石拱桥病害分析与加固.doc

石拱桥病害分析与加固 Defection anylysis and reinforcement of stone arch bridge黄玉萍（福建省第二公路工程有限公司 350007）Huang yu-ping提 要 本文对石拱桥的常见病害及其成因进行了分析，总结了石拱桥的加固原理和方法。以实际工程为背景，介绍了加固方法的应用，验证了石拱桥通过改造的可行性。关键词石拱桥；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 概述石拱桥是我国一种古老的桥型，在全国桥梁中所占比重约61%左右，但由于石拱桥大多数修建在建国初期, 在调查研究中发现大量的石拱桥出现了或多或少的病害，成为危桥，难以满足交通大发展的需要。如果废除这些危桥重建新桥，不但耗资巨大，而且花费时间，中断交通。 因此，采用技术上可行，经济上合理的改造技术对旧石拱桥进行加固维修，以达到提高其承载能力和通行能力的目的，是十分必要的。 2 旧石拱桥常见病害与原因分析通过调查和分析，旧石拱桥病害及其原因可归结如下：（1）基础沉陷，墩台移动。石拱桥多按无铰拱设计，为超静定结构，当桥墩在横向发生不均匀沉降时，主拱圈及侧墙将会发生倾斜、扭转，严重的将会导致开裂。当桥墩在纵向发生不均匀沉降时，侧墙将会产生竖向裂缝，主拱圈在下沉墩附近的拱脚下缘开裂，上缘与侧墙脱离。（2）主拱圈开裂。主拱圈开裂严重影响桥梁的安全，其主要原因是主拱圈厚度太薄或材料强度不够。石拱桥主拱圈内力分析表明，拱顶正弯矩最大，拱脚负弯矩最大，拱顶、拱脚为设计控制截面，若截面抗力小于设计荷载内力，将造成拱顶下部或拱脚上部开裂。如拱桥由多层平行拱圈石砌成，在施工中圈与圈又未注意交错搭接，拱圈则易发生纵向裂缝。拱圈裂缝一般只有12mm，但一经开裂，往往容易发展，危及桥梁的正常使用。（3）腹拱圈开裂。由于主拱圈变形而产生的拱上构造的外加应力，可能使腹拱发生裂缝。（4）拱脚附近拱圈压碎。在部分拱桥的拱脚附近发现拱圈石料的碎裂和剥落现象，分析原因主要是由于护拱较弱，或是没有护拱，或是石料的加工质量较差，导致拱圈和侧墙出现渗水现象。（5）侧墙开裂。侧墙开裂包括侧墙与拱圈连接界面的脱开和侧墙自身开裂。分析原因，主要是拱上填料由于自身恒载及外活载作用下，对侧墙产生的横向推力及在与拱圈共同受力时，侧墙在L/4截面产生拉应力而导致的开裂。（6）材料老化。石砌圬工材料的老化主要是由于受风、雨的侵蚀作用，使材料的强度降低，从而导致整个结构承载能力的降低。（7）桥面破损。桥面破损影响行车安全，轻则使行车轻微颠簸，重则产生跳车。且车辆经过跳车处时，会引起腹拱严重振动，增加构件的疲劳，势必缩短桥梁的使用寿命。分析原因，主要是空腹式拱桥由于腹拱铰的存在，为适应变形的需要，侧墙与桥面结构需相应设置伸缩缝或变形缝，由于缝的存在，构造上又不进行改善， 易引起桥面从变形缝处开始破坏。桥面伸缩缝设置构造过于简单，不能满足桥面变形的需要，造成桥面破坏。（8）防水层破坏或失效。防水层破坏或失效，使拱圈漏水，影响结构安全，缩短了桥梁的使用寿命。分析原因，主要是空腹式拱桥多采用沥青、油毛毡防水层，油毛毡容易老化，特别是变形缝处，很难保证沥青麻絮密实。3 加固方法和基本原理尽管桥梁加固方法很多，但福建省目前对桥梁结构进行加固和补强的方法归纳起来有以下几种：3.1套拱、衬砌加固石拱桥图1 旧石拱桥立面图对出现拱圈纵横向开裂、桥台裂缝，承载力下降的石拱桥修复，采用在拱腹下和桥台前墙浇筑一层30cm50cm厚的钢筋混凝土，并通过锚杆使新钢筋混凝土层与拱圈及桥台结合共同受力，阻止原拱圈及桥台继续变形、开裂，有时根据实际受力需要在河床上增设钢筋混凝土仰拱。为保证新旧拱圈的密实性，在拱顶处预埋注浆水导管，与拱顶浇筑同时进行，待新拱圈浇注定毕后灌注水泥浆。采取这种措施增大受力断面，加强整体性。其施工方式多采用搭设支架和拱盔现场浇筑，亦可采用挂钢筋网后喷射混凝土施工。对仅出现拱圈纵向开裂、桥台完好的石拱桥修复，采用挖除桥面和拱上填料，在拱背上浇筑20cm30 cm厚的钢筋混凝土，并通过锚杆使新钢筋混凝土层与拱圈结合共同受力，恢复拱圈的横向刚度，增强整体性。3.2压浆加固干砌石拱桥对于拱上侧墙外倾，拱圈砌石压裂严重，桥面沉陷变形明显，而石拱桥所处的路线交通量较小，可采用拱圈压浆的方法进行修复，压浆前先对干砌块石拱圈进行勾缝，拆除拱上侧墙重新砌筑，在桥面上按梅花形状钻孔，孔深要求穿透拱上填料层，直达拱圈。压浆材料为1：1水泥砂浆，并掺入适量的减水剂和膨胀剂，在第一次压入的砂浆凝固后再实施第二次压浆，以此类推，直到压满砂浆为止，经使用观测，效果较好。该方法对交通量较小的支线公路上的干砌石拱桥类似病害的修复具有一定的应用价值。3.3石拱桥的局部结构改造与拓宽有些石拱桥由于填土太高或拱圈已经开裂，拱圈已不具有使用价值，而桥台仍完好。可采取拆除拱上侧墙和填土，加高桥台，在裸拱上搭架浇筑钢筋混凝土板（梁），从而形成拱上有板（梁）。或者拆除拱桥的上部结构，采用对比分析后利用或加固原有桥墩台，将上部结构改造成梁桥。4 工程实例国道205线某石拱桥建于1994年10月，该桥位于曲线上，采用桥台斜做，以人行道调节线形，超高以增砌外侧墙调整。桥结构为空腹式石拱桥，桥主跨125，矢跨比为1/4，主拱圈厚70厘米，腹拱跨径为3米，矢跨比为1/4，腹拱圈厚30厘米。全桥长49米，桥台由12.2米加宽到12.9米，原设计荷载为汽20，挂100，如图1所示。 该桥运营几年后,在检查中发现四个腹拱拱圈纵横向有裂缝，并经过观察记录,发现裂缝每年有所发展。一侧桥台下游锥坡下沉，鼓胀开裂，桥面水泥混凝土破损严重。该桥综合评定为危桥，急需采取技术措施进行加固或重建。4.1病害及原因通过对病害的表象及特征的观察分析，其主要原因为：施工期间台背及腹拱圈拱背填料较差且回填碾压不密实；大量超重、超载车辆通过施加的超负荷荷载，使拱圈牵引拉裂，产生裂缝，从而导致腹拱拱圈产生裂缝。水流冲刷严重，致使一侧锥坡破坏。4.2加固措施根据调查结果，对原拱桥结构进行了受力计算和验算分析，通过研究，决定采用以下加固方案：拆除已破坏的那侧桥台下游锥坡并重做；腹拱采用挂网锚喷混凝土防护。挖除拱上填料，置换成透水性的材料。凿除并重做桥面混凝土及桥头两端各20米的水泥混凝土路面。栏杆改成防护墙。4.3 施工要点图2 腹拱圈锚栓、骑马钉加固布置图（1）对裂缝先用25骑马钉箍住，骑马钉间距原则上为50cm，实际间距视石块大小而定，骑马钉位置可以错开，骑马钉的孔位应在石块大致中心处，选用1:2水泥砂浆将裂缝表面封住。如图2所示。（2）用水灰比1:0.8的灰浆，0.40.6Mpa的压力对桥台注浆，注浆时以压力控制，注满为止。（3）为保证新喷混凝土与原结构的可靠结合，应将拱圈周围先凿毛，清理干净，用高压水泵喷水冲洗，并喷水充分湿润拟喷表面。（4）考虑新喷混凝土与原结构的联结，在拱圈底部布置长28cm的22锚栓，锚栓伸入拱圈20cm，在拱上立墙及桥台前墙布置长33cm的22锚栓，锚栓伸入立墙及前墙25cm，锚栓间距均为100cm。锚栓均外露8cm与钢筋网焊接在一起，起固定钢筋网作用。用凿岩机钻孔并用高压空气将孔清洗干净，用40号膨胀水泥砂浆埋置牢固，砂浆比例为：水泥：砂：SH外掺剂=1：1.835:0.2，每立方米水泥用量740Kg。（5）喷射混凝土厚度为10cm，钢筋网纵、横向间距为20cm，钢筋为HRB335钢筋，直径顺桥向16mm，横桥向12mm，钢筋网与锚栓绑扎连接后再点焊牢固。喷射砼采用C25砼，掺速凝剂。实际施工配合比根据试验确定。水泥采用旋窑生产的52.5普通硅酸盐水泥，碎石粒径为512mm。（6）挖除旧桥面混凝土，采用24cm厚布设双层钢筋网的混凝土面层，钢筋直径12mm，纵向钢筋间距10cm，横向钢筋间距20cm。基层为15cm厚的5%水泥稳定碎石基层，垫层为15cm厚的砂砾垫层。桥面混凝土在拱桥伸缩缝的对应位置应设置胀缝。（7）桥头两端的路面结构层从上至下为24cm厚水泥混凝土面层，15cm厚5%水泥稳定碎石基层，15cm厚砂砾垫层。（8）因原桥人行道宽，悬臂较大，又属于旅游开发区行人较多，所以拆除部分人行道，在行车道与人行道之间设置钢筋混凝土防撞墙。钢筋混凝土防撞墙通过预埋钢筋与行车道连接。5 结语该桥加固后,恢复了原来的设计标准,使危桥得到改善。