懸吊法加固雙曲拱橋方法探討——以樂天溪雙曲拱橋?yàn)槔?br/>

楊明秀，鄧興貴，李澐瓏 （宜昌通衢公路建設(shè)有限責(zé)任公司，湖北宜昌443100）

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸量的大幅度增長，行車密度及車輛載重越來越大，一大批20世紀(jì)80年代以前修建的公路橋梁已滿足不了使用要求，其中雙曲拱橋的問題尤為突出，具體表現(xiàn)如下：①拱橋的徑向裂縫，拱橋徑向裂縫常發(fā)生在拱腳和拱頂2個(gè)部位，其方向與拱軸線垂直。②拱圈的縱向裂縫，這種裂縫通常在橋面中線附近順跨徑方向延伸，嚴(yán)重時(shí)有貫通全橋、將拱圈 “一分為二”之勢(shì)。

為改善交通環(huán)境，提高雙曲拱橋的承載能力，對(duì)有病害的雙曲拱橋進(jìn)行加固改造勢(shì)在必行。下面，筆者樂天溪雙曲拱橋的加固改造為例，對(duì)懸吊法加固雙曲拱橋方法進(jìn)行了探討。

1 工程背景

樂天溪雙曲拱橋全長130m，為20 世紀(jì)80 年代初修建，設(shè)計(jì)荷載為汽－15，掛－80，組合跨徑為（13＋30＋30＋13）m，橋高12m，枯水季節(jié)水深約3～4m，不通航，現(xiàn)已運(yùn)行30多年，目前橋臺(tái)、橋墩無嚴(yán)重病害，主拱拱肋砼有侵蝕現(xiàn)象，主拱波為裝配式，橋面嚴(yán)重破損。荷載試驗(yàn)檢測(cè)為主拱揉度變形過大，屬于危橋，需要加固后使用。圖1所示為原橋立面圖。

圖1 原橋立面圖

2 雙曲拱橋加固設(shè)計(jì)方案

針對(duì)雙曲拱橋不同部位出現(xiàn)的問題及其嚴(yán)重程度采取不同的應(yīng)對(duì)措施。拱上建筑破壞或橋面系破損的橋梁主要是進(jìn)行維修和養(yǎng)護(hù)，破損嚴(yán)重的進(jìn)行更換。對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)病害采取的加固方法如下：①拱肋加固。包括環(huán)氧漿液粘貼鋼板加固拱肋、碳纖維布粘貼加固拱肋或拱圈、用增加鋼筋外包混凝土加大拱肋斷面以及壓漿灌縫等方法［2］。②加厚拱板?？梢栽黾庸袄摺⒐安◤?qiáng)度，增強(qiáng)拱圈的整體性和強(qiáng)度。③加強(qiáng)橫向連系。包括外包混凝土加大橫系梁斷面以及將橫系梁改造為橫隔板等方法［3］。④調(diào)整拱上的恒載分布和減輕拱上建筑自重。

對(duì)樂天溪雙曲拱橋來說，其具體加固設(shè)計(jì)方案如下：①墩臺(tái)植筋，外包高2．0m、寬9m、厚20cmC30鋼筋砼；②主拱肋植筋后外包C30U 型槽鋼筋砼 （舊肋斷面高30cm、寬20cm），底寬加厚15cm，全寬50cm，兩側(cè)各加寬15cm，全高45cm，肋底鋼筋4?16mm，兩側(cè)各2?16mm，沿肋布置；連系梁外包砼；③腹拱圈采用噴射砼；④挖除全橋的橋面砼和填料，填料采用C25陶粒砼，橋面為C30?12mm 鋼筋籠砼；⑤人行道和欄桿新建。圖2所示為擬加固立面圖。

圖2 擬加固立面圖

3 拱肋施工方法

因樂天溪雙曲拱橋所在溪流水流較深，且挖裝設(shè)備無法進(jìn)場(chǎng)，不宜采用填筑河床后布設(shè)滿堂鋼管支架澆筑拱肋砼的方式，可以采用懸吊拱盔的辦法一次性澆筑拱肋和聯(lián)系梁砼。

3．1 懸吊軍用梁拱盔

1）在橋上自制油桶浮船，每4節(jié)油桶為1組，用L50角鋼焊接后吊車下放到墩臺(tái)處，做墩臺(tái)植筋的操作平臺(tái)。

2）在每跨的墩臺(tái)側(cè)面鉆孔安裝三腳架，采用膨脹螺栓固定，間距1m 為1道，架頂平行，鋪設(shè)20槽鋼，槽鋼兩端挑出墩臺(tái)外各約1m，做拱盔水平移動(dòng)承臺(tái)。

3）選用六四式軍用梁按拱肋弧形自制成拱盔，每跨每條拱盔由9片軍用梁組成，上懸桿直接銷結(jié)，下懸桿由Ⅰ8工字鋼自制后銷結(jié)，每道拱盔重約3t，每跨設(shè)置3道拱盔；用吊車吊裝第一道拱盔，下放到槽鋼承臺(tái)上，手動(dòng)葫蘆緩慢拖移至拱中，其他的拱盔拖移到外拱肋下。圖4所示為拱盔立面圖。

圖3 拱盔立面圖

4）在每跨的橋面上采用?75mm鉆頭鉆孔（按設(shè)計(jì)的吊桿位置），穿過腹拱圈和主拱波，做吊桿通道。

5）安裝懸吊系統(tǒng)。其上托在橋面，先墊雙肢枕木，枕木上安裝40cm 雙肢Ⅰ22b工字鋼；在拱盔拱腳處先用L型20mm 厚鋼板作托架 （長70cm），與軍用梁銷結(jié)，然后擰緊拱腳的?32mm 精軋螺紋鋼水平拉桿；在拱盔拱腳設(shè)12m 雙肢Ⅰ22b工字鋼做懸吊系統(tǒng)的下托。圖4所示為拱盔拱腳處懸吊大樣圖。

6）提升拱盔。每跨設(shè)6道懸吊，采用?32mm 精軋螺紋鋼做吊桿，JLM－32螺母，將每道拱盔提升到拱盔設(shè)計(jì)位置上。

7）布設(shè)拱盔橫向聯(lián)系梁。拱盔上每2m 布置橫向12m 長Ⅰ8工字鋼上下聯(lián)系梁，采用U 型鎖扣固定，下連系梁上安裝木方和跳板，做人行通道，圖5為拱盔橫向布置圖。

圖4 拱腳懸吊大樣圖

8）安裝模板和小型腕扣支架。在Ⅰ8工字鋼梁上縱向布置間距60cm?50mm 弧形鋼管，腕扣托架支撐在Ⅰ8 工字鋼梁上，在弧形鋼管上布置間距40cm 橫向6×9小方木，在方木上鋪設(shè)1．5cm 厚竹模板，做底模，側(cè)模和頂模也采用1．5cm 厚竹模板加工而成，每道拱肋和連系梁的模板須全封閉．

9）安裝砼導(dǎo)流通道。①墩臺(tái)身砼澆筑。在第1個(gè)腹拱中間鉆一個(gè)?100mm 孔洞，導(dǎo)管從橋面邊沿接入漏斗，砼可直接引流，附著振動(dòng)器振搗。②邊肋砼澆筑。在邊肋拱頂處模板開孔，接入導(dǎo)管與橋面漏斗連接。中肋砼澆筑。在中肋頂部邊沿 （拱肋加寬部分），在橋面上鉆一個(gè)?100mm 孔洞，穿過拱波，直接引流入拱肋模板。

10）砼配置基本要求。選用細(xì)石砼，粉煤灰在水泥中的摻加量約為20%～30%，坍落度控制在220～240mm。

11）砼澆筑順序?yàn)橄榷张_(tái)加固砼，后邊肋砼，再中肋砼，聯(lián)系梁同時(shí)完成。

12）拆除懸掛拱盔。待砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以后方可拆除拱盔，具體方法如下：①在橋面上的每個(gè)懸掛點(diǎn)安排1個(gè)人負(fù)責(zé)擰動(dòng)吊點(diǎn)螺母，統(tǒng)一指揮，松動(dòng)幅度相同，落下50cm 后暫停；②拆除拱盔上的模板、方木、腕扣支架；③繼續(xù)同時(shí)下放拱盔，落至拱盔水平移動(dòng)承臺(tái)，拆除拱盔間的橫向連系，臨時(shí)固定拱盔；④手動(dòng)葫蘆將拱盔逐個(gè)緩慢拖移至拱圈外沿，吊車調(diào)到橋面，施工其他跨徑的拱肋砼。

3．2 滿堂臺(tái)階鋼管支架懸吊

1）將墩身加貼的植筋砼寬度由設(shè)計(jì)的20cm 加寬到40cm，其中20cm 做托架拱腳處支點(diǎn)。

2）在30m 跨徑長度范圍內(nèi)、在第1條拱肋內(nèi)側(cè)20cm 處，在橋面上鉆孔穿過主拱拱波，鉆孔直徑?75mm，間距 （0．4＋3．6）m、5．5m、5．5m、5．5m、5．5m、 （3．6＋0．4）m；在橋面橫斷面的間距0．7m、3．75m、3．75m，總共3道。圖6所示為滿堂支架立面圖。

3）上吊桿安裝。在鉆孔處現(xiàn)安裝雙肢枕木，在枕木上安裝雙肢Ⅰ22b工字鋼焊接，長40cm，加墊板后下放?32mm 精軋螺紋鋼吊桿，拎上JLM－32螺母。圖8所示為上吊桿安裝示意圖。

4）下吊桿安裝。浮船運(yùn)雙肢Ⅰ22b工字鋼至吊桿處，橫橋向通長12m，吊桿穿過雙肢Ⅰ22b工字鋼上的預(yù)留的3個(gè)孔口，拎上JLM－32螺母，采用上拎螺母使工字鋼就位。圖8所示為下吊桿托架示意圖。

5）安裝縱梁。在雙肢Ⅰ22b工字鋼安裝Ⅰ16b工字鋼縱梁3道，邊跨長4．0m、中跨6．0m，間距3．75m，工字鋼之間采用U 型扣件。

圖5 拱盔橫向布置圖

6）安裝橫向分配梁。在Ⅰ16b工字鋼縱梁上安裝分配梁Ⅰ12工字鋼，邊跨間距60cm，中跨間距110cm，工字鋼之間采用U 型扣件。

圖6 滿堂支架立面圖

7）安裝滿堂鋼管支架。橫向間距100cm，水平掃地桿高度20cm，步長100cm；X 斜桿每排須布設(shè)，步長100cm，各臺(tái)階式拱架之間通過剪力斜桿連接為受力整體。

8）模板安裝。按常規(guī)方法制作拱肋模板，采用全密封系統(tǒng)，頂部預(yù)留2道砼進(jìn)入口，可控制性的澆筑每條拱肋砼，主要以對(duì)稱為主。

9）砼澆筑順序。建議先澆筑中肋，砼引流管布置在跨中，在2個(gè)拱腳方向，砼的注入在每條拱肋上須平衡施工，這樣可以防止懸吊支架失穩(wěn)。

4 結(jié)語

圖7 上吊桿安裝示意圖

為了解決雙曲拱橋運(yùn)行多年后承重結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的常規(guī)病害問題，采用懸吊軍用梁拱盔和滿堂臺(tái)階鋼管支架的辦法對(duì)樂天溪雙曲拱橋進(jìn)行進(jìn)行一次性整體澆筑拱肋及聯(lián)系梁，該橋梁經(jīng)過結(jié)構(gòu)加固后，其承載能力得到很大提高。同時(shí)，利用懸吊法一次性施工拱肋砼還有如下優(yōu)點(diǎn)：①利用拱肋加固構(gòu)件重量輕的特點(diǎn)，選用懸吊拱盔，對(duì)拱盔結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求低，操作簡(jiǎn)單方便，能重復(fù)使用且節(jié)約成本；②施工工期短，比其他辦法至少節(jié)約2 周的施工期；③拱肋成型后強(qiáng)度完整，無砼施工縫；④不受施工場(chǎng)地條件限制，不受水位及河床地形影響。此外，該方法同樣適用于高架梁橋梁底的加固，如粘帖鋼板、貼碳纖維、體外預(yù)應(yīng)力等。因此，該方法具有較好的應(yīng)用前景。

圖8 下吊桿托架示意圖

［1］鐘勇．雙曲拱橋的加固設(shè)計(jì)與施工 ［J］．公路與汽運(yùn)，2007，22 （1）：111～114．

［2］王敏初，李茂川，陳星．北京大關(guān)雙曲拱橋加固改造實(shí)踐 ［J］．山西建筑，2009，35 （15）：343～345．

［3］張道省，崔士強(qiáng)．雙曲拱橋加固應(yīng)用技術(shù) ［J］．遼寧交通科技，2002 （3）：31～32．