李 贺，袁善文

（1.北京眷诚铁道工程技术有限公司，北京，100055 2.中铁二局股份有限公司，成都，610031）

石拱桥因其具有造型优美、取材方便、造价低廉、承载潜力大等优点，在我国被广泛应用，而现有石拱桥大多建于20世纪50年代和60年代,随着交通运输事业的发展,交通量的不断增长,重型车过桥数量增多,导致现有石拱桥中已有一些出现了不同程度的病害。

现有文献关于石拱桥的研究中，大多是关于石拱桥结构加固或承载力的研究，对于石拱桥其它病害的研究较少，相关的材料也较为少见。本文通过某一石拱桥病害整治工程，介绍了石拱桥专用特种注浆材料——JC-21特种灌浆料的研发与应用。

1 工程概况

本石拱桥位于宝成线观音山至青石崖区间，其中心里程为K29+811，该桥始建于1955年5月23日，于1955年11月13日竣工。1997年6月至7月期间，本拱桥重新增设道碴槽排水系统和重新铺设防水层，2010年对本桥石砌墩台进行了抱箍加固。本石拱桥所采用石料均为坚硬花岗岩，拱部采用M25水泥砂浆砌毛方石，拱座采用C15混凝土，墩台采用M10水泥砂浆砌毛方石，其基础为扩大基础。

目前，本石拱桥拱跨局部出现裂缝，部分灰缝已经脱落，在拱脚、拱腰间出现渗水、流白浆和钟乳状结晶现象，石拱桥拱腰处设有四个泄水孔，现在已经失效，另据设备管理单位人员介绍，在雨季，石拱桥上部线路会出现冒白浆现象。

2 病害分析

经过调查和相关资料的分析、研究，我们得出如下过程：大气降水在石拱桥道碴槽内汇集，由于石拱桥防水层已经破坏，汇集的水会穿过防水层进入石拱桥内部填充的浆砌片石中，又由于石拱桥既有的泄水孔已经失效，流入石拱桥的水无法及时排出，致使流入的水在石拱桥内部形成水囊，而形成的水囊浸泡着石拱桥内部填充的浆砌片石和灰缝。由于石拱桥采用的石材主要是花岗岩，花岗岩本身耐腐蚀性非常好，不易被水腐蚀，但是连接它们的灰缝却易被腐蚀。

由于水的长期浸泡，浆砌片石中的灰浆逐渐腐蚀，其中的氧化钙与水发生化学反应形成氢氧化钙，氢氧化钙溶于水，其中的钙离子会通过水的流动穿过外部浆砌毛方石的灰缝，被带出桥体外部，与空气中的二氧化碳和水发生反应最终形成白色晶体碳酸钙。

由于列车长期作用，石拱桥上部的部分道碴被磨成细粉，由于拱桥排水不畅，因此在雨季，拱桥中的水会漫过桥面流入道碴，这也会把磨细的石粉带到道碴表面形成翻白浆现象。

3 整治原则

由于石拱桥内部的灰缝被水腐蚀，其中的钙离子逐渐流失，如不及时进行整治，石块与石块之间的间隙越来越大，尤其是成拱的毛方石之间将失去约束，整体结构发生变形，结构稳定性也将会受到很大影响。因此，我们的整治原则主要有两个：

一是采用有效的方法填充石拱桥内部的所有空隙，填充材料要有一定的强度，确保石块之间的灰缝强度满足受力要求；

二是通过阻止和疏导的方式从根本上隔绝水与灰缝的接触，减少钙离子的流失，防止灰缝进一步腐蚀。

4 新型材料的研发

石拱桥灌浆料，是用来填充石拱桥内部的所有空隙，由于石拱桥结构形式以及石拱桥内部回填所采用的石材主要是花岗岩，所需要的注浆材料必须满足很多要求。

根据我们对石拱桥病害现状的分析，以及由此提出的整治原则和方案，通过材料技术人员的不懈努力，经过反复试验和研究，终于研发出了适合本石拱桥病害整治所需石拱桥专用特种灌浆料——JC-21特种灌浆料。JC-21特种灌浆料是由优质水泥、填料、合成聚合物和精选添加剂等配制而成，使用时加入粉料重量的16%～17%的水，充分搅拌即可使用。

JC-21特种灌浆料是具有早期强度高、收缩率低、粘结力好、流动度大、施工快速等优点。并具有以下特性。

（1）高流动、自流平特性。由于此次注浆，主要是填充石拱桥内部回填片石之间缝隙，石拱桥内部注浆时，石拱桥前后壁并无更多约束，所以不能靠压力进行压注密实，必须靠材料的高流动、自流平特性达到注浆密实的目的。

（2）早期强度高。这是由于既有铁路施工，不中断行车，所以注浆材料的早强能够更好地达到加固效果。

（3）收缩率低、强粘接性。众所周知，一般水泥类材料，特别是灌浆材料在固化后体积会产生一定收缩，这使得原本粘接产生裂缝，不利于加固成整体以及防水隔水效果。

（4）防水、耐水性好。由于此石拱桥病害为水害，根本目的还是隔绝水，所以注入的材料必须具有耐水和防水性能。

（5）抗冻性。此石拱桥处在秦岭半山腰，冬季气温较低，所以材料应具备抗冻性能。

填充材料要有一定的强度，确保石块之间的灰缝强度满足受力要求。

5 新型材料的应用

5.1 注浆加固方案

本石拱桥病害整治，根据整治原则，利用JC-21特种灌浆料，早强、耐水、高流动度、自流平等特性，通过注浆达到密实、封闭石拱桥内部片石缝隙的目的。

桥身上平行布置两排注浆孔，其平面布置图如图1所示，注浆孔水平间距为1m，梅花形左右对称布置。注浆孔深2m，注浆压力控制在0.3-0.5Mpa。

桥身注浆施工步骤：横向孔定位→确定横向孔的打孔角度→打横向孔眼→埋设注浆管并封堵缝隙→注浆→封堵。

图1 注浆孔平面布置图

5.2 施工注意事项

（1）注浆孔应钻在片石中心面上，避免在片石勾缝上进行钻孔。

（2）注浆时采用花管跳孔注浆，注浆时应同跨两侧对称进行。

（3）注浆压力控制在0.3-0.5Mpa，注浆时应缓慢进行，防止由于注浆引起较大偏压，注浆时应注意观察拱桥变化,应特别注意第一孔拱顶处裂缝变化情况。

（4）桥身注浆时应严格控制注浆压力，对称同步施工，防止因浆液自重压力造成偏压，同时做好桥梁状况观察，应特别留意拱顶裂缝是否变化。

（5）加强施工的安全检查，做到边监测边施工，根据监测信息，对可能发生的问题提前采取措施，确保运营铁路的行车安全。

（6）桥身钻注浆孔时，在注浆完毕后，应再度疏通注浆孔，以保证它能作泄水孔使用。

6 整治效果的检验

本石拱桥施工质量检测分别采用超声波透射法和CT法。

石拱桥两侧为石砌结构，桥体内部为填充的片石。通过对现场部分材质进行试验性测试，得到桥体密实材质的波速范围在3500～4500m/s之间。由于桥体内部病害的存在，导致桥体内部局部结构密实度大大下降，波速在1500～2500m/s之间，存在着较为明显的波速差异。波速的差异反映出石拱桥内部密实度的差异。对比石拱桥剖面波速差异，得出剖面中存在的不密实体、风化严重、空洞等部位。对比注浆前和注浆后剖面波速，反映出注浆施工效果。

6.1 超声波透射法

图2为超声波透射法进行施工质量检测图，从图中可以看出注浆前速度等值线除了在深度2.0-2.5m及右边石拱圈外延呈现高速区，相应的石拱石料完整；其它部分基本呈现小于2800m/s的中低速区，特别是在图上明显的可以看出两个低速区，红色矩形框内及其附近波速小于2600m/s，初步判断为桥体内部岩石风化含水，松散不密实，是治理的重点区域。

注浆后的超声波透射法速度等值线图整体的速度值有很大提高，从1400-2800m/s，提升到3000m/s以上，检测区域呈现整体性，没有明显的低速即不密实的区域。注浆前的两个低速异常区也得到了很好的处理，波速显著提升达25%以上，即相应的密实度得到很大提升。在左侧有一个相对低速（2400-2800m/s）的区域，判断为上排左侧第一个注浆孔的注浆量不够，或者因为比较靠近隔水层，也可能是注浆孔打到了隔水层的上方。

图2 超声波透射法注浆前、后速度等值线图

6.2 超声波CT法

图3为超声波CT法进行施工质量检测图，通过注浆前剖面的速度等值线图，可以看到中间区域存在一个大范围的低速区（1800～2200m/s），通过询问现场施工人员及查阅相关资料，推断中间为原来填充的片石，经过多年的雨水渗漏冲刷及风化，结构变的比较松散；外围的一圈高速区为比较完整的砌石，反演结果与实际情况比较符合。

注浆后剖面的速度等值线图，与注浆前比较可以看出中间大面积的低速区已经得到很好的处理，整体速度值有明显的提高，水平位置6m～7.5m，垂直位置0.5m～3.5m有一个相对低速区（2800～3000m/s），可能是注浆时水泥浆渗透到这个区域的量小，但是较注浆前也有较大的改善。

超声波透射法和CT法检测结果，可以看出中间大面积的低速区已经得到很好的处理，整体速度值有明显的提高，注浆效果明显。

图3 超声波CT法剖面注浆前、后速度等值线图

7 结束语

本文通过石拱桥病害整治工程，介绍了石拱桥病害整治过程中，和整治方案相适应的新型材料的研发与应用。石拱桥病害整治施工过程中，分别采用了超声波透射法和CT法进行无损检测，其结果证实注浆方案效果明显。整治方案以及与其相配套新型材料，通过本工程实际实施和应用，得到了很好的治理效果。

[1]茅以升，唐襄澄.中国古桥技术史[M]，北京:人民交通出版社，1986(5)：63.

[2]罗英，唐寰澄.中国石拱桥研究[M，北京:人民交通出版社，1993(6)：89-91.

[3]颜向群，李海梁.石拱桥常见病害与预防措施［J］.公路与汽运，2003（6）：69-71.

[4]王国华.石拱桥常见病害与技术改造［J］.广东交通职业技术学院学报，2005（2）：48-49，106.

[5]刘荻，李贺.物探检测方法在石拱桥病害整治工程中的应用[J].物探与化探，2012（S1）：119-123.

[6]周建廷，郝义，刘国金，刘思孟，刘庆阳，王鹏，周科文，庞国栋.石拱桥合理加固工序及内里分析[J]，公路 .2005(4)：33-35.

[7]周建庭，刘思孟，李跃军.石拱桥加固改造技术［M］.北京：人民交通出版社，2008.