石太线拱桥包打加固方案比选

李　洲

(中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院，山西太原　030013)

The Scheme Comparison About Package Reinforcement of Arch Bridge in Shitai Railway

LI Zhou

石太线拱桥包打加固方案比选

李洲

(中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院，山西太原030013)

The Scheme Comparison About Package Reinforcement of Arch Bridge in Shitai Railway

LI Zhou

摘要石太线设施设备改造工程中拱桥结构出现拱圈开裂、砌石松动、边墙外鼓等问题，创新性的提出墩台立柱的加固方案，在不损伤结构主体本身的同时取得较好的加固效果。

关键词拱桥拱圈开裂包打加固方案比选

1工程概况

石太线为山区重载铁路，建于上世纪二三十年代。由于当时建造技术和财力限制，全线曲线多，半径小，坡度大。石太线共有曲线434条，曲线全长125.7 km，占线路总长的47.3%，最小曲线半径280 m，行车速度因此受到限制。由于运营多年，部分石拱桥出现拱圈裂缝、砌石松动、边墙外鼓等现象。本着对既有桥涵设备“少废弃、少改建、多利用”的原则，对既有石拱桥进行包打加固设计。

2工程实例

石太上行线YK75+826.00处石拱桥(见图1)，该桥建于1943年，浆砌料石砌筑，基底置于砂夹卵石上。1957年北京铁路局工务处对该桥进行了检定，指出了存在的问题和处理意见并进行了修整。截止本次设计，1号、4号拱圈已进行了混凝土包打加固，边墙部分裂缝处设置了夹板加固。通过与工务部门对接，并经过现场勘探核实，发现既有拱桥出现边墙砌石松动、外鼓，2号、3号拱圈多处裂缝等现象，加固夹板钢构件也有不同程度的锈蚀。本次设计考虑对2号、3号拱圈及边墙进行包打加固。

2.1　墩台立柱包打方案(方案一)

拱圈部分套拱包打钢筋混凝土[1]30 cm厚，包打混凝土墩顶位置处尖灭[2]；边墙部分包打钢筋混凝土35 cm厚，边墙两侧墩台位置处设钢筋混凝土立柱，立柱截面1.5 m×0.5 m，桥顶设φ25圆钢对拉(见图2)。具体为：桥墩位置处墩顶(立柱底)凿毛钻孔植筋并与钢筋混凝土立柱纵筋焊接[3]，使桥墩与立柱紧密连接共同受力，立柱顶、中、底部位置采用φ32精轧螺纹钢对拉；桥台位置处立柱支立于原地面，并于立柱顶、中、底部采用φ32精轧螺纹钢对拉。由于基础埋置较深且地基承载力满足受力要求[4]，无需加大墩台及基础断面。

(1)具体实施方法

施工前，采用P43钢轨3-5-3扣轨加固既有铁路，并根据施工需要提出封锁要点或慢行计划。

采用在既有拱圈下套拱加固的方法对病害拱圈进行加固[5，6，7]：

①钻孔植筋[8，9]，牵钉采用φ22钢筋，间距0.45 m，梅花形布置；裂缝处钻注浆孔[10]。

②将拱圈破损部分清除，既有圬工表面凿毛、洗净并涂刷界面剂。

③打入牵钉，牵钉插入长0.35 m，全部采用锚固包锚固。

④绑扎拱圈钢筋(φ16钢筋)，钢筋间距采用0.15 m。

⑤预埋注浆管，立模浇筑C35微膨胀混凝土[11]。

待拱圈包打混凝土强度达到设计强度85%后，方可拆除模板，包打边墙混凝土：

①包打混凝土前对既有夹板钢构件进行检查，并对其进行除锈处理。

②边墙牵钉(φ22钢筋)及对穿拉杆钻孔，牵钉间距0.75 m，梅花形布置；既有墩顶钻孔植筋(φ22钢筋)；裂缝处钻注浆孔。

③边墙破损部分清除，既有圬工表面凿毛、洗净并涂刷界面剂。

④打入牵钉，牵钉插入长0.35 m，全部采用锚固包锚固。

⑤绑扎边墙钢筋(φ16钢筋)，钢筋间距采用0.15 m，双层布置。绑扎立柱钢筋，立柱纵筋与墩顶所植钢筋一一对应焊接。

⑥拉杆孔位置预埋PVC管(拱桥两侧的立柱采用φ32精轧螺纹钢对拉，立柱外边墙顶采用φ25圆钢对拉)，预埋注浆管，立模浇筑边墙、立柱混凝土。

⑦穿入拉杆，拉杆采用双螺母，外露部分涂红丹醇酸底漆两道，云母氧化铁面漆两道。拉杆与混凝土接触面设置钢垫板。

压浆结束后，用掺入水泥的灌浆液，把灌浆嘴处抹平，进行封口。

(2)本方案的特点简述

本方案可达到防止拱桥外观及结构进一步恶化并使拱桥新包打部分与既有结构更好衔接的整治要求，确保了铁路正常运营，满足“少废弃、少改建、多利用”的原则。

边墙两侧墩台位置处设立柱，避免了边墙变形进一步恶化及裂缝的进一步开展，同时立柱、桥墩台与包打混凝土共同形成了一个完整的受力框架，保证了结构的安全、可靠。

2.2　夹板加固包打方案(方案二)

采用夹板拉杆、钢筋混凝土包打的方案加固拱桥。拱圈部分包打钢筋混凝土30 cm厚，包打混凝土墩顶位置处尖灭；边墙部分逐段钻孔对拉加固，采用[10槽钢做横向连通垫板，设φ25圆钢对穿拉杆对拉，纵向用∠50×50×5角钢对槽钢有效焊接。边墙夹板拉杆施工完毕后，既有圬工表面凿毛、打入牵钉、洗净并涂刷界面剂后用钢筋混凝土进行包打(见图3)。

(1)具体实施方法

施工前，采用P43钢轨3-5-3扣轨加固既有铁路，并根据施工需要提出封锁要点或慢行计划。

采用在既有拱圈下套拱加固的方法对病害拱圈进行加固(方法同方案一)。

待拱圈包打混凝土强度达到设计强度85%后，方可拆除模板，包打边墙混凝土：

①包打混凝土前对既有夹板钢构件进行除锈处理。为防止边墙变形恶化，影响行车安全，逐段钻孔对拉加固。采用[10槽钢做横向连通垫板，设φ25圆钢对穿拉杆对拉，拉杆横穿拱桥的全宽，两端为双螺母，将槽钢夹紧，拉杆按照横向间距1.5 m、纵向间距0.75 m布置，纵向用∠50×50×5角钢对槽钢有效焊接，角钢间距0.75 m。

②边墙牵钉(φ22钢筋)钻孔，牵钉间距0.75 m，梅花形布置；裂缝处钻注浆孔。

③边墙破损部分清除，既有圬工表面凿毛、洗净并涂刷界面剂。

④打入牵钉，牵钉插入长为0.35 m，全部采用锚固包锚固。

⑤绑扎边墙钢筋(φ16钢筋)，钢筋间距采用0.15 m，双层布置。

⑥预埋注浆管，立模并浇筑边墙C35混凝土。

压浆结束后，用掺入水泥的灌浆液，把灌浆嘴处抹平，进行封口。

(2)本方案特点简述

本方案可达到拱桥加固处理的整治要求，通过夹板对拉方案对既有结构捆绑，再辅以裂缝注浆，解决了拱桥边墙外鼓、砌石松动及圬工裂缝的实际问题。

边墙两侧采用槽钢及角钢对拉加固，再以钢筋混凝土包打，既解决了结构面临的种种问题，满足了结构受力要求，也避免了钢构件锈蚀情况的发生。

3方案确定

两个方案均可彻底整治目前发生的石拱桥拱圈裂缝、砌石松动、边墙外鼓等问题，均能满足包打加固后的结构安全。

不同点在于解决问题的方式上，方案一通过设置墩台立柱、对拉拉杆及包打混凝土解决；方案二通过夹板钢构件对拉、包打混凝土解决。

方案一：墩台立柱与既有拱桥连接稳固，可与桥墩台共同承力，整体性好。对穿拉杆数量少，对既有拱桥损伤较小，甚至无损伤。

方案二：为确保既有铁路正常运营，对既有拱桥钻孔需逐段施工，施工困难大、工期长；同时，对穿拉杆数量较多，对既有圬工结构破坏比较大。

综上所述，方案一实施难度不大，对既有拱桥结构损伤小，而且可很好的解决拱桥发生的问题，使其成为真正的放心工程。方案二较方案一对既有拱桥损伤大，存在很多不确定因素，安全方面也不好掌控。

故将方案一作为推荐方案。

4主要施工注意事项

针对本加固工程的特点，设计中提出了如下施工注意事项指导施工，提高施工质量：

(1)拱桥包打加固施工顺序先拱圈后边墙，先拱脚后拱顶。拱圈采用微膨胀混凝土。

(2)由于既有桥基础埋置较深，拱圈包打混凝土墩顶位置处尖灭，具体为：凿除既有拱圈一侧拱脚下部混凝土20 cm，绑扎钢筋与拱圈一起浇筑。

(3)拱桥两端的立柱用φ32精轧螺纹钢对拉，立柱外边墙顶采用φ25圆钢对拉，安设完成后拉杆与PVC管之间的缝隙用水泥浆液灌注。

(4)牵钉钻孔应洗净，牵钉全部采用锚固包锚固，周围用M20干硬水泥砂浆填塞严密。

(5)拱桥裂缝配合压浆进行处理[12]，压浆在包打混凝土凝固后通过预埋的压浆管来进行。具体为：在既有拱桥裂缝处钻孔，孔眼交错配置，距离拱桥边缘不小于0.4 m，各孔间的距离根据裂缝长度而定，一般为0.9～1.5 m，确保浆液能充分压入所有裂缝及空隙内。孔眼直径38～50 mm，要求能埋入压浆咀。压浆时，在立面上由最下层的注浆管开始逐孔向上进行。

参考文献

[1]TB10002.1—2005铁路桥涵设计基本规范[S]

[2]铁路工务技术手册：桥涵 [M].北京：中国铁道出版社，1992：207-310

[3]TB10002.3—2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S]

[4]TB10002.5—2005铁路桥涵地基和基础设计规范[S]

[5]周海华.采用套拱加固石拱桥[J].铁道建筑，2009(9)：203-204

[6]林晓锋，向中富，王旭军.常用石拱桥加固技术综述[J].山西建筑，2007(9)

[7]林力成，林晓芳.浅谈石拱桥加固的方法与体会[J].交通科技，2008(2)：40-44

[8]TB/T2093—2002吸水式锚固包技术条件[S]

[9]杨珂.植筋技术施工方法及在工程中的应用[J].科技视界，2012(9)：171-172

[10]周林聪，郑一峰，赵洪波，等.石拱桥上部结构加固技术研究[J].交通科技，2010(8)

[11]TB50119—2013混凝土外加剂应用技术规范[S]

[12]文华锋.某地区石拱桥病害分析及整治方法探讨[J].黑龙江科技信息，2010(8)：229-230

中图分类号：U24

文献标识码：B

文章编号：1672-7479(2015)05-0050-03

作者简介：李洲(1981—)，男，2006年毕业于兰州交通大学土木工程专业，工学学士，工程师。

收稿日期：2015-06-18