沙灘橋空腹式雙曲拱橋拓寬提載設(shè)計(jì)的思路與解決方案

曹素江

（河北省高速公路京衡管理處，河北 衡水 053020）

沙灘橋空腹式雙曲拱橋拓寬提載設(shè)計(jì)的思路與解決方案

曹素江

（河北省高速公路京衡管理處，河北 衡水 053020）

隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國省干線公路上的大量老舊橋梁很難滿足現(xiàn)代交通物流的需求，一些原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低、通行能力差的橋梁，亟待進(jìn)行改造。但在某些特殊區(qū)域，受自然條件的限制，在舊橋仍有利用價(jià)值的情況下，盡可能的對原橋改造加固，使之煥發(fā)新的生機(jī)。在沙灘橋的改造加固設(shè)計(jì)中，根據(jù)原有橋型結(jié)構(gòu)，因地制宜，謹(jǐn)慎決策，充分利用其力學(xué)特征，采用輔助手段與工藝提升主梁強(qiáng)度、強(qiáng)化整體結(jié)構(gòu)提高橋梁承載能力、拓寬橋面、滿足交通車流需求，對咽喉路段的舊橋改造加固、延壽利用進(jìn)行了探索。

舊橋利用；鋼筋混凝土雙曲拱橋；拓寬提載加固

1　工程概況

沙灘橋建成于上世紀(jì)七十年代，位于修水茅溪線K14+507處，是跨越沙灘河、連接江西贛北與湖北鄂西的一座重要橋梁。橋梁全長113 m，橋面凈寬：4.5 m+2×0.325 m，設(shè)計(jì)荷載為：汽—15，掛—80。其上部構(gòu)造為2孔跨徑為41 m的空腹式雙曲拱橋，主拱圈為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由3肋2波加兩個(gè)懸波組成，主拱肋寬度為35 cm，高度110 cm，凈矢跨比為1/6，拱軸線采用等截面懸鏈線，拱軸系數(shù)M=3.893，拱肋間凈距為160 cm，主拱圈寬度為485 cm。每跨主拱圈對稱設(shè)置有6個(gè)腹孔，腹孔采用無肋雙曲拱式腹拱圈配墻式腹拱墩結(jié)構(gòu)。兩岸橋臺(tái)均設(shè)置有1個(gè)腹孔。所有墻式腹拱墩均為漿砌水泥預(yù)制塊砌體。大橋下部構(gòu)造為擴(kuò)大基礎(chǔ)配重力式橋墩及擴(kuò)大基礎(chǔ)配U型橋臺(tái)，均為漿砌片（塊）石砌體。據(jù)史料記載，其橋臺(tái)、墩基礎(chǔ)較好，均置于巖層之上。

沙灘橋因修建年代早、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，橋面狹窄，車輛只能單向行駛，滿足不了日益繁忙的車流需求，形成了瓶頸。提高橋梁通行能力，緩解周邊山區(qū)交通壓力，成了亟需解決的問題。

由于橋梁在大山深處，位于北岸水庫庫區(qū)。橋址處常水位水深約6 m左右，兩岸山高坡陡，該路段的交通路網(wǎng)沒有繞道的選擇；因此怎樣改造，把對交通的影響壓縮到最低水平，至關(guān)重要。

2　初步方案構(gòu)想

要解決大橋卡脖子問題，按拓寬改造和改建兩種思路進(jìn)行方案比選。

2.1原橋改造拓寬

優(yōu)點(diǎn)：利用原橋改造，不需修改路線，橋位最有利，橋梁長度小，施工周期短、改建費(fèi)用較低、交通影響少。缺點(diǎn)：施工不易，對工藝要求較高；交通維護(hù)有一定難度。

2.2改（重）建

優(yōu)點(diǎn)：按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，橋梁承載起點(diǎn)高、車輛通行能力大；缺點(diǎn)：若易址重建，橋位周邊選址困難，需改變線路，增加橋梁長度，建造時(shí)間長，費(fèi)用高。若原址重建，則需拆除老橋，對交通影響大，建設(shè)時(shí)間亦較長、費(fèi)用較高。

經(jīng)現(xiàn)場檢查，原橋主要受力構(gòu)件結(jié)構(gòu)外觀良好，無明顯缺陷。使用免棱鏡全站儀對主拱圈拱軸線進(jìn)行實(shí)測后，發(fā)現(xiàn)主拱圈實(shí)際線型與理論拱軸線較為吻合。根據(jù)可負(fù)擔(dān)財(cái)力和現(xiàn)實(shí)需求，我們優(yōu)先考慮原橋利用。為此組織工程技術(shù)人員對老橋進(jìn)行檢測并擬定初步方案。

根據(jù)檢查，發(fā)現(xiàn)大橋有以下病害及缺陷：

（1）裂縫：主、腹拱圈拱頂附近橋面、拱波、拱板有縱、橫向開裂，且橫向裂縫多位于主、腹拱圈拱頂附近；個(gè)別腹孔墩墩身有豎向裂縫。

（2）下沉：溪口岸橋頭橋面存在局部下沉現(xiàn)象。

（3）施工缺陷：檢查發(fā)現(xiàn)，第二跨各腹拱墩頂處均設(shè)有變形縫，而第一跨未設(shè)。因兩側(cè)腹拱圈變形，未設(shè)變形縫的腹拱墩拱頂處側(cè)墻部分產(chǎn)生豎向開裂。

2.3其他病害：橋欄桿缺失、拱圈滲水等

根據(jù)公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范（JTG H11—2004）標(biāo)準(zhǔn)評定，該橋技術(shù)狀況評定等級已為三類，結(jié)合橋面拓寬一并進(jìn)行維修，有一舉兩得之效。

根據(jù)現(xiàn)有交通流量、結(jié)合遠(yuǎn)景發(fā)展，改造計(jì)劃將橋面從4.5 m拓寬至7 m（橋面凈寬7 m+2×0.25 m），保持車輛雙向通行。為適應(yīng)現(xiàn)代交通車流，加固按公路—Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行極限荷載設(shè)計(jì)驗(yàn)算。

3　拓寬提載設(shè)計(jì)思路

由于大橋常水位較深，若搭設(shè)便橋維持通車，困難很大，費(fèi)用不菲。在不考慮搭設(shè)便橋的前提下，其交通維護(hù)采用限時(shí)、限載、限速的措施，最大限度減少維修對當(dāng)?shù)匮鼐€居民的出行影響。對大橋本身的加固考慮采取主受力結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換、加大構(gòu)件截面、增加輔助構(gòu)件等措施進(jìn)行拓寬提載設(shè)計(jì)[1]。

3.1主、腹拱圈加固、提載

（1）在主、腹拱圈下緣現(xiàn)澆整體式鋼筋混凝土底板，改雙曲拱截面為箱形拱截面，增強(qiáng)拱圈的抗扭剛度和承載能力。

（2）采用化學(xué)灌漿法修補(bǔ)主、腹拱圈裂縫，對破損處進(jìn)行鋼筋除銹后用環(huán)氧樹脂砂漿或摻環(huán)氧樹脂的小石子混凝土進(jìn)行修復(fù)。

3.2腹拱墩加固

采用化學(xué)灌漿法、環(huán)氧砂漿或摻環(huán)氧樹脂的小石子混凝土修補(bǔ)腹拱墩的裂縫和破損，并外包鋼筋混凝土土加固，增加其砌塊的整體性。

3.3拱上側(cè)墻加固及增高

（1）側(cè)墻采用鋼筋混凝土加高。

（2）對除橋面假縫對應(yīng)位置的側(cè)墻裂縫及變形縫壓注水泥漿，再在裂縫和變形縫兩側(cè)錨固騎縫鋼筋（在騎縫鋼筋外抹一層內(nèi)置φ2鋼絲網(wǎng)的環(huán)氧砂漿）控制變形。

4　橋面系拓寬

（1）預(yù)制懸臂橋面板，拆除原橋面系、安裝后焊接預(yù)留鋼筋澆筑現(xiàn)澆段混凝土，形成整體式橋面板（設(shè)置泄水管）。

（2）橋面板上鋪筑防水鋼筋混凝土鋪裝層作為橋面。

（3）安設(shè)橋欄桿。

（4）橋墩加固：橋墩外包鋼筋混凝土，增加砌塊的整體性。

5　加固提載與拓寬方案設(shè)計(jì)

5.1橋面凈寬

7 m+2×0.25 m，驗(yàn)算荷載等級：公路—Ⅱ級。

5.2結(jié)構(gòu)分析

（1）按拱橋結(jié)構(gòu)和受力特點(diǎn)，依據(jù)實(shí)測拱軸線的坐標(biāo)，將加固前、后的橋梁結(jié)構(gòu)均簡化[2]，根據(jù)荷載和斷面寬度，以調(diào)查材料價(jià)格和擬定材料強(qiáng)度指標(biāo)，初步擬定梁板斷面的經(jīng)濟(jì)尺寸及含筋率，計(jì)算梁的配筋面積，著重對主要受力結(jié)構(gòu)控制斷面（拱腳、四分跨、跨中）部位進(jìn)行驗(yàn)算[3]。逐步修正選定技術(shù)參數(shù)，使之滿足要求[4]。

（2）計(jì)算荷載組合采用的類型

大橋計(jì)算荷載組合主要采用承載能力極限狀態(tài)基本組合、正常使用極限組合與短期效應(yīng)組合和長期效應(yīng)組合。具體組合見表1。

（3）結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果

根據(jù)大橋的結(jié)構(gòu)形式、實(shí)際狀況及受力特點(diǎn)，著重對拱圈主要控制斷面（拱腳、四分跨、跨中）部位進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算按原結(jié)構(gòu)和采用聯(lián)合截面體組合后共同受力進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)算結(jié)果見表2、表3。

從計(jì)算結(jié)果看，在加固設(shè)計(jì)荷載的作用下，大橋采用雙車道（7 m+2×0.25 m）的橋面凈寬時(shí)，按擬定的尺寸、強(qiáng)度、含筋率，大橋的各控制載面偏心距多數(shù)在容許偏心距范圍內(nèi)，且承載能力滿足公路—II級荷載要求。對于偏心距超過容許限值的主拱圈拱頂及拱腳斷面按鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，其承載能力亦可以滿足公路—II級荷載要求。

表2　加固前主、腹拱圈截面結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果一覽表

表3　加固后主、腹拱圈截面結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果一覽表

6　結(jié)語

橋面拓寬后，需同步考慮對兩岸引道進(jìn)行接順，路側(cè)險(xiǎn)要路段增設(shè)安全保障設(shè)施。

窄橋拓寬施工期間的交通維護(hù)不利因素較多、維護(hù)困難較大，需做詳盡的施工組織設(shè)計(jì)并注意不斷修正，精心組織，以確保安全。

通過對沙灘橋的拓寬、加固，將其承載極限能力提高至公路-Ⅱ級，但基礎(chǔ)部分依舊沒有變化，恒、動(dòng)載增加，日常使用仍考慮按老橋規(guī)的要求進(jìn)行檢查管理，較為穩(wěn)妥，切合實(shí)際。

[1]諶潤水,胡釗芳,帥長斌.公路舊橋加固技術(shù)與實(shí)例[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]張樹仁,王宗林.橋梁病害診斷與改造加固設(shè)計(jì)[M].北京:人民交通出版社,2006.

[3]JTG D60—2004.公路橋梁設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[4]JTG D62—2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

U445.6

B

1009-7716（2016）10-0056-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.018

2016-05-18

曹素江（1965-），男，河北平山人，高級工，從事公路收費(fèi)管理工作。