拱桥加固方案.doc

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。
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　　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)：
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　　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。