套拱法在拱橋舊橋加固中的運(yùn)用

裴 玨

1 概述

2001年安徽省公路管理局組織橋梁專(zhuān)家和省公路檢測(cè)中心對(duì)全省國(guó)省干線公路的橋梁進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果由銅陵市公路管理局管養(yǎng)的省道合黃路K133+938東大橋評(píng)定為危橋，2002年度安徽省公路養(yǎng)護(hù)計(jì)劃將東大橋列入當(dāng)年改造項(xiàng)目。

東大橋?yàn)槭皹颍ǔ捎?0世紀(jì)70年代，由塊狀材料建成，跨徑15 m，拱高2 m，拱肋高0.6 m，填料高度為0.8 m，現(xiàn)拱橋拱腳開(kāi)裂，已經(jīng)破壞了其本身的穩(wěn)定性，該橋右側(cè)為一個(gè)面積約20畝的高差較大的湖泊，左側(cè)為鐵道專(zhuān)用線，拆除重建費(fèi)用較高。同時(shí)，此橋位于合肥—黃山的主干線，交通量較大，為充分利用拱橋的剩余價(jià)值，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，決定在原有的基礎(chǔ)上加固。其利用價(jià)值不大，根據(jù)東大橋汛期的歷史記載，東大橋的凈孔泄洪能力仍有余地，因此根據(jù)套拱法采取整體加固，在原拱下再布置四道拱肋，托起整個(gè)拱橋，支撐矮墻則充分利用原有橋臺(tái)，建在原有橋臺(tái)上，拱肋和支撐矮墻形成一個(gè)整體。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算

2.1 有限元內(nèi)力分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量及計(jì)算得:拱圈截面尺寸為30 cm×40 cm，截面面積 A=0.12 m2，截面慣性矩 I=0.001 6 m4，彈性模量 E=3.3×107。設(shè)計(jì)荷載:公路Ⅱ級(jí)。采用有限元對(duì)拱圈進(jìn)行承載能力分析，可得到最不利截面內(nèi)力如表1所示。

表1 最不利截面內(nèi)力

2.2 截面復(fù)核及配筋驗(yàn)算

已知計(jì)算軸向壓力 N=1 858.2 kN，計(jì)算彎矩 M=145.3 kN?m，構(gòu)件所處環(huán)境按Ⅰ類(lèi)考慮。采用C40混凝土，縱向鋼筋為HRB335級(jí)，截面配筋見(jiàn)圖1，可按偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行截面配筋驗(yàn)算。

由材料可查得相關(guān)計(jì)算參數(shù)如下:

由圖1可得:

as=82 mm ，As=2 200 mm2，as′=40 mm ，As′=1 256 mm2，h0=400-82=318 mm。

先假定為大偏心受壓構(gòu)件，按下式計(jì)算:

將相關(guān)參數(shù)代入上式，解得 x=382 mm＞ζbh0=178 mm，故截面應(yīng)按小偏心受壓構(gòu)件計(jì)算。

按小偏心受壓，由下式重新計(jì)算受壓區(qū)高度 x:

其中，A=0.5fcdb=0.5×18.4×300=2 760;B=fcdb(es-h0)=18.4 ×300 ×(196-318)=-673 440;C=εcuEsAses+fsd′As′es′=0.003 3×2×105×2 200×196+280×1 256×(-82)=2.56×108;D=-βεcuEsAsesh0=-0.8×0.003 3×2×105×2 200×196×318=-7.24×1010。

于是鋼筋A(yù)s中的應(yīng)力為:

截面承載能力為:

復(fù)核結(jié)果說(shuō)明，截面設(shè)計(jì)符合要求。

3 施工程序及方法

3.1 挖基、現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)

每個(gè)橋臺(tái)的基礎(chǔ)必須分兩次開(kāi)挖澆筑，以防開(kāi)挖過(guò)長(zhǎng)引起橋臺(tái)基礎(chǔ)的位移。同時(shí)在開(kāi)挖過(guò)程中必須掌握好開(kāi)挖的深度，新基礎(chǔ)基底必須與老基礎(chǔ)基底持平，嚴(yán)格控制超深開(kāi)挖，防止老橋基底被掏空坍塌，導(dǎo)致橋臺(tái)基礎(chǔ)下沉，應(yīng)特別引起重視。每次基礎(chǔ)的施工應(yīng)盡量縮短開(kāi)挖后的暴露時(shí)間，必須做到速戰(zhàn)速?zèng)Q，基礎(chǔ)開(kāi)挖達(dá)到要求后及時(shí)澆筑混凝土出地面，以保證老橋基礎(chǔ)的安全穩(wěn)定。

3.2 現(xiàn)澆混凝土臺(tái)身(矮墻)

矮墻澆筑前，必須對(duì)老橋鉆好連接鋼筋的預(yù)留孔，孔徑不小于25 mm，以便矮墻混凝土澆筑時(shí)能插入砂漿，錨固連接筋。預(yù)留孔改置為50 cm×50 cm品字形狀，連接鋼筋采用螺紋筋，直徑14 mm，長(zhǎng)度80 cm，澆筑混凝土?xí)r必須保證連接筋處于水平位置，新老橋臺(tái)伸入長(zhǎng)度相等。橋臺(tái)長(zhǎng)度方向一次性現(xiàn)澆，矮墻高度方向一次性現(xiàn)澆。若需分次現(xiàn)澆，必須在施工矮墻縫處設(shè)置石筍，保證橋臺(tái)的整體性。矮墻澆筑完必須達(dá)到7 d以后才能拆模，以防臺(tái)身傾斜發(fā)生倒塌。在拱肋與矮墻連接處預(yù)留與拱肋配筋規(guī)格相同的鋼筋。伸出矮墻不小于20 cm，以便拱肋施工時(shí)的焊接。

3.3 現(xiàn)澆混凝土拱肋

就東大橋采取在橋面上開(kāi)“天窗”的方法澆筑混凝土套拱肋的施工要點(diǎn)介紹如下:1)在拱圈搭建好腳手架，并將拱肋在拱圈的位置放樣，進(jìn)行打毛處理，預(yù)埋膨脹螺釘，間距按拱肋鋼筋網(wǎng)布置。2)拱肋鋼筋網(wǎng)與拱圈、橋臺(tái)(矮墻)錨固后，安裝模板，全橋拱肋分一次進(jìn)行混凝土拱肋澆筑，兩面拱肋之間的橫向連系梁按拱肋結(jié)構(gòu)要求設(shè)置。3)在現(xiàn)澆混凝土拱肋的中間，采用人工從老橋面拱頂處往下開(kāi)挖一個(gè)漏洞，漏洞的深度應(yīng)貫穿老拱圈，尺寸為20 cm×20 cm方洞。4)漏洞開(kāi)挖后，必須及時(shí)在拱盔上立點(diǎn)支承四周的拱石，以防拱石不穩(wěn)定掉下，同時(shí)也起到拱架加載預(yù)壓的作用。5)將攪拌好的水泥混凝土通過(guò)漏洞，用導(dǎo)管輸送到拱肋澆筑處，人工在橋下用插入式振搗器搗實(shí)，從兩邊矮墻開(kāi)始對(duì)稱(chēng)澆筑，澆到離橋頂0.8 m左右范圍內(nèi)，將拱頂處兩側(cè)的邊模裝好，要求密封牢固，以防漏漿。6)用干硬性混凝土輸入封頂，并用振搗器通過(guò)漏洞插入拱頂處進(jìn)行搗實(shí)，反復(fù)進(jìn)行直至混凝土封口。

4 結(jié)語(yǔ)

東大橋自2003年10月加固投入使用至現(xiàn)在約6年，經(jīng)過(guò)多次實(shí)地觀察，拱肋與拱圈、橋臺(tái)(矮墻)未出現(xiàn)任何裂縫現(xiàn)象，完全達(dá)到了加固之目的，從經(jīng)費(fèi)使用的情況來(lái)看，與拆除重建的方案比較，節(jié)約經(jīng)費(fèi)4/5，取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 蒙 云，盧 波.橋梁加固與改造[M].北京:人民交通出版社，2004.

[2] 湛潤(rùn)水，胡釗芳.公路舊橋加固技術(shù)與實(shí)例[M].北京:人民交通出版社，2001.

[3] JGJ D60-2004，公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] GB 50010-2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] 葉見(jiàn)曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京:人民交通出版社，2007.