,分别拟订了3个方案进行经济技术比较。方案一:在现桥的右侧建造一座新桥,但因造价高,且路线不顺畅,对行车不利而否定;方案

        二:拆除现有旧拱桥,利用原桥台,改建成梁桥。但由于不能中断交通须先建通车便桥,再拆老桥,这就增加新建便桥费用,造价大、工期长;而且此方案其台后土压力仍然对桥台产生作用,且对两侧加宽桥也会造成影响,因此也不可行;方案三:即对现有拱桥实施衬砌加固方案,即在现有的石拱桥下加固一个钢筋混凝土的套拱,河底做成仰拱形式。其理由及优点为:(1)该桥桥下为山区溪流,不通航,汇水面积不大,溪流纵坡大,排水迅速,经向当地群众了解,套拱后也不影响其排水;(2)可以不中断交通,在桥下施工,现场施工管理也简单;(3)造价低。
 
  3 加固改造设计方案要领
 
  (1) 裂缝注浆封闭:由于该桥拱圈多处开裂,部分裂缝已贯穿整个台身,为防止裂缝进一步发展,先采用高压灌浆法对缝隙进行封闭补强,然后再进行下一步加固。
 
  (2)拱圈衬砌加固:该桥从病害成因及现状分析,若只采用高压灌浆进行加固,考虑到桥梁台身及拱圈开裂严重,地基承载力不足,灌浆后桥台及拱圈仍无法达到设计强度,还将存在较大隐患,所以采用内壁现浇钢筋混凝土拱圈的永久性加固方案。即在原石拱圈腹内布锚杆,使石拱圈与钢筋混凝土拱圈构成复合式拱圈,通过复合式拱圈增强砖石的抗弯拉应力和整体刚度。本着造价经济、满足承载要求以及衬砌后拱桥过水断面积仍能满足泄洪要求的原则,钢筋混凝土拱圈厚度采用40cm厚进行设计。
 
  (3)河床仰拱衬砌:除对拱圈、台身进行套拱衬砌加固外,河床特别做成仰拱形式衬砌加固,其作用是:①仰拱可以使桥梁整体的承载力得到提高;②仰拱可以减少桥梁的周围位移;③仰拱可以克服桥台基础承载力不足;④仰拱可以使偏心受压向轴心受压转变;⑤仰拱可以改善桥梁整体受力。
 
  4 施工技术要点
 
  4.1 裂缝处理
 
  对原桥的拱圈及桥台前墙裂缝进行钻孔压浆处理,增加原石拱桥的整体强度。沿台身及拱圈裂缝,每隔100cm钻压浆孔,拱圈钻孔深均为60cm,桥台前墙钻孔深度根据墙厚而定。压浆前先将裂缝凿成V形槽,在槽面上涂一层1.5cm的环氧树脂,再抹水泥砂浆封堵,待砂浆形成强度结硬后,用灰水比1:0.5、压力为0.6~0.8MPa的水泥浆在压浆孔处进行压浆,压浆管的长度贯穿整个构造物,压浆时邻孔为排气孔,在排气孔冒出同浓度浆液后即对压浆孔和排气孔进行堵塞。压浆时应采用自下而上的顺序施工,同时压浆时还需考虑到台腔渗浆。
 
  4.2 套拱施工
 
  (1) 在旧拱圈内进行C25钢筋砼拱下套拱加固,原拱圈与套拱之间用φ20锚固钢筋联结,拱圈上锚杆长75cm,嵌入拱圈40cm,桥台前墙上锚杆长85cm,嵌入墙体50cm,均采用梅花型布设,并用1:1水泥浆加膨胀剂灌注,锚杆应与套拱钢筋网焊接成整体。
 
  (2) 在仰拱底下铺50cm厚砂砾层,分层填筑夯实后,即绑扎仰拱的钢筋骨架,浇注混凝土。 
 
  (3) 现浇两侧台身。浇注前锚杆还应与衬砌钢筋网焊接,台身钢筋应与仰拱钢筋骨架焊接在一起,混凝土浇注时,应加强震捣。
 
  (4) 浇注拱圈混凝土。由于拱圈混凝土厚度只有40cm,绑扎钢筋、填料及震捣较困难,因此采用泵送混凝土分段浇注(每2m为一段),混凝土应从两侧拱脚向拱顶延伸,并及时震捣夯实。浇注完毕后喷水养生,强度达到设计标号的80%以上时方可拆除模板。
 
  5 结语
 
       采用钢筋混凝土套拱对石拱桥进行加固,具有省时、省钱、工艺简单、不中断交通等诸多优点,恢复了原来的设计标准,使危桥得到改善。通过3年多的运营,经详细检测,技术状况良好,未发现任何不良变化,达到了预期效果。
省道S225线石拱桥加固施工方案

       水口大桥位于省道S225线,中心桩号K93+537.65,于1969年10月建成通车,设计荷载为汽-13,拖-60,上部结构为料石拱,4跨53.75 m,桥L为256.35 m,桥b为9 m,行车道b为7m,下部结构采用沉井基础。
  
        水口大桥由于桥龄较长,经过长时间的超负荷使用,特别是近几年超限、超载车辆的频繁通行,加速桥梁的损坏,又随着人类对森林保护,山岭水土流失逐渐减少,但由于基础设施建设及城市建筑的发展,河沙大部被涝走,随着洪水对泥沙的冲流,河床逐渐下降,大多数的桥梁基础局部普遍出现了基础淘空,裂缝等。经过检测,水口大桥1 #、2# 、3 #桥墩基础沉井井壁有多处开裂,裂缝b为5-8 mm;河床下降,基础淘空外露等,腹拱有多处裂缝,桥面铺装原有沥青混合料严重老化、坏烂,桥栏损坏严重,直接影响到桥体安全,威胁着交通安全畅通。
  
        1.加固方案
  
         鉴于这是一座桥龄较长的料石拱桥,具有一定的历史价值,它的主拱结构良好,故加固方案是根据汽-20荷载标准及百年一遇洪水冲刷要求,对桥梁进行测算,由于该桥主拱是料石拱,而且拱圈完好,拱圈内力系按分项全系数的极限状态计算恒活载内力可以满足要求,故对主拱不动,根据采用该桥桥墩开裂、淘空现象,而且原有墩身较小,坩入的地下层仍为较软的粉砂岩,因此对1# 、2 #、3 #桥墩必须加厚即外包一层d为40 cm的C30钢筋混凝土,并在沉井基础周边加入6根为120 cm的桩基,桩基及原沉井基础上增设d为220 cm、沉井外b为200 cm的承台,与桥墩加固部分互相连接(沉井基础上d为40 cm),具体位置及形式见示意图。
 
  图为水口大桥1#  、2#  、3 # 桥墩的加固侧立面及平面图,其中阴影部分为加固层,单位cm,加固的承台b控制要素L1、L2、L3及桩深h随各墩的实际情况而不同,根据地质探测资料,结合桥梁承受荷载,以及洪水的冲击力等因素,要求1 墩基础需嵌入微风化砂砾岩至少1.5 m,加固的2 墩基础需嵌入微风化砂砾岩至少1.5m,加固的3 墩基础需嵌入微风化泥质粉砂岩至少8m,各桥墩基础尺寸(见表1):
 
  加固层布筋按桥梁实际受力及荷载标准计算布筋,主要如下:
  
        (1)桥墩部分主要是在半圆内圈、外圈及直线连接均设置间距20 cmφ20 mm钢筋,内外圈筋由4根钢筋组成单面焊接,在原有沉井基础按40 cm×40 cm密度植入φ25 mm锚固筋,植入深度至少20 cm,在与承台上面的交接设立横向φ20 mm支撑筋,承台上部分(原墩基础以上40 cm)布置双层φ25 mm椭圆圈钢筋,层间距20 cm,另外还有竖立筋、平直连结椭圆筋等,间距20 cm 。
  
        (2)承台下部分(d为180 cm),底层两半圆及连接线布置间距20 cm的φ25 mm钢筋,在原沉井基础植入25 cm深的锚固筋,密度同上,另外还有架立筋,间距100 cm×100 cm,桩项布置双层面积为200 cm ×200 cm钢筋网,层间距50 cm,密度20 cm×20 cm等。
  
        (3)桩基钢筋,按规范要求设立竖筋、箍筋及加劲箍筋,加劲箍筋每两米设一道,双面焊接,并沿加劲箍筋四周均匀绑扎四块10 cm×10 cm×6 cm的预制砼定位块。
  
        对于桥面铺装原有沥青混合料严重老化、坏烂,桥栏损坏严重,采取拆除原桥面铺装层,改为C30混凝土铺装并设立混凝土防撞栏,腹拱圈开裂处灌浆修补等,改为C30钢筋砼铺装后,大大分散了桥面的集中受力,使主拱整体受力得到较大的提高。发挥料石原有的坚固、抗压性强功能等特性。
 
  2.方案分析
  本方案对水口大桥的加固得到多位工程师及专家的认可,针对了原桥荷载等级低、墩基础开裂、露基等病害,在原桥墩周边增设承台,加固原有基础,巩固并提高了原有荷载,目前工程已接近完工,经过桥载检测,现在荷载已可达到汽-20,挂-100标准,桥墩基础可抗百年一遇洪水灾害。特别是桥墩基础的加固,不光解决了原有沉井基础的开裂、露基等毛病,而且还提高了整桥的荷载能力,很好地利用了原料石拱桥固有的坚固、耐用的特点,同时,对石拱桥改设钢筋混凝土桥面铺装,可使主拱整体受力更均匀,减少因集中受力而发生局部破坏。经过对该桥的加固维修,不但对桥的主体结构不影响,外观上,它依然是一座雄伟的古石拱桥,具有一定的历史文化意义。
  3.结束语
  危桥加固是当前我国的一项重大任务,多数桥梁是修建在60-70年代,当时的设计荷载普遍较低,使用通行要求也较低,经过几十年的使用、洪水的冲击及超重、超限车辆的频繁通行,普遍出现或多或少的毛病,对这些桥梁的整修、加固已显得非常急切,也是确保公路安全畅通的保证。因此如何利用旧桥进行加固、改造是一个重要课题,充分利用旧桥,可以节约资金,提高经济效益等,水口大桥的加固就是一个很好的例子,从而可实现达到延长旧桥的寿命,发挥其经济效益和社会效益的作用。

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