神農架陽日灣雙曲拱橋加固設計

張杏萍 吳虹瑾 蘇小舒

1 概述

陽日大橋位于神農架林區,是陽日灣至保康縣馬橋公路上的一座大橋,該橋建于1974年,至今已有三十多年的歷史。橋梁全長158.2 m,上構為三孔42 m空腹式雙曲拱橋,矢跨比為1/8,下構為重力式墩臺,橋墩采用沉井基礎,橋臺采用擴大基礎。橋面凈寬7.0 m+2×1.0 m,原設計荷載汽車—15級,掛車—80。

2 病害說明

2.1 主拱圈

主拱圈制作粗糙,混凝土風化或剝落,多處出現露筋現象;由于城鄉經濟的蓬勃發展,時有運輸物資的重車通過該橋,而修建該橋時的設計荷載僅為汽車—15級,掛車—80,在加固本橋時,還要提高拱橋的承載能力,即將荷載標準提高到公路—Ⅱ級。因此,拱圈截面尺寸略顯單薄。

2.2 橫系梁及橫隔板

本橋橫系梁采用預制安裝法施工,橫隔板采用現澆法施工,并且橫系梁和橫隔板交替設置,其尺寸分別為20cm×18cm,20cm×82cm,橫向聯系比較薄弱,橫系梁與拱肋接頭處存在不同程度的裂縫。

由于雙曲拱橋“化整為零”的施工方法,截面的整體性較差,增強橫向聯系的意義重大。

2.3 橋面鋪裝及欄桿

橋面鋪裝存在大面積裂縫,主要分布在每孔的跨中及拱腳處。橋兩側欄桿均嚴重破損,需要修補或替換。橋面鋪裝的龜裂,欄桿的損壞,直接影響到橋體的安全,威脅著交通的安全暢通。

2.4 橋墩

第一跨馬橋方向的混凝土橋墩拱座以下有一條0.5mm寬的豎向裂縫(從松柏至馬橋方向依次為第一跨～第三跨)。這條裂縫寬度已超過規范要求,需要做加固處理。

2.5 橋臺

兩岸橋臺臺身均有橫向裂縫,滲水現象出現。究其原因,主要是臺后填土壓實度不夠或含水量太大,臺身的砌筑質量不太好等原因造成的,這樣必然影響到橋梁的外觀和耐久性,需要做加固改造處理。

2.6 腹拱圈

腹拱圈受水浸,存在白色流膏,并伴有植物生長,局部有破損。

3 加固方案

3.1 主拱圈

為了有效地加強拱腳截面,采用鋼筋混凝土加強拱圈拱背的方法。加強拱背的現澆鋼筋混凝土,在拱腳截面處厚度為40cm,在2號腹拱墩處厚度為20cm,其間逐漸變化,使拱圈的抗彎能力提高50%以上。同時,對于露筋部分,需用環氧樹脂混凝土進行補強。

采用此法加強拱腳,可顯著增大拱腳區段的截面剛度,在受力方面,有變截面無鉸拱的特性。與等截面無鉸拱比較,變截面無鉸拱拱腳的負彎矩隨拱腳剛度的增加而增大,對拱頂的正彎矩有“卸載”的作用,即拱腳剛度愈大,拱頂的正彎矩愈小。因此按此法在加強拱腳這個控制截面的同時,實際上也幫助了拱頂截面,即減少了拱頂截面的正彎矩。利用拱頂彎矩影響線(見圖1),同樣也可看出加強拱腳后,控制拱頂截面強度驗算的正彎矩實際是減小的。因此這種加固方法有利于改善拱腳、拱頂兩個控制截面的受力狀態,從而提高拱橋的承載能力。

由于本橋拱肋病害較多,除了對拱圈拱背進行加固外,還需對拱肋、拱波進行加固處理,其中,拱肋采用現澆混凝土加固,拱波采用錨噴混凝土加固。

3.2 橫系梁及橫隔板

原橫系梁截面尺寸偏小,為了增強橫向聯系,需對原橫系梁的尺寸進行加大。增強橫向聯系之后,可使荷載在橫橋向分布比較均勻,避免因橫向聯系不足而產生的各種問題。

3.3 橋面鋪裝及欄桿

鑿出舊的橋面鋪裝,拆除人行道、欄桿,重新澆筑橋面鋪裝,設置必要的脹縫、縮縫,澆筑人行道、欄桿,敷設排水系統。

3.4 橋墩

對于橋墩的豎向裂縫,采用外包20cm厚的混凝土進行加固處理。

3.5 橋墩基礎

橋墩基礎長期受水沖刷,需要采用拋石的加固處理方式。

3.6 裂縫及局部破損

對裂縫采取封閉的處理方式,結構破損處用環氧樹脂混凝土進行補強。

3.7 腹拱圈

腹拱圈采用錨噴10cm厚C25混凝土進行加固。

4 結構計算

為了對全橋受力情況有全面的了解,分別按固定拱和連拱兩種情況對主拱圈進行了計算分析。結果表明:對拱腳拱背加強后,主拱圈的抗力有較大的提高,能將荷載標準提高到公路—Ⅱ級。

5 主要施工工藝

5.1 拆除橋面系、挖除拱上填料

在卸載過程中,為避免主拱圈產生過大和不均勻變形,嚴格按操作流程進行對稱、均勻卸載,施工前詳細的閱讀卸載程序,并遵照執行,對主拱圈的拱頂和1/4,3/4斷面隨時進行變形觀測,以確保卸載對主拱圈的安全。

5.2 拱背的施工

放樣,鉆孔,清孔,洗刷拱背,插入鋼筋,綁扎鋼筋,用 525普通硅酸鹽水泥配成的水泥漿刷在拱背上,然后再澆筑40號混凝土。注意混凝土的密實度和拱背的外形,混凝土的養護。

5.3 錨噴混凝土加固的施工工藝

噴錨的施工程序,可分為受噴面清理、鑿毛、鉆孔和插入錨桿、掛設鋼筋網及噴射混凝土施工等工序。

5.4 裂縫修補

1)表面抹灰。表面抹灰是指用水泥漿、水泥砂漿、環氧基液及環氧砂漿等材料,涂抹在裂縫部位的磚石砌體或混凝土表面上的一種修補方法。2)內部裂縫修補。內部裂縫修補是通過壓力灌漿或化學灌漿方法,將某種漿灌入結構內部裂縫中,以達到封閉裂縫,恢復并提高結構強度、耐久性和抗滲性能的一種修補方法。此法一般用于裂縫多且深入結構內部或結構有空隙的修補場合。

5.5 混凝土缺陷及銹蝕的處理

對有缺陷的混凝土,先人工敲打、鑿毛、用鋼刷來回刷擦,清除不穩定的混凝土部分。為使混凝土表面潔凈,可用水清洗。對銹蝕鋼筋,應先鑿除周圍損壞的混凝土,露出鋼筋,用細鋼刷將銹蝕部分清除干凈,然后再仔細澆筑環氧樹脂混凝土。由于老混凝土不平整,在澆筑環氧樹脂混凝土之前,應在原混凝土表面刷上一層水泥凈漿,澆筑混凝土之后,注意插搗密實。

6 結語

雙曲拱橋在二十世紀六七十年代成為我國風靡一時的橋型,對當時的交通發展起到了積極的作用,經過近50年的使用證明,這種橋型存在一些問題,目前在新橋設計中已很少采用。但對于原有的大量的雙曲拱橋,如采用合適的加固方法,舊橋還是可以使用相當長的一段時間,可以節省一定的資金。

[1] 范立礎.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2004.

[2] 王國鼎.橋梁檢測與加固[M].北京:人民交通出版社,2006.

[3] 王國鼎.拱橋連拱計算[M].北京:人民交通出版社,2008.

[4] 趙興中,馬 琳.基于開裂后雙曲拱橋的加固分析[J].山西建筑,2008,34(16):307-308.