湖北楚天联发路桥养护有限公司

1 问题的提出 

常圈沟桥位于我省主要运煤干线之一———109 国道的 433K＋836 处。该桥始建于1983 年，是1－5.6 m＋1－6.2 m＋1－5.6 m 的上承式无铰石砌板拱，拱上填土高度在4 m 左右，拱径高为 1.8 m，桥墩、台为重力式墩台，高度2.4 m，桥梁中心线与水流方 向右前夹角为90°。由于该桥周边地区均为大中型煤矿，建成后 交通量日益增多，且超载的大吨位运煤车辆所占比例愈来愈多， 大大超过了原有桥梁的设计承载能力，同时因煤矿采空区地基 的不均匀沉降，致使该桥拱圈纵向不规则通裂达2 cm，拱圈1/8 处出现横向通裂，墩台身及翼墙亦有1 cm～2 cm 不等的纵、横向 贯通裂缝，安全隐患已不容管养单位有丝毫懈怠。为此我们提出 了两种方案，一种方案是对其拆除重建，另一种方案是采用金属 波纹管对其进行加固。 由于常圈沟桥位于两山夹沟部位，既无法修建施工便道，又 无可绕行路线，若拆除重建，全线交通将中断，且施工周期较长， 工程造价达256 万元，直接影响了周边煤矿的经济效益。而采用 金属波纹管来加固旧桥，能取得较好的效益，不仅能提高桥梁的 承载能力，还能确保较大荷载车辆的安全通行。经过比较，决定 选用金属波纹管进行加固。 

2 金属波纹管加固工艺 

2.1 金属波纹管的优势 金属波纹管是一种新型的柔性结构物，不但具有一定的抗 震能力，而且能适应各种复杂地形、较大的沉降与变形和不同的 路基填土高度。在结构上具有横向补偿位移的优良特性，可充分 发挥钢材的抗拉性能强、变形性能优越的能力。特别是波纹钢管 的变形能力和钢材抗拉性能及抗疲劳性能都较好，对预防或解 决人为或地区冬季冻胀而导致的破坏较为有效。

2.2 设计要点 （1）常圈沟桥纵跨河沟，沟中水流主要为工业废水和生活污 水，流量比较小，因此在不影响泄洪流量的前提下，我们采用在 每孔拱内设置一根直径为3 m 的金属波纹管，四周空隙用片石 混凝土进行密实、填充加固处理。 （2）材料要求。对金属波纹管的要求：金属波纹管的几何尺 寸在允许偏差范围内；表面光洁平滑、焊接平整、无气孔裂缝夹 渣及飞溅物等缺陷；镀锌层厚度≥84.0 μm，镀锌层要均匀；金属 波纹管在运输、装卸时应防止碰撞，镀锌层被破坏要及时进行增 涂涂层。 对金属波纹管基础的要求：金属波纹管适应形变能力较强， 适应在许多不良地质中使用，它对基础材料要求相对不高，一般 采用沙砾垫层或换填砂砾石即可。对金属波纹管外固填筑材料 的要求：金属波纹管与原桥孔间的间隙，采用C30 的片石混凝土 填筑，片石的抗压强度应不小于30 MPa，并不得低于混凝土的级 别；在使用前应清扫、冲洗干净；填充片石的数量不宜超过混凝 土体积的25％，片石厚度不小于150 mm；片石应均匀放置于刚 浇筑的混凝土上，其净距不小于100 mm。 

2.3 施工工序 

清理原拱桥拱内壁—拱内裂缝灌填—基础垫层填筑—波纹 管身安装—空隙回填—洞口铺砌。 

2.3.1 施工准备 （1）对施工场地进行平整，安排布置好各种材料堆放场地， 组织所需机械设备，备齐波纹管安装工具及配件，如梅花扳手、 活口扳手、小撬棍、撬杠、手锤、凿子等。 （2） 用钢丝刷清理拱桥内壁的沉积物等，将裂缝检查和标 志，清理缝隙松动体，把裂缝两侧各20 mm～30 mm 范围擦洗干净 并保持干燥。 （3）根据施工图设计文件放出各孔轴线，布好中边桩，在波 纹管基础范围边缘撒上白灰线并测出铺底高程。 

2.3.2 缝灌浆处理 （1）裂缝处理采用灌浆法施工，将裂缝构成一个密闭空腔， 有控制地预留进水口，借助专用灌浆泵，将调制好的环氧树脂压 入裂缝使之填满。以专用的黏结剂将注浆口与裂缝对齐粘贴，且 粘贴牢靠对中，保证导流畅通，同时对处理过的裂缝表面用环氧 浆液沿裂缝表面均匀涂刷两遍进行裂缝表面封闭。 （2）待环氧树脂封闭带硬化后，需进行压气实验，以检查封 闭带是否封严，然后由低端向高端进行灌浆。贯通缝须在一侧表 面裂缝处进行封缝处理，从另一个表面进行灌浆，对于已灌浆的 裂缝，待浆液固化后将灌浆嘴撤除，并将灌浆嘴处用环氧胶泥抹 平。 （3）灌浆结束后，检查补强效果和质量，发现缺陷应及时补 救，确保灌浆质量。 

2.3.3 基础垫层填筑 原桥铺底为浆砌片石，刚度较大，不但会降低管壁本身所具 有的良好柔性，而且会减小波纹管自身的承载能力。因此，对原 桥铺底进行平整后，在其上填筑50 cm 厚的沙砾材料，密实度达 到90％以上，选择3％左右的流水纵坡。基础铺筑最小宽度为2.0 m＋1.0 m＋Φ，在该桥铺筑时，我们采用满幅铺筑。

 2.3.4 波纹管管身的安装 我们使用的波纹管是YTHG 金属拼装板型，每道管圆周由4 块板组成，板长及管的直径可根据需求进行定制，每孔管的拼接 总长为23 m。在每4 块波纹管板进行组装的同时，在原桥下游出 水口处用碎石土等材料铺筑一个和拱桥上游桥底相同标高的工 作台，台长不得小于28 m，宽不得小于桥的径宽。然后在已铺筑 好的工作台预先并排放置两根长45 m 的角钢，作管道推动时的 滑道。 将组装好的管节运至施工现场，一般采用套管或法兰方式 进行连接，操作比较简便。但是还需注意：第一，当两管相连，相 邻法兰间距3 cm～5 cm 的缝隙时，用小撬棍对准法兰上的螺栓 孔，使两根管上的螺栓孔中心线对正，并用撬杠在相邻管节的另 一端撬动管节，使其纵向平移至相邻两法兰间距在2 cm 左右范 围内，然后全部穿上螺栓，拧上螺丝，带平扣即可，以此方式逐节 依次安装连接。第二，当管节全部安装好后，在相邻法兰间镶石 棉垫，石棉垫镶牢后，再以人工对称锁紧螺丝，直至外观观察两 法兰间隙在2 mm～3 mm 即可。 三孔的波纹管依次组装拼接完成后，首先要校正波纹管轴 心线是否与基础纵向轴线竖向重合，达到标准后，用装载机从 外端逐渐向孔内推进、就位，在两侧用撬杠进行微调后，固定管 位。 在波纹管内外喷涂两层热沥青，喷涂厚度要达到1 mm，从 外观看管壁内外均匀地涂成了黑管即可。另因管中常水位处受 腐蚀较大，我们在常水位上15 cm 范围内用水泥砂浆均匀涂抹1 cm 厚的防腐层，以加强管壁的防腐作用。 

2.3.5 回填 波纹管推进后，我们采用分段浇筑的方法，将每孔分成3 段，每段7 m～8 m，用土袋把每段的两端砌1.5 m 高左右的墙，然 后在波纹管两侧同时连续灌注片石混凝土，直到把波纹管四周 全部灌注密实为止后，砌筑上下游进出水口。 

2.3.6 清理 工程完工后，要及时清理上下游河道，保证流水顺畅无冲 刷，不允许有废料等堆积物淤塞河道。

3 结语 

通过工程实践表明，用金属波纹管加固拱桥的方法，从技术 方面讲：使桥梁结构受力更合理，荷载分布均匀，并提高了整体 的抗变形能力。 从经济效益方面讲：金属波纹管采用工厂集中化、标准化设 计生产，设计简单，不受环境影响，生产周期短，有利于降低成 本，控制质量；土建工程与型材安装可分开实施，减少了常规建 材，如水泥、碎石、沙砾的使用，既经济以环保；由于加固作业面 在桥下，不影响桥上行车；工程造价要比新建同等跨径的混凝土 类型的桥梁低。因此，采用金属波纹管加固危桥是一种值得 推广和借鉴的桥梁加固方法。

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