色爾古拱橋病害分析及加固探討

陳艷瑋,湯尚明,張 瑢

(1.西南交通大學土木工程學院,四川 成都 610031;2.甘肅省交通規劃勘察設計院,甘肅 蘭州 730030)

1 工程概況

色爾古拱橋位于涼山州S307線昭覺至美姑段的一座拱橋(圖 1),橋梁結構型式為 1-凈 20m實腹式拱橋,橋面凈寬 6.88m,雙向兩車道。主拱圈材料由漿砌混凝土預制塊和現澆片石混凝土兩部分組成。該橋于 1991年建成通車,由于橋梁長時間超負荷運營,發現下游側主拱圈開裂,隨即封閉了全橋并進行檢測。

圖1 原橋總體結構立面圖

2 橋梁病害情況及原因分析

2.1 主拱

2.1.1 縱向大裂縫

主拱圈拱腹處,在下游側距側面 50 cm處有全橋貫通的大縱向裂縫,裂縫長度貫通全橋拱圈,并延伸至昭覺側橋臺前墻,裂縫寬度 1～5 cm。其中,昭覺側拱腳至拱頂處裂縫寬度最大,拱頂處至美姑側拱腳裂縫寬度逐漸變小,該裂縫同時使該橋下游側拱圈外傾。分析產生原因為:原橋拱圈由兩種材料組成,即拱圈兩側為 50 cm寬漿砌混凝土預制塊,拱圈中間為現澆片石混凝土。兩側漿砌混凝土預制塊部分與中間現澆片石混凝土砌體部分接觸面平齊,兩者之間缺乏可靠的連接,不能使原拱圈形成整體受力。混凝土收縮時,首先在兩者結合面產生裂縫,同時由于拱上填料土壓力的作用下,使得側墻外傾,原裂縫進一步加大,最終導致拱圈在預制部分與現澆部分結合面處分離成大裂縫,同時也導致預制混凝土塊部分拱圈外傾。由于美姑側橋臺在原橋施工時進行過加固,加固砌筑的側墻和前墻對原拱圈的約束作用,使得拱頂處至美姑側拱腳處裂縫寬度逐漸變小。

2.1.2 拱腹不規則細小裂縫

主拱圈拱腹表面存在大量不規則裂縫,裂縫寬度達 5 mm,主要分布在拱頂兩側各 5m的范圍內。現澆部分主拱圈大面積空洞,從空洞處將裂縫打開發現,拱腹下緣僅有 5 cm左右的混凝土,其上部片石與該混凝土之間有 5 cm左右的空洞,片石上存在泥土,混凝土與片石結合不密實,此為導致拱腹表面產生大量不規則裂縫的原因。

2.1.3 其他病害

主拱圈上游側漿砌混凝土預制塊部分,砌縫存在不飽滿現象。主拱拱腹在兩側拱腳和拱圈外側漿砌混凝土預制塊附近有漏水現象,并泛堿白呈鐘乳石狀。美姑側主拱圈在拱腳與拱座結合面處存在空隙,雨水從該處下漏,并產生鐘乳石現象(圖 2)。

圖2 主拱圈結構損傷圖(單位:cm)

2.2 橋臺及基礎

美姑側橋臺側墻和下游側前墻在本橋施工時曾進行過加固,方法為在橋臺外側用漿砌片石進行包裹。

昭覺側橋臺前墻在下游側距外測 50 cm處有 1條大裂縫(圖 2),系主拱大裂縫貫通至該處,并延伸至地面,寬達 5 cm。昭覺側上游橋臺側墻存在砌縫不飽滿、個別砌石松動現象。

兩側橋臺無護坡,上游側橋臺側墻附近泥土下滑至河道,大部分美姑側橋臺前墻被下滑泥土所埋。

兩橋臺基礎無沖刷,但昭覺側橋臺有產生沖刷的趨勢。

2.3 橋面系

橋面鋪裝層未發現裂縫,局部鋪裝層缺失,路面不平整。

該橋上游側欄桿完好,下游側欄桿外傾變形,系主拱圈外傾所致。

2.4 橋梁評定

根據現場檢測,由于長時間超負荷運營和橋梁本身存在的缺陷,導致存在一定的病害,出現了程度較大的損傷。經對該橋進行綜合評定,色爾古拱橋為三類橋梁,必須進行維修和加固,且要采取一定的加固措施,提高橋梁的整體承載能力,增強橋梁的使用性能,延長橋梁的使用壽命。

由于該橋存在較大的損傷,若拆除原橋后進行重建,估計全橋造價為 120萬元,而加固費用約為 100萬元,且重建橋梁工期增加,難度增大。綜合考慮以上幾點,決定對該橋進行維修加固。

3 加固方法

綜合考慮該橋的病害情況與加固經濟效益,全橋加固方法如下。

3.1 橋臺、主拱、基礎的裂縫和缺陷治理

(1)由于原橋出現縱向寬度為5 cm的貫通裂縫,為了提高橋梁構件受力的整體性和耐久性,對主拱圈、橋臺前墻等砌體裂縫,采用高壓壓注M 20水泥砂漿的方式進行治理。

(2)由于原橋的主拱圈、橋臺的漿砌混凝土預制塊部分,存在砌縫不飽滿現象。為了提高主拱圈受力的整體性,對主拱圈、橋臺的砌縫不飽滿的構件進行高壓壓注M 20水泥砂漿的方法進行治理。

(3)由于原橋的主拱圈現澆片石混凝土部分,存在空洞現象,為了提高主拱圈受力的整體性,對拱圈空洞的部分采用高壓壓注 M20的水泥砂漿的方法進行加固補強。

(4)由于昭覺側橋臺有產生沖刷的趨勢,為了確保橋梁的安全,對橋下溝床用M 7.5漿砌片石鋪砌的方法進行防護。

3.2 改變結構體系

(1)根據計算分析,本橋拱腳截面不能滿足通行公路-II級荷載要求,為了提高拱圈的承載能力,將實腹式拱橋變為縱置橋面板的空腹式拱橋。具體做法為:首先對稱拆除主拱上的填料和橋面鋪裝層、欄桿;然后現澆橋臺前墻部分的混凝土,對臺帽底以上的橋臺側墻進行重筑,現澆墊墻、橫墻、墻帽、臺帽、支座墊石;再安放支座,現澆橋面連續板;最后澆筑橋面鋪裝層、臺后搭板、防撞欄桿。

(2)由于原橋主拱圈兩種材料間缺乏可靠的連接,導致該處產生縱向大裂縫。為了提高橋梁的承載能力,確保拱圈共同受力,在拱腳套箍段施加橫向無粘結預應力,同時在新增的橫墻位置通過在原拱圈上植入連接鋼筋后現澆鋼筋混凝土橫墻的方法,使得主拱圈兩種不同的材料共同受力。這樣,既減輕了結構的自重,又可確保兩種分離的材料共同受力。

(3)由于昭覺側橋臺前墻下游側出現寬度較大的裂縫,為了確保橋臺受力的整體性,對該橋臺采取鋼筋混凝土套箍帶加固的方法進行治理(圖 3、圖 4)。

圖3 加固后橋梁總體結構立面圖

圖4 套箍加固示意圖

4 加固效果

改變原橋結構體系后,對加固后橋梁按照公路 -Ⅱ級車道荷載等級要求進行建模計算。在承載極限能力極限狀態下,主拱圈各截面結構抗力與結構內力之比都大于 3,橋梁結構的承載力滿足。在正常使用極限狀態下,主拱圈各截面均受壓,橋梁結構的剛度滿足。

通過加固,色爾古拱橋能夠滿足規范的要求,橋梁恢復正常運營,橋梁加固效果顯著。

5 結束語

拱橋的類型多種多樣,不同的結構類型,病害表現有所不同,產生的原因也有很大的差異,而處理病害的方法手段也是多種多樣。在實際工程中,需要對問題進行具體分析,針對病害情況與加固經濟效益做出研究,以獲得顯著的加固效果。本文對同類橋梁的維修加固提供了參考。

[1]JTG D 60-2004公路橋涵設計通用規范[S]

[2]JTG D 61-2005公路圬工橋涵設計規范[S]

[3]JTG H 11-2004公路橋涵養護規范[S]

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