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 本文對石拱橋的常見病害及其成因進行了分析，總結了石拱橋的加固原理和方法。以實際工程為背景，介紹了加固方法的應用，驗證了石拱橋通過改造的可行性。關鍵詞石拱橋；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 概述石拱橋是我國一種古老的橋型，在全國橋梁中所占比重約61%左右，但由于石拱橋大多數修建在建國初期, 在調查研究中發(fā)現大量的石拱橋出現了或多或少的病害，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，而且花費時間，中斷交通。 因此，采用技術上可行，經濟上合理的改造技術對舊石拱橋進行加固維修，以達到提高其承載能力和通行能力的目的，是十分必要的。 2 舊石拱橋常見病害與原因分析通過調查和分析，舊石拱橋病害及其原因可歸結如下：（1）基礎沉陷，墩臺移動。石拱橋多按無鉸拱設計，為超靜定結構，當橋墩在橫向發(fā)生不均勻沉降時，主拱圈及側墻將會發(fā)生傾斜、扭轉，嚴重的將會導致開裂。當橋墩在縱向發(fā)生不均勻沉降時，側墻將會產生豎向裂縫，主拱圈在下沉墩附近的拱腳下緣開裂，上緣與側墻脫離。（2）主拱圈開裂。主拱圈開裂嚴重影響橋梁的安全，其主要原因是主拱圈厚度太薄或材料強度不夠。石拱橋主拱圈內力分析表明，拱頂正彎矩最大，拱腳負彎矩最大，拱頂、拱腳為設計控制截面，若截面抗力小于設計荷載內力，將造成拱頂下部或拱腳上部開裂。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，但一經開裂，往往容易發(fā)展，危及橋梁的正常使用。（3）腹拱圈開裂。由于主拱圈變形而產生的拱上構造的外加應力，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)現拱圈石料的碎裂和剝落現象，分析原因主要是由于護拱較弱，或是沒有護拱，或是石料的加工質量較差，導致拱圈和側墻出現滲水現象。（5）側墻開裂。側墻開裂包括側墻與拱圈連接界面的脫開和側墻自身開裂。分析原因，主要是拱上填料由于自身恒載及外活載作用下，對側墻產生的橫向推力及在與拱圈共同受力時，側墻在L/4截面產生拉應力而導致的開裂。（6）材料老化。石砌圬工材料的老化主要是由于受風、雨的侵蝕作用，使材料的強度降低，從而導致整個結構承載能力的降低。（7）橋面破損。橋面破損影響行車安全，輕則使行車輕微顛簸，重則產生跳車。且車輛經過跳車處時，會引起腹拱嚴重振動，增加構件的疲勞，勢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，為適應變形的需要，側墻與橋面結構需相應設置伸縮縫或變形縫，由于縫的存在，構造上又不進行改善， 易引起橋面從變形縫處開始破壞。橋面伸縮縫設置構造過于簡單，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，影響結構安全，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。3 加固方法和基本原理盡管橋梁加固方法很多，但福建省目前對橋梁結構進行加固和補強的方法歸納起來有以下幾種：3.1套拱、襯砌加固石拱橋圖1 舊石拱橋立面圖對出現拱圈縱橫向開裂、橋臺裂縫，承載力下降的石拱橋修復，采用在拱腹下和橋臺前墻澆筑一層30cm50cm厚的鋼筋混凝土，并通過錨桿使新鋼筋混凝土層與拱圈及橋臺結合共同受力，阻止原拱圈及橋臺繼續(xù)變形、開裂，有時根據實際受力需要在河床上增設鋼筋混凝土仰拱。為保證新舊拱圈的密實性，在拱頂處預埋注漿水導管，與拱頂澆筑同時進行，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，加強整體性。其施工方式多采用搭設支架和拱盔現場澆筑，亦可采用掛鋼筋網后噴射混凝土施工。對僅出現拱圈縱向開裂、橋臺完好的石拱橋修復，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，并通過錨桿使新鋼筋混凝土層與拱圈結合共同受力，恢復拱圈的橫向剛度，增強整體性。3.2壓漿加固干砌石拱橋對于拱上側墻外傾，拱圈砌石壓裂嚴重，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行修復，壓漿前先對干砌塊石拱圈進行勾縫，拆除拱上側墻重新砌筑，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施第二次壓漿，以此類推，直到壓滿砂漿為止，經使用觀測，效果較好。該方法對交通量較小的支線公路上的干砌石拱橋類似病害的修復具有一定的應用價值。3.3石拱橋的局部結構改造與拓寬有些石拱橋由于填土太高或拱圈已經開裂，拱圈已不具有使用價值，而橋臺仍完好?？刹扇〔鸪吧蟼葔吞钔?，加高橋臺，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構，采用對比分析后利用或加固原有橋墩臺，將上部結構改造成梁橋。4 工程實例國道205線某石拱橋建于1994年10月，該橋位于曲線上，采用橋臺斜做，以人行道調節(jié)線形，超高以增砌外側墻調整。橋結構為空腹式石拱橋，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49米，橋臺由12.2米加寬到12.9米，原設計荷載為汽20，掛100，如圖1所示。 該橋運營幾年后,在檢查中發(fā)現四個腹拱拱圈縱橫向有裂縫，并經過觀察記錄,發(fā)現裂縫每年有所發(fā)展。一側橋臺下游錐坡下沉，鼓脹開裂，橋面水泥混凝土破損嚴重。該橋綜合評定為危橋，急需采取技術措施進行加固或重建。4.1病害及原因通過對病害的表象及特征的觀察分析，其主要原因為：施工期間臺背及腹拱圈拱背填料較差且回填碾壓不密實；大量超重、超載車輛通過施加的超負荷荷載，使拱圈牽引拉裂，產生裂縫，從而導致腹拱拱圈產生裂縫。水流沖刷嚴重，致使一側錐坡破壞。4.2加固措施根據調查結果，對原拱橋結構進行了受力計算和驗算分析，通過研究，決定采用以下加固方案：拆除已破壞的那側橋臺下游錐坡并重做；腹拱采用掛網錨噴混凝土防護。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。欄桿改成防護墻。4.3 施工要點圖2 腹拱圈錨栓、騎馬釘加固布置圖（1）對裂縫先用25騎馬釘箍住，騎馬釘間距原則上為50cm，實際間距視石塊大小而定，騎馬釘位置可以錯開，騎馬釘的孔位應在石塊大致中心處，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的壓力對橋臺注漿，注漿時以壓力控制，注滿為止。（3）為保證新噴混凝土與原結構的可靠結合，應將拱圈周圍先鑿毛，清理干凈，用高壓水泵噴水沖洗，并噴水充分濕潤擬噴表面。（4）考慮新噴混凝土與原結構的聯結，在拱圈底部布置長28cm的22錨栓，錨栓伸入拱圈20cm，在拱上立墻及橋臺前墻布置長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與鋼筋網焊接在一起，起固定鋼筋網作用。用鑿巖機鉆孔并用高壓空氣將孔清洗干凈，用40號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，鋼筋網與錨栓綁扎連接后再點焊牢固。噴射砼采用C25砼，摻速凝劑。實際施工配合比根據試驗確定。水泥采用旋窯生產的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厚布設雙層鋼筋網的混凝土面層，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應位置應設置脹縫。（7）橋頭兩端的路面結構層從上至下為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置鋼筋混凝土防撞墻。鋼筋混凝土防撞墻通過預埋鋼筋與行車道連接。5 結語該橋加固后,恢復了原來的設計標準,使危橋得到改善。