浅谈石拱桥加固与改造设计
2016-02-29
1 概述
石拱桥具有历史悠久、就地取材、造价低廉、施工技术简单等优点。但是由于旧石拱桥设计标准低，随着经济的发展，汽车工业的进步，桥上的重车越来越多，车流量越来越大，当时的设计标准已经不适合当前经济发展的需求，因此石拱桥普遍存在承载力不足，病害较多的缺陷。
赛虹桥位于南京市西南角的城墙外，是明洪武年间建造的，距今已有六百多年历史。为三跨石拱桥，清康熙年间重建。桥宽50余米，分水桥墩长60余米。其宽度在南京古桥史上罕见。抗战时期此桥遭受日军破坏，部分桥孔塌落，解放后于1954年和1958年进行过两次整修。赛虹桥年代久远，承载能力不足，目前限载8t，根据检测，此桥已不能满足汽车荷载使用要求，桥梁结构损坏严重，特别是北孔拱圈结构有继续坍塌的趋势。鉴于车辆荷载的日益增长，针对桥梁结构安全采取加固改造措施，提高其承载力，满足现有荷载条件的需求，已显得十分迫切。
目前，桥梁所在的长虹路南北段均改造完成，路幅宽30m。路幅分配为3.5m（人行道）+4m（非机动车道）+1.5m（侧分带）+12m（机动车道）+1.5m（侧分带）+4m（非机动车道）+3.5m（人行道）。桥梁所在位置存在建材市场和大量杂乱民宅，加之桥梁本身较为狭窄，目前全桥宽度最窄处不足20m，长虹路在此位置形成交通瓶颈。桥梁本身面貌破败以及周边环境状况不佳，与秦淮风光带和附近的崭新的城市风貌很不协调。
2 桥梁损坏情况简述
根据桥梁检测报告，主桥的病害较为严重，本桥各孔病害状况不同，北孔病害状况最严重，南孔相对较好，各孔状况如下：
（1）桥梁北孔病害状况最为严重：
a.主拱圈局部块石脱落，几处块石呈现明显坍塌趋势；
b.主拱圈东侧存在一处明显破损；
c.拱圈块石勾缝几乎全部脱落，渗水严重；
（2）桥梁中孔现有拱圈约10m宽，加宽段预制板梁病害严重：
a.搁置板梁的台帽破损；
b.西侧加宽板梁的混凝土板梁混凝土破损剥落，主筋外露；
c.北侧桥墩局部砂浆勾缝脱落；
d.西侧主拱圈局部砌块接缝开裂，宽1cm；
e.西侧洞口处有2块块石碎裂；
（3）桥梁南孔状况相对较好主要是距东侧洞口18m处有渗水现象；
（4）由于桥台基础产生不均匀沉降引起台身和拱圈局部产生开裂。
3 分析桥梁破损的原因
造成石拱桥病害的主要有以下几个方面的原因：
(1) 由于拱桥的经历了时间较长，桥梁变形较大，造成墩台移动。由于拱圈受力不对称和基础沉降，在拱顶下部和拱角上部产生裂缝。
(2) 桥梁长期处于潮湿环境中，拱圈块石大多数表面呈风化剥落状态，块石间勾缝多处脱落，部分块石有受压碎裂现象。
(3) 桥面和桥台侧墙边缘长期渗水，拱圈上块石间产生大面积的渗水白化使得块石的承载力降低。
4 赛虹桥改造
老赛虹桥为半圆形石拱桥，北侧拱圈净跨径6m，中间拱圈净跨径6.6m，南拱圈净跨径6.2m，赛虹桥作为南京的一座古桥，根据修旧如旧的原则，保留原桥的风貌，对桥梁上部结构进行改造，对老桥基础进行加固处理。使得桥梁承载力达到公路—Ⅱ标准。
4.1 桥梁加固方案
4.1.1桥梁下部
根据该桥的损坏原因可知，由于桥梁在软土地基段，桥墩桥台存在不均匀沉降，如果不对地基基础进行适当处理，则无法从根本上解除该桥存在的隐患。
根据对老桥基础的物探报告，原来老桥基础是由许多直径不等的木桩和石板组成，加固方案采用对老基础进行注浆加固，对断裂的砌石进行修补和翻新，灌浆封闭拱圈砌石之间的缝隙，以处理达到承载力要求。
4.1.2 桥梁上部
根据现场调查，北孔现状拱圈已经完全塌陷，需要拆除重建，中孔根据现场拆除拱上填料，发现石拱圈厚度不均匀，最厚的达到60cm，最小厚度为30cm，而且老桥石拱圈砂浆砌块脱落处，老拱圈已经风化严重，因此将中孔石拱圈拆除重建，南孔石拱圈状况相对较好，并且原来石拱圈上有60cm的砖砌拱圈和老拱圈共同受力，故只对南孔拱圈进行勾缝处理，中孔和北孔先拆除拱圈后对原来基础进行处理，在石砌桥墩和桥台基础顶面处凿除50cm作为新建拱圈的支撑点，新砌石拱圈厚度为30cm，施工完石砌拱圈后在拱上铺设一层3cm钢筋网砂浆(钢筋网网格2×2cm),便于立模扎钢筋，现浇钢筋混凝土拱圈位于石砌拱圈上部，拱圈厚厚度为30cm，混凝土拱圈和石砌拱圈形成复合拱圈共同受力，以此作为桥梁的主承重结构。
中孔和北孔钢筋砼拱圈浇注完毕后施工拱圈侧墙，与混凝土拱圈成为一个整体，在侧墙外侧则用与石拱圈条石颜色一致的花岗岩贴面。
4.1.3 拱上建筑
为了减轻上部荷载，则把原来的拱上碎石填料全部清除，回填轻质的固化粉煤灰做为拱上填
料，这样既满足路面强度要求有能够满足减轻拱上荷载。
4.1.4 过桥管线
现状在老桥范围内原有管线较多，比较复杂，而且需要将原来的过桥架空管线落地；由于拱圈顶标高与道路设计标高高差较小，则通过抬高人行道高度，将管线埋设在桥梁两侧3.5m宽的人行道范围内，并做好保护措施，在桥梁东侧人行道有一根φ500cm自来水管和路灯电缆，西侧人行道下埋设一根φ500cm煤气管、12孔通信管和4孔光缆管，在西侧非机动车道路面结构下有3根电缆，则需要做包封处理。
5 结语
由于景观要求，对于老赛虹桥修旧如旧。对原来老桥进行基础注浆处理以提高其承载力，采用石拱圈内设置一个钢筋砼拱圈和石拱圈形成复合拱圈来共同受力，作为桥梁的承重构件，拱上填料采用轻质填料，达到了老桥改造的预期效果，对于将来同类型桥梁的加固处理起着借鉴的工程实例。
