泄洪区石砌拱桥病害及改造工程设计施工管养一体化探析

矣健萍

（双柏县地方公路管理段，云南 双柏 675100）

1 引言

桥梁泄洪能力对于避免上下游洪涝灾害，保证桥梁使用安全，保障人员出行安全有着重要的意义。尤其是处于泄洪区的石砌拱桥，若泄洪能力不足，轻则洪水漫过桥面，影响桥梁结构安全，重则导致桥梁垮塌，损害人民生命财产安全[1]。许多因素影响着桥梁的防洪泄洪能力，主要因素有施工前期的设计、是否保证标准化的施工、后期是否进行管养维护等。本文以腊冬箐桥危桥改造项目为例，论证提高桥梁泄洪能力的关键是前期设计和标准化施工。

2 石砌拱桥典型泄洪病害及影响

2.1 石砌拱桥泄洪能力不足的典型病害

2.1.1 桥梁受水流冲刷侵蚀

由于受到河流侵蚀和其他不利因素的影响，墩台基础受到破坏，出现基础沉降、侧倾或者滑移等现象。基础破坏，使上部结构进一步开裂，墩台基础破坏又因此加重了，形成恶性循环。除了对基础的影响之外，水流冲蚀还会对桥梁上部造成危害，台身、拱圈受水流冲击，造成拱圈与拱上侧墙开裂，局部砌体脱落。桥面破损，影响行车的舒适性，加剧了车辆对桥梁的冲击作用，增加构件的疲劳，影响结构的寿命[2]，同时还会导致水渗透到主拱圈之上，严重时出现主拱圈底部渗水，底部被溅起的泥浆污染，出现风化剥落现象，影响桥梁正常使用。

2.1.2 河道堵塞

桥梁的泄洪能力与桥梁净空、跨径等因素息息相关，提高桥梁的泄洪能力，对于桥梁建造来说，是不可忽视的一部分。对于石拱桥来说，若桥梁净跨径过小，则会造成桥梁泄洪能力不足，导致上游雍水，河道被泥土堵塞，影响洪水的流速，对河流两岸的居民生命财产安全造成威胁。

2.2 泄洪病害对桥梁承载能力的影响

1）主拱圈开裂。石拱桥有着各种各样的病害，拱圈出现裂缝的情况尤为多见。主拱圈开裂分为横向和纵向开裂两种情况，对于桥梁的安全使用有着极大威胁。随着主拱环横向裂缝发展，桥梁结构体系发生改变，内力也因此产生变化，结构变得不稳定。

2）腹拱圈开裂。腹拱开裂在石拱桥病害中是十分严重的。腹拱环开裂使得腹拱刚度下降，破坏正常的受力情况，导致主拱圈分担过大的外载，若开裂进一步发展，裂缝也会出现在主拱圈，桥梁的使用寿命也会变短。

3）桥面破损。桥面是否完整，在很大程度上决定着行车是否安全。若桥面破损不再完整，桥面上行驶的车辆的动力效应就会更强烈，造成严重的跳车，车辆跳车的情况下，腹拱会产生剧烈的振动，加重构件的损坏，对桥梁产生不利影响。

4）防水层的破坏。防水层的破坏会造成普通的圆形渗漏，随着时间的推进，逐步腐蚀桥梁，对桥梁寿命有极大的威胁。

5）桥墩台基础破坏。桥墩基础破坏和上部结构的破坏二者息息相关，因为上部拱圈开裂多数情况下都是由于下部的破坏，而桥墩和平台的破坏也因为拱圈开裂而加剧[3]。

3 泄洪改造桥梁设计、施工及管养

本文以腊冬箐桥危桥改造项目为例，探究前期设计和标准化施工对提升泄洪能力的重要作用。腊冬箐桥位于某省S226 公路双柏段，该桥建于1999 年，桥梁结构形式为单孔实腹式石砌拱桥，桥梁全长11.7 m，桥面净宽6.5 m，拱净跨5 m，拱圈宽度8.85 m，厚0.5 m，拱上填料厚约为1.60～1.80 m，矢跨比为1/3 圆弧拱桥。拱圈为混凝土砌块拱桥。根据桥梁检测鉴定报告，该桥总体技术情况较差，技术情况等级为4 类，为保证人员通行安全，需要拆除重建。拆除旧桥后在原址新建1×10 m 钢筋混凝土现浇板桥。

3.1 前期设计

3.1.1 自然因素分析

双柏县在哀牢山东部，金沙江与红河流域分水岭交汇处附近，具有“山川相间、峡谷纵横、山势高低悬殊、北水南流”的区域地貌特点。属北亚热带高原季风气候，年平均降雨量在900 mm 左右，季节分明，有富饶的光照与气候资源，气候类型也较为多样。本项目区地表水发育，为季节性河流，水流量随季节变化较大。

3.1.2 上部结构设计

上部结构的结构形式为普通钢筋混凝土现浇实心板梁，悬臂宽度为0.75 m，梁高为0.7 m。梁顶面设8 cm 厚C45 现浇混凝土调平层，8～15 cm 厚层C45 水泥混凝土桥面铺装。桥梁上部将按照平面杆系假定，结构内力计算利用桥博软件完成。采用满堂支架施工，预压方式有两种，沙袋和水袋预压，预压的重量设置为上部结构恒载的115%。支架沉降稳定之后方可浇筑现浇上部结构，每跨现浇板的支架跨中应设置向上1 cm的预拱度。

3.1.3 下部结构设计

下部结构为U 台接扩大基础。设计要求基底土承载力不低于350 kPa。

3.1.4 耐久性设计

混凝土质量对于耐久性设计十分重要。为了保证混凝土质量，尽量减少或壁面裂缝的产生，施工中所采用的混凝土宜为高性能混凝土，其原材料及配合比应符合现行JTG/T 3310—2019《公路工程混凝土结构耐久性设计规范》及其他有关规范及标准要求。

3.1.5 支架及模板方案设计

综合考虑腊冬箐桥危桥改造工程项目地质报告中所示资料，桥梁所在区域的地理条件，桥梁的线构，梁高及净空，以及经济与安全方面的因素，决定用碗扣式铜管搭设的满堂支架作为模板支架。

1）支架基础处理。在搭设支架之前，要进行筑岛回填土地基（满堂支架地基基础范围是梁宽的投影面左右各加宽2 m）的清表、整平、碾压（压实度不小于95%），尤要注意的是基坑、泥浆池要进行换填处理，它的主要目的是清淤，之后回填石碴，碾压密实；筑岛填土面层按设计高度回填不小于60 cm（压实厚度）厚的石碴（地基承载力计算时为安全起见，该石碴层按筑岛填土即碎石土考虑），填筑和碾压要一层一层地进行，使压实度达到95%以上（即地基承载力f＞200 kPa）：最后再将30 cm 厚的C25 素混凝土铺筑完成，它在养护后不仅是满堂支架的持力层基础，同时还是防止雨水进入的隔离层，以此保证地基不会沉降。

2）现浇满堂支架的布置。现浇满堂支架采用建筑施工碗扣式脚手架钢管（φ48 mm×3.5 mm）搭设。标准段立杆的纵向距离90 cm、横向距离90 cm，横杆步距120 cm，立杆上部和下部分别设置可调顶托和可调底托，将5 cm×22 cm×300 cm 木板垫在底托下边。在立杆顶部设置2 层方木，顺桥向（纵向）设I10工钢，纵向工钢上设10 cm×10 cm 横桥向（横向）方木，横向方木上铺设厚1.2 cm 的优质竹胶合板，支架纵横均设剪刀支撑，其中横桥向剪刀撑每4.5 m 设一个，端部为必设之处，剪刀撑均由底至顶连续不间断设置。剪刀撑斜杆与地面之间的夹角在45°～60°为宜，每步斜杆都要与立杆扣接。

3）支架拆除。在支架拆除前，首先全面检查脚手架，在确认没有安全隐患存在的情况下进行施工。若存在影响拆除的危险因素，应优先解决脚手架不稳固等问题。在拆除之前，要明确拆除的区域大小，清楚拆除设备数量、拆除所需的时间、拆除顺序及方式方法，对施工过程中的横向运输相关工作，工作者指挥联络的方法和用语，拆除的最优方法和危险范围要有明确的认识和准备。拆卸脚手架的顺序也有其原则，一般是按照先上后下的拆卸顺序，即后安装的先拆，先安装的后拆。为避免多项工作同时进行发生危险，拆除外脚手架时，在其他垂直方向的工作要暂时停止，严禁在拆卸同时在垂直方向作业。拆卸下来的脚手架钢管、扣件等材料运到地面后，按照规定对其进行评价分类，有些物品可以在修复后重复使用，要对它们进行区分，并且将所有物品按规格堆放。

3.2 标准化施工

3.2.1 施工总则

施工承包单位在收到施工设计图纸以后，必须在施工前仔细研读施工设计文件，明确设计意图。同时，若发现图纸的错漏之处，及时书面告知设计单位，以便及时更改。在工程施工时，明确规范要求，必须对各部分主要的施工步骤制定完整仔细的施工细则。对于施工所用到的材料，无论是成品还是半成品，为保证质量，都要按照相关规定进行检验。

3.2.2 上部结构施工

1）混凝土施工。整座桥所用混凝土需来自同一厂家，确保整座桥的颜色一致，模板表面应采取措施使其完整平整。通过计算、试配、试验等，确定适宜的混凝土配合比，使之符合工程所需的刚度、强度要求。浇筑配好的混凝土时，应振捣使其密实，提高混凝土的密实度，并在拆模前对混凝土强度进行检测，确保符合规范要求，防止混凝土开裂及棱边损伤。

2）普通钢筋施工。所有在施工中使用的钢筋，都要严格按照JTG/T 3650—2020《公路桥涵施工技术规范》的有关规定进行加工、安装和质量验收等。钢筋发生冲突时，在混凝土保护层厚度得到保证的条件下，可以适当调整钢筋位置。

3.2.3 下部结构施工

1）桥台放样：横桥向桥台轴线与路中心线一致，施工时首先确定桥台横向位置，顺桥向伸缩缝中心在总图中以桩号示出。

2）施工时精确测量核对桥台中心线距路中线的距离，桥台各位置处的高程，核对好后，再进行施工。

3）为了确保基础质量，施工过程必须严格按照设计图和相关规范规定进行。

4）在桥台和帽梁的施工过程中，挡块、牛腿、背墙及搭板等预埋钢筋的设置需要和图纸高度对应，因此需要事先明确。主梁安装完成之后，将弹性橡胶材料塞入现浇板和挡块的空隙中。

5）桥台各支座的位置情况在施工过程中必须时刻明确清楚，确保支座位置、规格准确无误。

6）支座垫石顶面务必保持水平。

4 运营期管理养护

桥梁日常养护应遵照JTG 5120—2021 《公路桥涵养护规范》进行经常检查、定期检查和特殊检查，建立专门针对本桥的检查结果、养护、维修情况等数据管理库，为桥梁的日常养护和后期管理提供基础和依据。

1）桥梁设计使用年限基于结构在预期作用和预定维护条件下而言。运营过程中，桥梁的使用应符合给定的使用条件，严禁超限、超载重车过桥。

2）在桥梁运营期间，对桥梁进行定期的检测和维修。

3）应按照一定的时间间隔，检测运营过程中梁体跨中挠度，并注意检查上部梁体，墩台等部位是否出现裂缝，发现非正常情况应该及时通知主管部门以便及时得到有效处理。

4）对支座和伸缩缝等非永久构件，要定期检测维修，情况严重时，及时更换。

5 结语

服役期较长的石拱桥很容易出现问题，而有些问题往往是在最初的设计施工阶段就已经存在，比如，文章中石拱桥泄洪能力不足的问题，随着时间的推移，问题愈演愈烈，威胁到周围人员的生命财产安全。为了根治病害，恢复桥梁原有的通行能力和承载能力，保障河道行洪及工程本身的安全，对技术情况较差的桥梁进行拆除重建时，要注意在设计和施工时避免类似问题的存在。本文对石拱桥危桥改造项目中施工技术与养护工作进行了分析，希望可以为今后同类工程改造提供一定的指导。