石拱橋病害分析與加固.doc

石拱橋病害分析與加固 Defection anylysis and reinforcement of stone arch bridge黃玉萍（福建省第二公路工程有限公司 350007）Huang yu-ping提 要 本文對(duì)石拱橋的常見(jiàn)病害及其成因進(jìn)行了分析，總結(jié)了石拱橋的加固原理和方法。以實(shí)際工程為背景，介紹了加固方法的應(yīng)用，驗(yàn)證了石拱橋通過(guò)改造的可行性。關(guān)鍵詞石拱橋；病害分析；加固Abstract: This paper analyzes the common diseases and their causes of stone arch bridge, summarizes the reinforcement principles and ways. Based on the practical engineering, the author then introduces the application of reinforcement ways and proves the feasibility of stone arch bridge transformation.Keywords: stone arch bridge; disease analysis; reinforcement1 概述石拱橋是我國(guó)一種古老的橋型，在全國(guó)橋梁中所占比重約61%左右，但由于石拱橋大多數(shù)修建在建國(guó)初期, 在調(diào)查研究中發(fā)現(xiàn)大量的石拱橋出現(xiàn)了或多或少的病害，成為危橋，難以滿足交通大發(fā)展的需要。如果廢除這些危橋重建新橋，不但耗資巨大，而且花費(fèi)時(shí)間，中斷交通。 因此，采用技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理的改造技術(shù)對(duì)舊石拱橋進(jìn)行加固維修，以達(dá)到提高其承載能力和通行能力的目的，是十分必要的。 2 舊石拱橋常見(jiàn)病害與原因分析通過(guò)調(diào)查和分析，舊石拱橋病害及其原因可歸結(jié)如下：（1）基礎(chǔ)沉陷，墩臺(tái)移動(dòng)。石拱橋多按無(wú)鉸拱設(shè)計(jì)，為超靜定結(jié)構(gòu)，當(dāng)橋墩在橫向發(fā)生不均勻沉降時(shí)，主拱圈及側(cè)墻將會(huì)發(fā)生傾斜、扭轉(zhuǎn)，嚴(yán)重的將會(huì)導(dǎo)致開(kāi)裂。當(dāng)橋墩在縱向發(fā)生不均勻沉降時(shí)，側(cè)墻將會(huì)產(chǎn)生豎向裂縫，主拱圈在下沉墩附近的拱腳下緣開(kāi)裂，上緣與側(cè)墻脫離。（2）主拱圈開(kāi)裂。主拱圈開(kāi)裂嚴(yán)重影響橋梁的安全，其主要原因是主拱圈厚度太薄或材料強(qiáng)度不夠。石拱橋主拱圈內(nèi)力分析表明，拱頂正彎矩最大，拱腳負(fù)彎矩最大，拱頂、拱腳為設(shè)計(jì)控制截面，若截面抗力小于設(shè)計(jì)荷載內(nèi)力，將造成拱頂下部或拱腳上部開(kāi)裂。如拱橋由多層平行拱圈石砌成，在施工中圈與圈又未注意交錯(cuò)搭接，拱圈則易發(fā)生縱向裂縫。拱圈裂縫一般只有12mm，但一經(jīng)開(kāi)裂，往往容易發(fā)展，危及橋梁的正常使用。（3）腹拱圈開(kāi)裂。由于主拱圈變形而產(chǎn)生的拱上構(gòu)造的外加應(yīng)力，可能使腹拱發(fā)生裂縫。（4）拱腳附近拱圈壓碎。在部分拱橋的拱腳附近發(fā)現(xiàn)拱圈石料的碎裂和剝落現(xiàn)象，分析原因主要是由于護(hù)拱較弱，或是沒(méi)有護(hù)拱，或是石料的加工質(zhì)量較差，導(dǎo)致拱圈和側(cè)墻出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。（5）側(cè)墻開(kāi)裂。側(cè)墻開(kāi)裂包括側(cè)墻與拱圈連接界面的脫開(kāi)和側(cè)墻自身開(kāi)裂。分析原因，主要是拱上填料由于自身恒載及外活載作用下，對(duì)側(cè)墻產(chǎn)生的橫向推力及在與拱圈共同受力時(shí)，側(cè)墻在L/4截面產(chǎn)生拉應(yīng)力而導(dǎo)致的開(kāi)裂。（6）材料老化。石砌圬工材料的老化主要是由于受風(fēng)、雨的侵蝕作用，使材料的強(qiáng)度降低，從而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)承載能力的降低。（7）橋面破損。橋面破損影響行車安全，輕則使行車輕微顛簸，重則產(chǎn)生跳車。且車輛經(jīng)過(guò)跳車處時(shí)，會(huì)引起腹拱嚴(yán)重振動(dòng)，增加構(gòu)件的疲勞，勢(shì)必縮短橋梁的使用壽命。分析原因，主要是空腹式拱橋由于腹拱鉸的存在，為適應(yīng)變形的需要，側(cè)墻與橋面結(jié)構(gòu)需相應(yīng)設(shè)置伸縮縫或變形縫，由于縫的存在，構(gòu)造上又不進(jìn)行改善， 易引起橋面從變形縫處開(kāi)始破壞。橋面伸縮縫設(shè)置構(gòu)造過(guò)于簡(jiǎn)單，不能滿足橋面變形的需要，造成橋面破壞。（8）防水層破壞或失效。防水層破壞或失效，使拱圈漏水，影響結(jié)構(gòu)安全，縮短了橋梁的使用壽命。分析原因，主要是空腹式拱橋多采用瀝青、油毛氈防水層，油毛氈容易老化，特別是變形縫處，很難保證瀝青麻絮密實(shí)。3 加固方法和基本原理盡管橋梁加固方法很多，但福建省目前對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固和補(bǔ)強(qiáng)的方法歸納起來(lái)有以下幾種：3.1套拱、襯砌加固石拱橋圖1 舊石拱橋立面圖對(duì)出現(xiàn)拱圈縱橫向開(kāi)裂、橋臺(tái)裂縫，承載力下降的石拱橋修復(fù)，采用在拱腹下和橋臺(tái)前墻澆筑一層30cm50cm厚的鋼筋混凝土，并通過(guò)錨桿使新鋼筋混凝土層與拱圈及橋臺(tái)結(jié)合共同受力，阻止原拱圈及橋臺(tái)繼續(xù)變形、開(kāi)裂，有時(shí)根據(jù)實(shí)際受力需要在河床上增設(shè)鋼筋混凝土仰拱。為保證新舊拱圈的密實(shí)性，在拱頂處預(yù)埋注漿水導(dǎo)管，與拱頂澆筑同時(shí)進(jìn)行，待新拱圈澆注定畢后灌注水泥漿。采取這種措施增大受力斷面，加強(qiáng)整體性。其施工方式多采用搭設(shè)支架和拱盔現(xiàn)場(chǎng)澆筑，亦可采用掛鋼筋網(wǎng)后噴射混凝土施工。對(duì)僅出現(xiàn)拱圈縱向開(kāi)裂、橋臺(tái)完好的石拱橋修復(fù)，采用挖除橋面和拱上填料，在拱背上澆筑20cm30 cm厚的鋼筋混凝土，并通過(guò)錨桿使新鋼筋混凝土層與拱圈結(jié)合共同受力，恢復(fù)拱圈的橫向剛度，增強(qiáng)整體性。3.2壓漿加固干砌石拱橋?qū)τ诠吧蟼?cè)墻外傾，拱圈砌石壓裂嚴(yán)重，橋面沉陷變形明顯，而石拱橋所處的路線交通量較小，可采用拱圈壓漿的方法進(jìn)行修復(fù)，壓漿前先對(duì)干砌塊石拱圈進(jìn)行勾縫，拆除拱上側(cè)墻重新砌筑，在橋面上按梅花形狀鉆孔，孔深要求穿透拱上填料層，直達(dá)拱圈。壓漿材料為1：1水泥砂漿，并摻入適量的減水劑和膨脹劑，在第一次壓入的砂漿凝固后再實(shí)施第二次壓漿，以此類推，直到壓滿砂漿為止，經(jīng)使用觀測(cè)，效果較好。該方法對(duì)交通量較小的支線公路上的干砌石拱橋類似病害的修復(fù)具有一定的應(yīng)用價(jià)值。3.3石拱橋的局部結(jié)構(gòu)改造與拓寬有些石拱橋由于填土太高或拱圈已經(jīng)開(kāi)裂，拱圈已不具有使用價(jià)值，而橋臺(tái)仍完好。可采取拆除拱上側(cè)墻和填土，加高橋臺(tái)，在裸拱上搭架澆筑鋼筋混凝土板（梁），從而形成拱上有板（梁）?；蛘卟鸪皹虻纳喜拷Y(jié)構(gòu)，采用對(duì)比分析后利用或加固原有橋墩臺(tái)，將上部結(jié)構(gòu)改造成梁橋。4 工程實(shí)例國(guó)道205線某石拱橋建于1994年10月，該橋位于曲線上，采用橋臺(tái)斜做，以人行道調(diào)節(jié)線形，超高以增砌外側(cè)墻調(diào)整。橋結(jié)構(gòu)為空腹式石拱橋，橋主跨125，矢跨比為1/4，主拱圈厚70厘米，腹拱跨徑為3米，矢跨比為1/4，腹拱圈厚30厘米。全橋長(zhǎng)49米，橋臺(tái)由12.2米加寬到12.9米，原設(shè)計(jì)荷載為汽20，掛100，如圖1所示。 該橋運(yùn)營(yíng)幾年后,在檢查中發(fā)現(xiàn)四個(gè)腹拱拱圈縱橫向有裂縫，并經(jīng)過(guò)觀察記錄,發(fā)現(xiàn)裂縫每年有所發(fā)展。一側(cè)橋臺(tái)下游錐坡下沉，鼓脹開(kāi)裂，橋面水泥混凝土破損嚴(yán)重。該橋綜合評(píng)定為危橋，急需采取技術(shù)措施進(jìn)行加固或重建。4.1病害及原因通過(guò)對(duì)病害的表象及特征的觀察分析，其主要原因?yàn)椋菏┕て陂g臺(tái)背及腹拱圈拱背填料較差且回填碾壓不密實(shí)；大量超重、超載車輛通過(guò)施加的超負(fù)荷荷載，使拱圈牽引拉裂，產(chǎn)生裂縫，從而導(dǎo)致腹拱拱圈產(chǎn)生裂縫。水流沖刷嚴(yán)重，致使一側(cè)錐坡破壞。4.2加固措施根據(jù)調(diào)查結(jié)果，對(duì)原拱橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了受力計(jì)算和驗(yàn)算分析，通過(guò)研究，決定采用以下加固方案：拆除已破壞的那側(cè)橋臺(tái)下游錐坡并重做；腹拱采用掛網(wǎng)錨噴混凝土防護(hù)。挖除拱上填料，置換成透水性的材料。鑿除并重做橋面混凝土及橋頭兩端各20米的水泥混凝土路面。欄桿改成防護(hù)墻。4.3 施工要點(diǎn)圖2 腹拱圈錨栓、騎馬釘加固布置圖（1）對(duì)裂縫先用25騎馬釘箍住，騎馬釘間距原則上為50cm，實(shí)際間距視石塊大小而定，騎馬釘位置可以錯(cuò)開(kāi)，騎馬釘?shù)目孜粦?yīng)在石塊大致中心處，選用1:2水泥砂漿將裂縫表面封住。如圖2所示。（2）用水灰比1:0.8的灰漿，0.40.6Mpa的壓力對(duì)橋臺(tái)注漿，注漿時(shí)以壓力控制，注滿為止。（3）為保證新噴混凝土與原結(jié)構(gòu)的可靠結(jié)合，應(yīng)將拱圈周圍先鑿毛，清理干凈，用高壓水泵噴水沖洗，并噴水充分濕潤(rùn)擬噴表面。（4）考慮新噴混凝土與原結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)，在拱圈底部布置長(zhǎng)28cm的22錨栓，錨栓伸入拱圈20cm，在拱上立墻及橋臺(tái)前墻布置長(zhǎng)33cm的22錨栓，錨栓伸入立墻及前墻25cm，錨栓間距均為100cm。錨栓均外露8cm與鋼筋網(wǎng)焊接在一起，起固定鋼筋網(wǎng)作用。用鑿巖機(jī)鉆孔并用高壓空氣將孔清洗干凈，用40號(hào)膨脹水泥砂漿埋置牢固，砂漿比例為：水泥：砂：SH外摻劑=1：1.835:0.2，每立方米水泥用量740Kg。（5）噴射混凝土厚度為10cm，鋼筋網(wǎng)縱、橫向間距為20cm，鋼筋為HRB335鋼筋，直徑順橋向16mm，橫橋向12mm，鋼筋網(wǎng)與錨栓綁扎連接后再點(diǎn)焊牢固。噴射砼采用C25砼，摻速凝劑。實(shí)際施工配合比根據(jù)試驗(yàn)確定。水泥采用旋窯生產(chǎn)的52.5普通硅酸鹽水泥，碎石粒徑為512mm。（6）挖除舊橋面混凝土，采用24cm厚布設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)的混凝土面層，鋼筋直徑12mm，縱向鋼筋間距10cm，橫向鋼筋間距20cm?；鶎訛?5cm厚的5%水泥穩(wěn)定碎石基層，墊層為15cm厚的砂礫墊層。橋面混凝土在拱橋伸縮縫的對(duì)應(yīng)位置應(yīng)設(shè)置脹縫。（7）橋頭兩端的路面結(jié)構(gòu)層從上至下為24cm厚水泥混凝土面層，15cm厚5%水泥穩(wěn)定碎石基層，15cm厚砂礫墊層。（8）因原橋人行道寬，懸臂較大，又屬于旅游開(kāi)發(fā)區(qū)行人較多，所以拆除部分人行道，在行車道與人行道之間設(shè)置鋼筋混凝土防撞墻。鋼筋混凝土防撞墻通過(guò)預(yù)埋鋼筋與行車道連接。5 結(jié)語(yǔ)該橋加固后,恢復(fù)了原來(lái)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),使危橋得到改善。