鋼筋混凝土防落石棚洞快速修復(fù)方案初探
——以國(guó)道317線(xiàn)大岐棚洞搶險(xiǎn)修復(fù)工程為例

鄭國(guó)強(qiáng)

(四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院， 四川成都 610017)

?

鋼筋混凝土防落石棚洞快速修復(fù)方案初探
——以國(guó)道317線(xiàn)大岐棚洞搶險(xiǎn)修復(fù)工程為例

鄭國(guó)強(qiáng)

(四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院， 四川成都 610017)

文章通過(guò)對(duì)國(guó)道317線(xiàn)大岐棚洞搶險(xiǎn)修復(fù)方案的研究分析，探討鋼筋混凝土防落石棚洞在結(jié)構(gòu)受損后的快速修復(fù)方案，可為類(lèi)似搶險(xiǎn)工程提供參考。

國(guó)道317線(xiàn)； 防落石棚洞； 搶險(xiǎn)修復(fù)； 道路保通

鋼筋混凝土防落石棚洞結(jié)構(gòu)受損后即失去對(duì)道路的防護(hù)功能，影響行車(chē)安全。搶險(xiǎn)修復(fù)工作一般工期緊迫，易受極端天氣、復(fù)雜地形地質(zhì)、交通干擾等因素影響，難度較大。

修建于2003年的大岐棚洞(圖1)位于理縣境內(nèi)雜谷腦河谷右岸。棚洞所在的國(guó)道317線(xiàn)汶馬公路是川藏公路的重要組成部分，是省會(huì)成都市通往阿壩州州府馬爾康市的必經(jīng)之路。棚洞上方的高勢(shì)能滑坡(大岐滑坡)滑體體積約200×104m3，前沿高出棚洞50 m以上，其坍塌解體形成的落(飛)石對(duì)下方道路構(gòu)成嚴(yán)重威脅。用于防落石的大岐棚洞對(duì)該路段形成了有效防護(hù)，保障了道路通行安全。

圖1 大岐棚洞運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀

2016年10月10日，棚洞受落石砸損，局部段防護(hù)功能近失效，道路通行安全受到嚴(yán)重威脅，亟需在保障安全通行的條件下快速修復(fù)棚洞。

本文以國(guó)道317線(xiàn)大岐棚洞搶險(xiǎn)修復(fù)工程為例，闡述了災(zāi)后發(fā)生后的搶險(xiǎn)修復(fù)方案，在工程建設(shè)的同時(shí)確保國(guó)道的暢通，為以后類(lèi)似的公路棚洞的災(zāi)后修復(fù)提供參考。

1 災(zāi)害發(fā)生情況

大岐棚洞主要由內(nèi)側(cè)邊墻、外側(cè)排架、頂部橫梁和蓋板4部分組成，蓋板之上設(shè)土石回填緩沖層。受暴雨誘發(fā)，棚洞上方坡體巨石滾落沖擊棚洞頂，導(dǎo)致其28#～30#橫頂梁及對(duì)應(yīng)的蓋板和外側(cè)排架損壞，肉眼可見(jiàn)棚洞結(jié)構(gòu)多處產(chǎn)生裂縫，橫頂梁和蓋板撓曲變形，有坍塌的可能，危及行車(chē)安全(圖2、圖3)。

圖2 大岐棚洞受損情況立面示意

圖3 外側(cè)排架縱梁跨中裂縫

災(zāi)害發(fā)生后，公路管養(yǎng)部門(mén)清除了棚洞坍塌物，用鋼板覆蓋斷裂的洞頂蓋板缺口，暫時(shí)具備臨時(shí)保通條件，并設(shè)觀(guān)察哨監(jiān)控坡面飛石，指揮過(guò)往車(chē)輛在安全時(shí)放行。

經(jīng)結(jié)構(gòu)檢測(cè)，結(jié)論顯示大岐棚洞受損的28#～30#橫頂梁段，影響長(zhǎng)度約12 m(對(duì)應(yīng)兩跨外側(cè)排架)，當(dāng)前技術(shù)等級(jí)評(píng)定為5類(lèi)，亟需加固處治(圖4)。

圖4 28#～30#橫頂梁跨中裂縫

2 修復(fù)方案總體設(shè)計(jì)

修復(fù)方案基于當(dāng)前建設(shè)條件和使用要求來(lái)制定。大岐棚洞段不具備其他繞行保通條件，而公路管養(yǎng)部門(mén)又提出修復(fù)建設(shè)期必須滿(mǎn)足雙車(chē)道臨時(shí)保通的要求，因此只能采用在棚洞內(nèi)原位保通的設(shè)計(jì)方案。

大岐棚洞原橫頂梁為預(yù)制T型梁簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)邊墻和外側(cè)排架分別作為橫頂梁兩端的支座。損壞的橫頂梁共有3片，若按原結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)制，需重新制備T梁模具，耗時(shí)較多，且T梁吊裝和鋪板施工也不可避免的會(huì)造成較長(zhǎng)時(shí)間斷道。因此，頂梁考慮采用現(xiàn)澆工藝，借鑒現(xiàn)澆橋梁施工常用的鋼管柱支架，在棚洞內(nèi)施做鋼棚架支撐上部現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)荷載，鋼棚架內(nèi)部空間可供車(chē)輛通行(圖5)。

圖5 鋼棚架結(jié)構(gòu)斷面

充分利用有限的棚洞內(nèi)部空間，設(shè)計(jì)出尺寸合理、強(qiáng)度足夠的鋼棚架，是整個(gè)棚洞修復(fù)方案成功的關(guān)鍵。經(jīng)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算和比選，鋼棚架的設(shè)計(jì)方案如下：

立柱采用φ325×14 mm鋼管，棚洞兩側(cè)各布置7根，形成門(mén)型支撐，一側(cè)立柱之間設(shè)I18工字鋼縱向連接，立柱頂設(shè)I40a×3工字鋼縱梁，縱梁上設(shè)I40a×2工字鋼橫梁，間距60 cm，并在鋼橫梁上滿(mǎn)鋪10 mm厚鋼板。

鋼棚架外側(cè)鋼管立柱底部掏坑澆筑C20混凝土墩埋設(shè)法蘭盤(pán)支座；棚洞內(nèi)側(cè)鋼管立柱基礎(chǔ)放置于電纜槽內(nèi)，用C20混凝土填實(shí)并埋設(shè)法蘭盤(pán)支座。鋼棚架縱向長(zhǎng)度12 m、橫向?qū)挾?.3 m，內(nèi)部?jī)艨?.0 m×5.0 m，滿(mǎn)足雙車(chē)道臨時(shí)通行的要求。鋼棚架建成后，即用吊車(chē)拆除洞頂損壞的橫頂梁和蓋板，為結(jié)構(gòu)修復(fù)做好準(zhǔn)備(圖6)。

圖6 施工期間保通情況

3 修復(fù)方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鋼棚架將棚洞結(jié)構(gòu)修復(fù)施工作業(yè)與國(guó)道保通隔開(kāi)，減少二者的相互干擾，同時(shí)也限制了結(jié)構(gòu)修復(fù)的施展空間，因此，結(jié)構(gòu)修復(fù)方案在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮以下幾個(gè)方面：

(1)新建結(jié)構(gòu)以現(xiàn)有結(jié)構(gòu)物尺寸為基礎(chǔ)，并充分利用鋼棚架作為新澆筑混凝土的模板支架。

(2)受時(shí)間、空間限制，新建結(jié)構(gòu)受力條件可以不是最佳，但必須是易于施工。

(3)針對(duì)棚洞損壞部位受飛石沖擊的可能性較大，考慮洞頂荷載加強(qiáng)設(shè)計(jì)，建成后應(yīng)有不低于原結(jié)構(gòu)的承載能力。

(4)僅對(duì)棚洞損壞段進(jìn)行修復(fù)重建，周邊孔跨暫不加固。

初擬結(jié)構(gòu)方案后，經(jīng)力學(xué)計(jì)算和經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，最終方案確定：既有棚洞的內(nèi)側(cè)擋墻頂新建C30鋼筋混凝土支座，外側(cè)排架加固、加厚并新建立柱，共同承擔(dān)頂部帶肋現(xiàn)澆板。

(1)內(nèi)側(cè)邊墻。原結(jié)構(gòu)為C15片石混凝土重力式擋土墻，由于其結(jié)構(gòu)完整性較好，可利用作為棚洞頂板的支撐點(diǎn)，只需要鑿除墻頂20 cm厚混凝土，在新暴露的墻頂面澆筑C30鋼筋混凝土支座即可。支座底新老混凝土結(jié)合面處，采用植筋方式加強(qiáng)。

(2)外側(cè)排架縱梁加固。外側(cè)排架縱梁受損，但并未完全失去承載能力，按檢測(cè)報(bào)告建議加固后可利用。縱梁裂縫出現(xiàn)在跨中梁腹位置，傳統(tǒng)加固手段有增大截面法、混凝土置換法、外貼鋼板(纖維)法等，但考慮的施工的便捷性和耐久性，最終選用簡(jiǎn)單可靠的增設(shè)支點(diǎn)加固法。具體做法是先灌膠加固修補(bǔ)梁體裂縫，再修建縱梁下的立柱支撐；立柱底采用鋼管樁+混凝土承臺(tái)基礎(chǔ)，立柱頂與縱梁跨中梁腹?jié)窠樱患庸毯椭巫鳂I(yè)完成后，再在縱梁頂加厚55 cm鋼筋混凝土，作為洞頂帶肋現(xiàn)澆板的外側(cè)支座。

(3)帶肋現(xiàn)澆頂板。棚洞頂部設(shè)整體帶肋現(xiàn)澆板，長(zhǎng)×寬=1 093 mm×1 180 mm，C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；頂板的橫向加強(qiáng)肋板(橫梁)每個(gè)單元按T梁進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)；T梁兩端分別置于內(nèi)側(cè)墻支座和排架縱梁頂部，構(gòu)成簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)受力明確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便(圖7、圖8)。

圖7 修復(fù)結(jié)構(gòu)斷面

結(jié)構(gòu)修復(fù)完成后，拆除鋼棚架，再施作水溝、路面等附屬工程，恢復(fù)大岐棚洞的使用功能。

4 棚洞修復(fù)施工作業(yè)

2016年11月施工方進(jìn)場(chǎng)，按照預(yù)設(shè)方案實(shí)施修復(fù)工作。在拆除洞頂損壞的28#～30#橫頂梁及梁間蓋板時(shí)，進(jìn)行了短時(shí)間交通管制，后來(lái)一個(gè)多月的修復(fù)建設(shè)工程期，對(duì)國(guó)道交通基本無(wú)干擾，僅在棚洞頂部以上開(kāi)展施工作業(yè)(圖9)。

圖9 棚洞頂施工現(xiàn)場(chǎng)

2017年1月，大岐棚洞修復(fù)工作基本完成，混凝土結(jié)構(gòu)

達(dá)到受力條件后，拆除鋼棚架時(shí)又進(jìn)行了短時(shí)間的交通管制，很快就了恢復(fù)國(guó)道交通。至此，國(guó)道317線(xiàn)大岐棚洞搶險(xiǎn)修復(fù)工程順利完工。

5 結(jié)論

本項(xiàng)目是典型的鋼筋混凝土防落石棚洞修復(fù)建設(shè)工程，在工期緊迫、地形復(fù)雜、空間狹小、交通干擾等諸多不利因素的制約下，完成修復(fù)建設(shè)任務(wù)。本項(xiàng)目的實(shí)施，可以總結(jié)以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn):

(1)結(jié)構(gòu)檢測(cè)是修復(fù)方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)依據(jù)，直接決定了哪些結(jié)構(gòu)可加固利用，哪些結(jié)構(gòu)需拆換。

(2)棚洞內(nèi)設(shè)鋼棚架，將道路保通與結(jié)構(gòu)修復(fù)施工作業(yè)分隔開(kāi)，可實(shí)現(xiàn)棚洞內(nèi)部原位保通。

(3)鋼棚架的設(shè)計(jì)須結(jié)合結(jié)構(gòu)修復(fù)尺寸來(lái)考慮，作為結(jié)構(gòu)修復(fù)混凝土澆筑做模板支架，確保足夠的支撐強(qiáng)度和作業(yè)空間。

(4)結(jié)構(gòu)修復(fù)方案須簡(jiǎn)單實(shí)用，不一定與原結(jié)構(gòu)相同，只要能滿(mǎn)足使用功能要求，并可在承載能力上稍有加強(qiáng)。

(5)合理安排施工組織，縮短施工時(shí)間，減少行車(chē)干擾。

本文所闡述的實(shí)施方案，可為類(lèi)似的鋼筋混凝土防落石棚洞受損后的快速修復(fù)提供參考。

[1] 侯發(fā)亮. 建筑結(jié)構(gòu)粘結(jié)加固的理論與實(shí)踐[M].武漢大學(xué)出版社，2006.

[2] 四川省交通廳. 汶川地震災(zāi)后公路恢復(fù)重建技術(shù)指南[M].人民交通出版社，2008.

鄭國(guó)強(qiáng)(1982～)，男，本科，工程師，主要從事公路隧道工程的勘察設(shè)計(jì)及研究工作。

U457+.3

B

[定稿日期]2017-03-03