延河大橋改造工程新橋關鍵技術研究

陳 泉，王振宇，郭 河

（1.武漢市政工程設計研究院有限責任公司,湖北 武漢 430023;2.中國路橋工程有限責任公司,北京市 100011; 3.中國路橋工程有限責任公司,北京市 100011）

延河大橋改造工程新橋關鍵技術研究

陳 泉1，王振宇2，郭 河3

（1.武漢市政工程設計研究院有限責任公司,湖北 武漢 430023;2.中國路橋工程有限責任公司,北京市 100011; 3.中國路橋工程有限責任公司,北京市 100011）

延河大橋新橋采用的井筒式地下連續墻橋臺基礎，以及混凝土結構表面涂裝調配體系，是延河大橋保持舊橋風貌的兩個關鍵技術。分析了地連墻的優缺點、適用范圍，以有限元分析和試驗驗證相結合的方法，對其受力性能進行研究，并應用于新橋橋臺；通過大量的試驗研究，研制出混凝土結構表面調配涂裝體系，使混凝土結構實現仿石砌效果，做到“修新如舊，新舊如一”。

延河大橋；關鍵技術；地下連續墻；涂裝體系

1 概述

延河大橋改造工程包括舊橋改造和擴建新橋兩部分，改造設計的主旨是“兩橋如一橋”。這為新橋的建設提出了一個極為苛刻的前提條件：“修新如舊”。因新建橋梁為滿足城—A的荷載等級需要，新建橋梁放棄舊橋原有的圬工結構形式，而采用了具有更高承載能力的鋼筋混凝土結構，兩者無論在表面材質、紋理，還是色澤上，均有很大差異，勢必給新橋建設帶來很大的設計、以及施工方面的困難和挑戰。此外，新建橋梁緊鄰舊橋下游，空間狹小以及地質關系極為復雜：（1）兩者橋面凈距僅為2m，兩者下部橋臺基礎凈距更是達到1.1m的超小距離，在如此近距離情況下，開挖深度達23 m的基坑，無疑會使圬工結構的舊橋面臨相當大的坍塌風險；（2）延河兩岸均為接近垂直的堤壩；（3）西岸橋臺臺后約7m處有一地下人防工程；（4）延河大橋位于延安主城區寶塔區，地處市區繁華地段，且延河兩岸均有沿堤道路，不具備自然放坡大開挖的空間條件。

在此背景下，開展了井筒式地下連續墻橋梁基礎及混凝土結構表面調配涂裝體系課題的專題研究。

2 井筒式地下連續墻基礎[1-4]

針對新建橋臺位置空間構筑物關系復雜的特點，因地制宜，創新性地提出了采用地下連續墻作為橋臺基礎的設計方案。地下連續墻基礎在房建行業應用已較為成熟，但對于橋梁結構，國內尚無可供參考的工程案例。課題研究從結構仿真計算分析，以及施工全過程監測兩個方面著手，理論分析與試驗驗證相結合，深入研究了井筒式地下連續墻作為橋梁基礎的受力機理、施工工藝等。

井筒式地下連續墻基礎是利用構造接頭把地下連續墻的各墻段連接成一個外形為矩形、多邊形或圓形且其內部可分為二個或多個空格的整體結構，不用挖除內部土芯，直接在墻段頂部設置封口頂板，并與上部結構緊密連接；地下連續墻和頂板共同構造成井筒狀的基礎形式，它不僅可以承受和傳遞上部的水平及豎向荷載，還兼顧擋土和防水的功能。井筒式地下連續墻可以采用人工開挖單片墻，然后用專門的接頭連接成既定的形狀，因此可以在工地狹窄的地方施工。也可以進行機械化施工，功效高，成本低，施工噪聲低，振動小，對周圍環境影響較小。這些優點對處于鬧市區的延河大橋的施工是很有利的。

新橋地下連續墻基礎的斷面形狀為矩形，外輪廓尺寸為10m×10m，0號橋橋臺地連墻高22.98m，3號橋臺高21.98m，其一般構造見圖1。

采用通用有限元軟件，經過初步力學簡化，建立井筒式地下連續墻橋臺及周圍土體的非線性實體有限元結構模型進行仿真分析。

通過計算，模擬出地連墻在實際豎向和水平荷載共同作用下的受力特性，可以對地連墻的承載特性有直觀的認識。圖2為墻土整體位移圖，圖3為墻身整體位移圖，圖4為墻身位移曲線圖，圖5為墻身順橋向位移曲線圖。墻體最大位移為3.8mm，能很好的滿足工程需要。墻體在順橋向位移最為明顯，整體發生位移。墻身范圍內未出現轉點，墻體位移隨墻高線性減小，表明墻體是整體傾斜變形，且在荷載較小時墻體在墻側主動土壓力作用下發生脫離土體的位移，荷載較大時發生壓縮土體的位移。橫橋向在橫向力和彎矩作用下也產生一定位移，且同樣呈現整體傾斜特征。豎向位移為墻身以及墻底土體在荷載作用下產生的壓縮，在墻側摩阻力和墻內土芯的作用下豎向位移逐漸減小。

圖1 地下連續墻構造圖（單位：mm）

圖2 墻土整體位移圖

圖3 墻身整體位移圖

圖4 墻身位移曲線圖

圖5 墻身順橋向位移曲線圖

圖6 為墻土整體應力圖，圖7為墻體整體應力圖。土體應力較小，荷載主要還是由墻體承擔。從墻體應力分布圖可以看出，在荷載傳遞方向墻身應力最大，向兩側遞減，墻身最大應力5.4MPa（局部受壓），大部分所受壓應力約為3MPa，墻身主要部分均未出現拉應力，滿足使用要求。故該地連墻結構滿足作為新橋橋臺基礎的各項要求。

圖6 墻土整體應力圖

圖7 墻體整體應力圖

根據地下連續墻的受力特性以及考慮現場的因素，其施工方法采用成槽澆筑和模板澆住相結合的方法。地下連續墻基礎的施工步驟具體如下：

（1）澆筑W1塊連續墻，該片墻是靠近岸邊，施工完可以兼具擋土作用；

（2）W1塊連續墻達到強度后，挖掉橫梁底以上河岸部分土方；

（3）再施工橫梁以下W2塊連續墻，W1與W2采用剛性接頭連接；

（4）施工橫梁以下W3，W1、W2與W3采用剛性接頭連接；

（5）施工橫梁以下W4；

（6）現澆橫梁鋼筋混凝土，注意與主拱圈一同澆筑；

（7）現澆橫梁以上連續墻，墻體達到強度后填土壓實。

地下連續墻接頭施工，也是關鍵施工工藝之一。將地下連續墻槽段和槽段之間相連的接頭稱為施工接頭，施工接頭按受力條件可分為柔性和剛性兩種。如果地下連續墻僅作為基坑圍護結構時，柔性接頭已可以滿足擋土及抗滲要求。但當地下連續墻作為主體結構的一部分時，除了要求接頭抗滲擋土外，還要求接頭具有抗剪能力，此時就應采用剛性接頭。本工程地下連續墻是作為橋梁永久地下基礎，因此采用剛性接頭，見圖8。穿孔鋼板接頭可承受地下連續墻垂直接縫上的剪力，使相鄰地下連續墻槽段共同承擔上部結構的垂直荷載，協調槽段的不均勻沉降；同時穿孔鋼板接頭亦具備較好的止水性能。

圖8 地下連續墻接頭大樣

3 混凝土表面調配涂裝體系[5,6]

延河大橋舊橋采用延安當地石材紅砂巖砌筑而成，而新橋是鋼筋混凝土結構，為了保持新舊橋風貌一致，對新橋混凝土結構表面進行調配涂裝也是該項目中的關鍵一環。本課題主要從新橋混凝土表面仿石砌效果，以及混凝土表面仿石紋理、材質、色澤效果兩個方面展開試驗研究。經過不懈的反復試配試制，以及相關的耐久性試驗，最終取得理想的成果。

根據混凝土結構的腐蝕破壞機理，并借鑒國外的經驗及國家相關規范標準，本課題對混凝土結構的涂裝采用的保護劑分為底漆、潤色漆、面漆，這三種材料具有不同的功能和特點，它們相互結合既能有效的保護混凝土又具有較好的裝飾功能，是集保護和裝飾為一體的涂裝體系。

橋梁混凝土保護劑底漆：該底漆為無色透明液體，其主要特點是具有較強的滲透性，致密性，其具有單向遷移功能，具有透氣不透水的特殊性能。橋梁混凝土保護體系潤色漆：由于混凝土在澆筑與施工過程中會產生孔洞、氣泡、色差，其采用多種樹脂相結合的配方，全新色素濃度的精確選擇，可以達到與現有表面非常接近的效果，同時減少與去除局部顏色的不一致，其可選擇的標準色度有幾十種。橋梁混凝土保護劑面漆：無色透明液體，其不但具有一定的滲透性和強烈的憎水性，同時還有極佳的耐酸、耐堿、抗紫外線的功能。

新橋在特制模板（用于仿石材砌塊分格縫）脫模后，首先需要進行仿石材砌塊的紋理制作，然后進行仿石材厚質保護體系的涂裝。實施時用氣動機械制作紋理，后手工進行仿石材修補，使其更加自然逼真，見圖9。仿石材厚質保護體系的涂裝順序是：先涂底漆，再仿石材質感厚漿漆，最后是面漆。延河大橋新橋仿石調配涂裝完成后效果見圖10。

圖9 延河大橋仿石砌縫剔槽后效果

圖10 延河大橋新橋仿石調配涂裝完成后效果

仿石材調配體系的施工要點如下：

（1）模板拆除操作需謹慎，避免分格縫損壞。

（2）采用氣動機械在新橋外立面剔槽，制作與舊橋一致的紋理。

（3）清除結構表面浮漿、殘渣、污漬，務必仔細認真。

（4）混凝土表面蜂窩、孔隙、裂縫表面修補，注意調整色差和砌縫的處理。

（5）仿砌縫用環氧砂漿填實，色澤應與仿石材顏色協調，且有層次感。

（6）保護劑應連續噴涂2～3遍，中途不留間歇。

（7）相對濕度大于80%，溫度小于-5℃，風力大于四級，雨天等氣象環境下不能施工。

（8）注意成品保護，防止交叉污染。

4 結語

延河大橋創新性地采用截面形式靈活、可人工作業、噪音小的地下連續墻基礎，并用理論分析與試驗驗證相結合的研究方法，對地連墻橋臺基礎受力性能進行研究，結果表明該基礎在橫向和豎向荷載共同作用下發生整體傾斜，最大位移僅3.8mm，最大應力僅3MPa左右，滿足工程要求。

通過對混凝土結構表面調配涂裝體系的試驗研究，很好地解決了混凝土結構仿石砌結構的技術難題，創新了設計方法和施工工藝，完美地使新建混凝土拱橋與舊橋原有風貌一致，達到了“修新如舊，新舊如一”的預期，為今后類似舊橋改造提供了一個新的設計思路和工程借鑒。

[1]叢藹森.地下連續墻的設計施工與應用[M].北京：中國水利水電出版社,2001.

[2]陸震銓,祝國榮.地下連續墻的理論與實踐[M].北京：中國鐵道出版社,1987.

[3]文華,程謙恭,陳曉東,等.矩形閉合地下連續墻橋梁基礎豎向承載特性試驗研究[J].巖土工程學報,2007,29(12)：1823-530.

[4]李濤.黃土地區地下連續墻基礎承載特性試驗研究[D].江蘇南京：東南大學,2006.

[5]謝敏杰.新型有機硅浸漬保護劑和聚氨酯涂層在橋梁混凝土防腐中的應用[J].城市道橋與防洪,2011(1)：116-118.

[6]鄒濤,李珍,韓煒,等.混凝土表面保護材料的研究進展[J].混凝土,2008(12)：61-63.

U445.6

：B

：1009-7716（2017）02-0114-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.02.034

2016-11-28

陳泉（1976-），男，湖北黃岡人，高級工程師，從事橋梁設計工作。