整體式框架結(jié)構(gòu)加固石拱橋技術(shù)說明

丁小戈 謝澤龍

（重慶交通大學，重慶 400074）

1 試點工程橋概況

此試點工程為遂寧市仁和橋，此橋位于遂寧市河東片區(qū)，跨越仁河，連接遂寧河東片區(qū)和船山區(qū)，橋梁全長120m，橋梁上部結(jié)構(gòu)由2×50m的鋼筋混凝土箱板拱和空腹式拱上建筑組成，空腹式拱上建筑由石砌腹拱圈、橫墻及側(cè)墻組成。橋梁現(xiàn)狀立面照片見照片1-1。

2 橋梁主要病害

2.1 病害情況

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)兩跨主拱圈共有17條縱向裂縫，其中拱背16條，最大裂縫寬度達到1.8mm，共有5條縱向裂縫寬度達到或超過0.5mm，超過《城市橋梁養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》限值。在第一跨共有5個腹拱圈砌縫砂漿局部開裂，第二跨有6個腹拱圈砌縫砂漿局部開裂。橋面為泥結(jié)碎石鋪裝，由于年久失修，導致橋面布滿坑洞，占橋面總面積的60%。

2.2 主要病害原因分析

2.2.1 主拱圈縱向裂縫

主拱圈裂縫主要出現(xiàn)在拱背，裂縫均為縱向裂縫，且尚未貫通，說明主拱圈結(jié)構(gòu)并未出現(xiàn)較大的結(jié)構(gòu)性破壞。

2.2.2 腹拱圈病害

腹拱圈和拱上橫墻是用塊石砌筑而成，腹拱圈和拱上橫墻是本橋病害最為嚴重的構(gòu)件。引起腹拱和拱上橫墻開裂的主要原因：

2.2.2.1 施工質(zhì)量較差，腹拱圈和拱上橫墻石料間的砌縫砂漿不飽滿、砂漿標號達不到要求，使用過程中引起砌縫砂漿脫落。

2.2.2.2 石砌拱上建筑因自然風化且年久失修產(chǎn)生表面剝離缺陷和砌縫退化。

2.2.2.3 設(shè)計計算模式與實際結(jié)構(gòu)的差異。主拱與拱上建筑的聯(lián)合作用顯著影響拱上建筑的內(nèi)力，拱上建筑剛度越大，影響就越大?？紤]拱上建筑與拱共同工作所計算的內(nèi)力與分開計算的結(jié)果可能迥然不同，如構(gòu)造處理不妥而按分開計算設(shè)計，則拱上建筑可能嚴重開裂甚至破壞。

2.3 橋臺側(cè)墻病害

檢查中發(fā)現(xiàn)河東新區(qū)岸橋臺側(cè)墻有局部裂縫，裂縫兩側(cè)塊石有錯位痕跡，且裂縫有修補痕跡，表明該裂縫為陳舊性裂縫，引起石拱橋主拱圈縱向裂縫的主要原因：

2.3.1 由臺后路基沉降引起。

2.3.2 由于臺后土壓力過大導致側(cè)墻破壞。

3 加固改造方案

3.1 主拱結(jié)構(gòu)

原橋主拱為鋼筋混凝土箱板拱，主要病害為沿預制拱箱接縫的縱向裂縫，未發(fā)現(xiàn)橫向裂縫，表明主拱結(jié)構(gòu)尚未出現(xiàn)由受力引起的結(jié)構(gòu)性病害，但主拱外表質(zhì)量較差。對主拱縱向裂縫用必可法進行灌封處置，用環(huán)氧樹脂對主拱外表進行表面涂裝。

3.2 石砌拱上建筑結(jié)構(gòu)

原橋腹拱和橫墻砌縫出現(xiàn)較大范圍內(nèi)的砂漿開裂剝落、風化和錯位等結(jié)構(gòu)性病害，加固改造措施如下：

3.2.1 對石砌腹拱和橫墻的裂縫及局部缺陷進行灌縫、修補處置。

3.2.2 用鋼筋混凝土空間框架增強石砌拱上建筑結(jié)構(gòu)：即將橋梁上下游外側(cè)各60cm寬的石砌拱上建筑拆除，改造為鋼筋混凝土立柱、腹拱及側(cè)墻，并在立柱下端、上端及腹拱頂部設(shè)置鋼筋混凝土橫向聯(lián)系，形成空間的鋼筋混凝土框架來增強拱上建筑結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)構(gòu)計算和驗算

4.1 加固前成橋狀態(tài)的應力分析

圖4 -1橋梁有限元分析模型

采用Midas Civil進行結(jié)構(gòu)分析，全橋模型見圖4-1主跨計算跨徑為50.65m，（凈跨徑50m）。

原橋成橋狀態(tài)計算結(jié)果表明，中墩左側(cè)第一個腹拱圈的拱頂下緣拉應力為1.81Mpa，邊跨第一個腹拱圈拱頂下緣拉應力為1.14Mpa，不滿足規(guī)范《公路圬工橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D61-2005)（≤0.55MPa）的要求。

4.2 加固改造后成橋狀態(tài)應力驗算

計算時拱上填料厚度平均減少7cm，拱上建筑改造為增強鋼筋混凝土框架與剩余石砌橫墻及腹拱圈共同工作，但砌體彈性模量取0.5工作折減系數(shù)以考慮砌體風化缺陷的影響。

計算表明鋼筋混凝土主拱和拱上建筑改造為增強鋼筋混凝土框架的應力均《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》限值（拉應力≤1.65MPa）范圍內(nèi)

靠近墩臺的第一個腹拱原剩余石砌腹拱圈的拱腳上緣拉應力計算值分別為0.96和0.82Mpa，實際結(jié)構(gòu)在此位置應作鉸接處理（拉應力將顯著減?。?，設(shè)計圖中在增強鋼筋混凝土框架的相應位置已設(shè)置結(jié)構(gòu)斷縫。

按《城市橋梁荷載設(shè)計標準》相關(guān)條文計算的人群荷載為4.125KN/m，按此使用荷載進行應力驗算結(jié)果見表4-3：

表4 -3加固改造后成橋狀態(tài)主要截面應力

可見，人群荷載的增加對上述關(guān)鍵截面的應力影響并不顯著，在靠近墩臺的第一個腹拱與墩臺作結(jié)構(gòu)性隔離處置后，其控制應力均能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

結(jié)束語

通過整體式框架結(jié)構(gòu)與原來砌體結(jié)構(gòu)共同受力，承載力得到了顯著提高，并且這種加固方式不用對原來結(jié)構(gòu)進行過多改變，耗材經(jīng)濟，值得進一步的研究與探討。

[1]周建庭，劉思孟.石拱橋加固改造技術(shù).人民交通出版社.

[2]劉立新.砌體結(jié)構(gòu).武漢理工大學出版社.