探讨拱桥常见病害原因分析及处理方法

探讨拱桥常见病害原因分析及处理方法

刘成才

陕西西公院工程试验检测有限公司  陕西西安   710061

摘要：石拱桥在我国历史悠久，经历了几百甚至上千年的风吹雨打和自然灾害的考验，如今仍然坚如磐石、稳如泰山，这离不开坚固的石料和精湛的工艺。然而，近年来随着经济的快速发展，公路交通量及重载车猛增，很多石拱桥受到不同程度的损伤，各种病害也开始显露，结构强度也不同程度下降。为了保护这些历史文化遗产，需要对石拱桥进行维修加固改造处理。

关键词：拱桥；病害原因；处理方法

1桥面病害成因分析

根据提供的信息，该桥为轻型石拱桥，全长97.5m，桥面总宽度9m。上部结构为1×9.8m+1×50m+1×9.8m板拱，下部结构为重力式墩台，扩大基础。修建于2006年，2014年采用自密实钢筋混凝土加固过主拱圈及两桥台，但未对涉及拱上部分加固。

1.1墩台裂缝

墩台裂缝的主要成因是荷载过大、台身原施工填料压实不到位、台身排水不畅以及砂浆石料强度低等原因。

1.2拱上回填层破坏

产生的原因是施工时拱上回填材料质量把关不严，施工时质量把控不到位。在营运重载车辆的频繁碾压下，回填料内部机构发生改变，横向或纵向不均匀压缩变形。严重时会造成侧墙外鼓，造成桥面面层损坏和拱圈渗水。

1.3拱圈渗水

渗水原因很多，主要是防水层自身老化损坏，加之桥面面层铺装密水性能差，或者桥面破损没有及时修补，导致桥面水沿桥面结构层不断下渗，最终造成拱圈渗水。长时间拱圈渗水会对拱圈料石之间的黏接胶凝材料产生破坏，进而会影响拱圈承载力。

2拱桥常见病害的处理方法

2.1墩台裂缝处治

2.1.1材料选择

裂缝宽度<0.15mm，采用表面封闭法进行修补，封闭用聚合物水泥；裂缝宽度≥0.15mm，采用低压渗透注浆，压力注胶浆采用专门配制的混凝土裂缝修补胶浆。

2.1.2施工工艺

（1）表面处理。用专用钢丝刷或吹风机等工具沿裂缝方向清除表面灰尘等污物，然后用毛刷蘸丙酮或酒精等有机溶液，沿裂缝两侧2～3cm宽擦洗干净并使其干燥。其目的是补缝材料有效地充填裂缝并与原构件紧密结合，达到密闭效果。（2）埋设注浆管座。沿裂缝15～20cm埋置注浆管，且在同一条裂缝设有进浆管嘴、排气管嘴、出浆管嘴；注浆管座孔洞位置必须要对准缝隙，并在管座底部抹一层改性环氧树脂黏胶，使其稳固；在裂缝两侧宽涂抹2～3cm改性环氧树脂黏胶，用铁板将其刮实密封，不能有鼓泡和皱纹，确保裂缝完全封闭且不漏气。（3）开始注浆。待封闭带硬化后，进行压气测试。压缩气体通过注浆嘴，检查封闭带是否严密。等到封胶固化后，把注浆器安置在座台上，先从注浆机一端开始注入胶浆，按照埋设的管座间隔注入。气压控制在200～400MPa，将修补胶浆注入密封的裂缝内，待裂缝内部的胶浆注满后，随着压力的增加，裂缝内部的胶浆被压出排气管座，立即用堵头进行封堵，完成注胶。胶体强度达到要求后，用角磨机将多余胶体打磨掉，使其平整干净。需要注意的是，注浆施工环节需要严格控制注浆量，且要求施工技术人员严格地按照注浆加固工艺的规范进行操作，避免浆液过多或浆液不足的情况。待注浆工序完成以后，还要做好施工区域的防护，禁止人员踩踏。

2.2拱上病害处治施工

2.2.1更换拱上填料

（1）工前准备。为了保证施工安全及工程质量，桥面维修施工定位全封闭进行作业，项目业主单位管理人员与施工单位一道，与当地政府及交通管理部门洽谈封闭施工相关事宜及发布公告。（2）施工探测。根据施工单位所编制的拱上填料拆除方案，施工前，先安排工人操手提式空压凿岩机分别在实腹段与空腹段相接位置，在主桥与引桥相接位置，在护栏与桥面连接位置进行凿洞探测，探测出原桥桥面铺装厚度，结构尺寸及分布形式，以保证机械施工作业时不损伤拱圈。（3）拱上填料拆除。按照桥梁病害处理的要求，严格进行拱桥填料拆除的控制，拱上填料拆除时，为减载施工，需由拱顶向两端桥台同时进行。这是由于拱桥拱圈具有的施工特殊性，其目的是拱圈两端受向拱顶的压力平衡而相互抵消，保证拱圈不受偏向挤压而受损。首先用一台挖掘机从拱顶开始拆除，达到作业面后，两台挖掘机分别同时向桥台进行。为了尽量减小挖掘机在拆除破碎振动对拱圈的影响，按施工设计要求采用75型轮式挖掘机进行拆除。并且挖掘机的破碎钻头切记不能对着拱圈发力破碎，而是保持破碎钻头水平或向下30°进行剥离破碎。为防止挖掘机操作手可能有盲区操作，每一台破碎拆除的挖掘机配备一名专职人员进行指挥，且专职人员之间必须随时沟通，保证两端拆除速度一致，直至完成拆除旧填料。（4）施工监测。扰度水准监控分为各阶段监测及实时监测。指令施工单位每施工工序前后和施工中进行水准测量监控，对比数据的变化情况而分析拱圈加载和加载的变化情况。假如出现扰度数据变化时异常，立即报告现场负责人：停止施工，查明原因：若数据变化超出允许范围时，发出预警信号，作业人员全部撤离施工现场，并同时启动安全应急预案，待查明原因确认安全后再进行施工。为此，施工单位应按照施工方案，两套施工机械设备同时由拱顶开始进行拆除原拱上填料，并在1/2处（即拱顶）及两1/4处左右侧布设6个水准监控点，安排专责工程技术人员用水平仪随时监测拱圈的扰度变化，并全程做好监测记录，直至拱上新回填料（混凝土）施工完成。

2.2.2防水层施工

拱背防水设计为三油两布（即：防水油膏+土工布+防水油膏+土工布+水油膏），且直接铺在拱背上。经施工单位将原拱上填料全部拆除后，发现拱背砌石高低不平，无法直接按设计进行拱背防水层粘贴铺装施工。鉴于此情况，业主办召集监理、设计及施工方，经现场踏勘后确定分部施工方案：用少部分C20混凝土将拱背找平后再进行拱背防水层施工，保证拱背防水层平整且不起空鼓。待找平混凝土凝固后开始防水层施工。首先在找平层上用手持滚筒均匀涂抹经熬化的防水油膏，然后铺贴土工布。土工布铺贴须平整，不能有皱褶，接缝处重叠不少于20cm，再在土工布上滚涂油膏。按此工序完成三油两布的防水层施工。

2.2.3拱上填料施工

完成拱背防水层施工后经监理及业主办技术部相关人员检验合格后，开始进行拱上填筑施工。拱上混凝土填筑施工必须严格按照经审批的施工组织方案：两端同时进行，且施工时专人进行扰度变化监测。根据设计要求，在进行C20混凝土填筑施工的同时要进行桥护栏基座施工，为了保证护栏达到最佳防撞，此基座必须与混凝土填筑层浇筑为一体。最关键的C20拱背混凝土填筑施工完成且凝固后，减少了99%的拱圈受损的安全隐患。接下来是桥面铺装、二次防水层及桥面沥青混凝土的铺装施工。该石拱桥维修改造工程于2021年12月初进场，进行全封闭方式施工，由于受冬季天气影响，于次年4月底全部完工。待混凝土工程达到养护周期后，开放交通，并于2022年9月21日进行了交（竣）工验收。从验收情况来看，各分部工程质量稳定，总体评价为合格工程。

3结语

综上分析，在石拱桥病害处理阶段，案例工程通过上述处理措施，有效解决了存在的问题，大幅提升了桥梁的安全性，同时，对延长桥梁使用年限也有重要帮助。未来，还需要加强对石拱桥病害处理技术的研究，利用高强混凝土材料替代普通材料，提升修补的质量，同时，对修复加固工艺进行研究，引进科学的处理技术，达到桥梁加固的要求。

参考文献

[1]袁天伟.小跨度石拱桥拱腹套拱加固设计探讨[J].四川水泥，2020（10）：305-306.

[2]谭上俞.公路石拱桥典型病害及养护管理研究[J].四川建材，2020，46（1）：145，147.