浅谈某公路石拱桥加固治理设计施工方案
摘要：本文通过对某公路石拱桥在使用多年后出现了桥台下沉和局部结构裂缝的病害分析，采用注浆固结地基以及上套拱、下仰拱的加固治理方法，取得了良好的工程效果，结合该工程实例，进行桥梁病害原因分析和加固治理方案设计，并详细介绍了加固治理的施工方案和质量控制要点，可供类似工程参考。
关键词：石拱桥，加固治理，设计施工方案
1、工程概况
某公路石拱桥位于湖南省张家界市永定区境内（路线编号为永定区X014火溪线），该桥为1-10.0m实腹式石砌板拱桥，全长为22.6m，矢跨比为1／2，桥宽为7.5m（包括防撞栏杆），桥下净空为10.6m，设计荷载为汽-20，挂-100，桥型结构为正交石拱桥，重力式U形桥台，扩大基础。该桥于1979年12月建成通车，在长期荷载作用下，桥台出现了下沉开裂现象，桥梁结构也出现了局部破损。张家界市交通局在2007年10月桥梁检测中发现，靠张家界火车北站方向的桥台前墙外倾近20cm，拱圈出现了多条纵向裂缝，缝宽为0.1cm～4.0cm，已经严重地影响了桥梁使用的安全性和耐久性，必须尽快进行加固治理。
2、加固设计方案
2.1病害原因分析
根据当时地基开挖情况，靠张家界火车北站方向的桥台后半部基底为强风化泥质页岩，前墙靠河床约3m宽的基底为粉质亚粘土。由于基底的承载力不一致，基础产生了不均匀沉降，致使桥台出现了开裂现象。台背填料采用亚粘土，且为人工夯实，密实度难以达到规范要求，加之路面的下沉和开裂，造成大量地表水渗入，使台背土压力增大，加剧了桥台开裂的程度，裂缝由桥台延伸发展至拱圈，造成拱圈多条贯穿裂缝的出现。
2.2加固设计方案
项目部技术人员根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）的规定，计算出桥梁各病害部位的受力情况，选定加固的部位和范围，判断加固的性质，根据实际情况制定了加固设计方案，具体如下：
a)对桥台基础的持力层压注水泥砂浆，以提高持力层的承载能力；
b)采用压浆的方法对桥梁结构裂缝进行修补，以增强桥台及拱圈的整体性；
c)采用现浇C25钢筋砼上套拱，其厚度为40cm，并设置锚杆使套拱与旧桥拱圈紧密结合，形成一个共同受力的整体，以提高桥梁的承载力；
d)在河床设置厚度为30cm的下仰拱，与钢筋砼上套拱形成环状结构，分担原桥梁基础的承载力，避免了应力集中现象，加强了全桥的整体性受力(如图1所示)。
图1石拱桥加固治理方案示意图
3、加固施工方案
3.1基础注浆
3.1.1注浆孔布置和注浆顺序
注浆孔采用φ75风钻成孔，孔位平面上采用三角型布置，间距为0.6m，孔深为5.0m。为防止浆液向远离桥台基础范围的其他段落跑浆，在离桥台基础襟边2.5m处布置2排注浆孔，先进行注浆封闭，待其固结形成一道水泥屏障后，再进行基础范围内注浆孔的灌注。
3.1.2注浆材料和注浆压力
胶凝材料采用42.5级普通硅酸盐水泥，掺和料采用细砂(有条件的应首选粉煤灰)，水泥浆液配合比采用42.5级水泥:细砂:水=1:0:6:0.8，注浆压力为0.5MPa。
3.1.3注浆施工工艺
注浆施工的主要工艺流程：注浆孔布置→钻孔→下注浆管→浆液配制→浆液过滤→接通所有注浆管路→注浆→注浆观测及效果检查→结束，其中有三个重要步骤，具体如下：
3.1.3.1钻孔：先清理表面，定位，采用风钻成孔，钻孔完毕后下注浆管。下管过程中若遇特殊情况，譬如孔内阻塞等，应立即停止下管，将注浆管提出地面，重新清孔，处理完毕后再重新下管。
3.1.3.2浆液配制：水泥浆液采用拌和机拌制，为保证连续注浆，施工中应配备两个贮浆槽。浆液拌制时，细砂可与水一并放入，待水量加足后，再将水泥投入，投料时应防止水泥包装纸或其他杂物混入。浆液搅拌时间为3min，搅拌好的浆液在进入贮浆槽及注浆泵之前应进行过滤，未经过滤的浆液不允许进入注浆泵内。在注浆过程中对贮浆槽的浆液应不停地搅拌。
3.1.3.3注浆：根据该工程实际情况，选用全孔一次注浆方式。注浆时若注浆压力突然升高或降低，应间歇式地反复进行注浆处理。
3.1.4注浆施工的质量控制
3.1.4.1为保证水泥浆液的质量，拌制时应准确配料，搅拌充分。浆液从制成到使用完毕，时间不得超过4h。
3.1.4.2现场安排专职技术人员指导，负责注浆工作全过程的质量控制，并做好注浆钻孔的编号及位置、水泥品种及强度等级、孔深、注浆压力、水灰比、注浆量、注浆时间、注浆孔周边情况等原始施工记录。
3.1.4.3注浆过程中应加强观察，若有流浆、回浆、漏浆等现象，应暂停注浆，查明原因并进行改进。
3.2结构裂缝的处理
先用l:2的水泥砂浆将结构裂缝表面封住，每隔20cm预留1个压浆孔。待封缝砂浆结硬后，用水灰比为0.8的水泥浆液灌注，注浆压力为0.4MPa～0.6MPa。压浆顺序自下而上，相邻压浆孔出浆后，该孔注浆停止，封堵压浆孔，进行下一孔的灌注。为了防止桥梁结构已有的裂缝发展，沿裂缝通长每50cm布置1个骑马钉。骑马钉采用φ22螺纹钢，长180cm，即缝左右各50cm，钉脚长40cm，其中锚固段34cm，外露6cm（如图2所示）。
图2裂缝加固用骑马钉布置图
3.3上套拱和下仰拱的施工
根据制定的加固设计方案，上套拱厚度为40cm，下仰拱厚度为30cm，砼强度等级为C25，布设Φ16螺纹钢筋网，网格纵横向间距均为20cm。上套拱和下仰拱的施工流程：施工放样→围堰→仰拱基坑开挖→石砌铺底→拱基座和仰拱下三角部分的砼浇注→仰拱钢筋网布设→侧模安装及仰拱砼浇注→旧桥拱圈面打毛清理→锚杆骑马钉设置→套拱钢筋网布设→分层模板安装及套拱砼浇注（循环至拱顶）→一次注浆→洒水养护→二次注浆→拆模→结束。施工中重点应注意以下三个环节：
3.3.1下仰拱施工
仰拱基础开挖后，应对桥台基础的外露面进行清理，去除砌体表面脏物，铺设护底。仰拱两端设200cm长的附加钢筋网（布筋与主钢筋网一致），仰拱钢筋网应伸入套拱30cm，并与主钢筋网焊接。仰拱的矢跨比为1/10。仰拱与铺底之间的三角部分采用C20砼填充密实。如果流水量不大，可在三角部分埋设排水管，待仰拱施工完后，再用C20砼填充。
3.3.2锚杆安设
为了保证新旧拱圈的整体性，在旧拱圈面（有骑马钉部分不设）布置φ22的锚杆，锚杆间距为l00cm，梅花形布置，锚杆长为73cm，嵌入拱圈结构35cm，将外露的端头与套拱钢筋网焊接，兼起固定钢筋网的作用。桥台位置的锚杆设置成向上45°的斜角，以承受部分水平推力。
骑马钉和锚杆施工应在结构物表面清洗、凿毛后进行，选用φ25的十字型钻头成孔，钻进成孔中要控制锚杆定位、定向、定深度。钻孔后，用高压空气将孔清干净，用M40膨胀水泥砂浆埋置牢固，砂浆配合比为42.5级水泥:细砂:SH外掺剂=1:1.85:0.2。砂浆应拌和均匀，随拌随用，一次拌和的砂浆要在初凝前用完。锚杆安设后不得随意敲击，其端部不得悬挂重物。
3.3.3上套拱浇注
下仰拱两端连接至套拱的下端，在桥台基础襟边浇注C25砼作为套拱的基础。待下仰拱砼达到设计强度70％，锚杆砂浆达到设计强度100%后，方可安装套拱的钢筋网，套拱的钢筋网应与露出的锚杆端头焊接。然后再进行两侧模板的安装，由下向上，采用分层装模、浇注砼振捣的办法进行施工，每层的砼浇注宜在下一层的砼初凝前进行，最后向拱顶合拢。由于拱顶砼难以振捣密实，因此可在拱顶处预埋ф50钢管作为注浆导管，在拱顶封板浇注后，紧接着进行注浆，保证拱圈的密实。完工后应及时洒水养护，确保有14d的养护时间。考虑到砼的收缩和拱架的下沉变形，待套拱砼达到设计强度70％后应进行二次注浆。由于施工期间不中断交通，因此模板在28d后才能拆除。
4、结束语
该石拱桥于2007年12月完成加固治理，经过一年多正常运营，加固处理的桥台基础无明显沉降，上套拱结构完好，未发现裂缝、变形等结构性破坏。事实表明，该加固治理方案有效可行。桥梁结构的加固方法很多，在进行具体工程加固方案设计时，应综合考虑结构型式、加固部位、缺陷类型、施工方法、经济合理等因素，分别采用不同的加固方法，以便在尽可能经济的情况下保证安全可靠的工程质量。
参考文献
[1]JTGD60-2004，公路桥涵设计通用规范[S]．
[2]徐根连．压浆技术在处理台背填土中的应用[J]．公路，2002，(2)：42—44．
[3]杨文渊，徐彝．桥梁施工工程师手册[M]．北京：人民交通出版社．2003．