套拱法在拱橋舊橋加固中的運用

裴 玨

1 概述

2001年安徽省公路管理局組織橋梁專家和省公路檢測中心對全省國省干線公路的橋梁進行檢測。根據(jù)檢測結(jié)果由銅陵市公路管理局管養(yǎng)的省道合黃路K133+938東大橋評定為危橋，2002年度安徽省公路養(yǎng)護計劃將東大橋列入當(dāng)年改造項目。

東大橋為石拱橋，建成于20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)拱橋拱腳開裂，已經(jīng)破壞了其本身的穩(wěn)定性，該橋右側(cè)為一個面積約20畝的高差較大的湖泊，左側(cè)為鐵道專用線，拆除重建費用較高。同時，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值，經(jīng)現(xiàn)場勘測，決定在原有的基礎(chǔ)上加固。其利用價值不大，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，托起整個拱橋，支撐矮墻則充分利用原有橋臺，建在原有橋臺上，拱肋和支撐矮墻形成一個整體。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算

2.1 有限元內(nèi)力分析

根據(jù)現(xiàn)場測量及計算得: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)計荷載:公路Ⅱ級。采用有限元對拱圈進行承載能力分析，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)核及配筋驗算

已知計算軸向壓力 N=1 858.2 kN，計算彎矩 M=145.3 kN?m，構(gòu)件所處環(huán)境按Ⅰ類考慮。采用C40混凝土，縱向鋼筋為HRB335級，截面配筋見圖1，可按偏心受壓構(gòu)件進行截面配筋驗算。

由材料可查得相關(guān)計算參數(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)件計算。

按小偏心受壓，由下式重新計算受壓區(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)果說明，截面設(shè)計符合要求。

3 施工程序及方法

3.1 挖基、現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)

每個橋臺的基礎(chǔ)必須分兩次開挖澆筑，以防開挖過長引起橋臺基礎(chǔ)的位移。同時在開挖過程中必須掌握好開挖的深度，新基礎(chǔ)基底必須與老基礎(chǔ)基底持平，嚴(yán)格控制超深開挖，防止老橋基底被掏空坍塌，導(dǎo)致橋臺基礎(chǔ)下沉，應(yīng)特別引起重視。每次基礎(chǔ)的施工應(yīng)盡量縮短開挖后的暴露時間，必須做到速戰(zhàn)速決，基礎(chǔ)開挖達到要求后及時澆筑混凝土出地面，以保證老橋基礎(chǔ)的安全穩(wěn)定。

3.2 現(xiàn)澆混凝土臺身(矮墻)

矮墻澆筑前，必須對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，新老橋臺伸入長度相等。橋臺長度方向一次性現(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，保證橋臺的整體性。矮墻澆筑完必須達到7 d以后才能拆模，以防臺身傾斜發(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，以便拱肋施工時的焊接。

3.3 現(xiàn)澆混凝土拱肋

就東大橋采取在橋面上開“天窗”的方法澆筑混凝土套拱肋的施工要點介紹如下: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(矮墻)錨固后，安裝模板，全橋拱肋分一次進行混凝土拱肋澆筑，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挖一個漏洞，漏洞的深度應(yīng)貫穿老拱圈，尺寸為20 cm×20 cm方洞。4)漏洞開挖后，必須及時在拱盔上立點支承四周的拱石，以防拱石不穩(wěn)定掉下，同時也起到拱架加載預(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，從兩邊矮墻開始對稱澆筑，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，并用振搗器通過漏洞插入拱頂處進行搗實，反復(fù)進行直至混凝土封口。

4 結(jié)語

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

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

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

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

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

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