双曲拱桥拱顶下沉维修加固方案的选择与实施

朱勤月 李小平

摘要:双曲拱桥是江苏省无锡县的建桥工人,在继承石拱桥传统的基础上,并吸取了装配式钢筋混凝土结构的优点,经过实践于1964年创造出的一种具有我国民族风格的新颖的拱桥。针对双曲拱桥拱顶下沉现象,本文介绍了一种结合地形,并充分利用桥位特殊地形,因地制宜进行维修加固的方法。

关键词:双曲拱桥;拱顶下沉;维修加固

由于双曲拱桥桥梁具有节省材料,比其他拱桥施工简便等优点,所以一经出现,迅速在全国得到了大量的推广应用,为我国公路桥梁建设事业的发展做出了重大贡献。

但是由于当时双曲线拱桥的设计荷载较现在都偏低,加上横向联系也偏弱。在长期重荷载、大交通量运营情况下,都出现了不同程度的病害,限制了其进一步发展。对如此众多有病害的桥梁,如全部拆除重建需要大量的资金,而且也是不现实的。事实上双曲拱桥具有较大的超载能力,它们中的大多数经过维修加固是可以继续运营的。本文主要介绍其中一种充分利用桥位特殊地形,因地制宜地对拱顶下沉进行维修加固的方法。供有关工程技术人员在对双曲拱桥进行维修加固时参考。

1桥梁概况

该桥为钢筋混凝土等截面悬链线空腹式双曲拱桥,设计荷载为汽车-15级,挂车-80,桥面宽度为净宽8.5m+2×1.5m人行道,单孔跨径30m,桥梁全长157.2m。该桥于1974年开工,1977年建成通车。2008年进行了维修加固,加固后的桥梁以崭新的面貌赢得了当地政府和居民的好评。

2主要病害

该桥由于采用民工建勤,边设计边施工,以及通车后长期失养,外表损坏较大。主要病害除桥面网裂、渗水,栏杆、人行道破损及其他附属工程损坏等外,最严重的病害是桥台刚完工后就出现下沉,致使该岸边孔拱顶下沉,拱肋开裂,桥梁安全隐患较大。

3维修加固方案选择

据近几年观测资料分析,该桥边孔拱顶下沉无明显加重。在实施维修加固之前,技术人员请教了当年的设计、施工负责人,又对该桥进行了进一步的检查,在检查中没有发现新的病害。针对该桥边孔拱顶下沉情况,组织有关专家进行了详细论证,提出了几套方案,因除拱顶下沉之外,其他病害均较为容易处置,本文着重就拱顶下沉的几套处置方案分别介绍。

3.1方案1顶推方案

该方案是在靠近桥台处拱肋上设置一道横梁,在横梁与桥台之间放置几台液压千斤顶,并在水平及竖直方向设置相应的定位装置。在解除拱座对拱脚的约束后开通油泵,使千斤顶推动横梁与拱肋一起沿着预定的方向移动,使拱肋逐渐恢复到或接近原有拱轴线,再分别加固拱脚、拱顶部分,完成边孔拱肋整体加固工作。

优点:材料用量少,可节省工程资金。缺点:施工难度大,技术要求高,存在着一定风险性。

3.2方案2衬拱方案

该方案是在边孔每片拱肋下再增设一道拱肋及基础,形成一座裸拱桥,以辅助有问题的上部结构共同受力。

优点:可避免上部结构坍塌的危险,结构受力明确,技术要求低,风险小。缺点:由于新增基础必须承受一定的水平力,基础设置较困难;而且由于上部结构受力状况的改变,还有可能影响到邻孔的受力。再者新拱肋的施工也有一定的难度。

3.3方案3组合方案

该方案是在方案2的基础上,结合岸边地基较高的特殊地形,在新形成裸拱桥的拱脚间增加几道纵梁及桩基础,以承受上部结构荷载并可传递邻孔的水平力。

优点:该方案可彻底解决方案2中的水平力问题,不但不会对邻孔增加水平力,而且可以承受或将一部分邻孔的水平力传递到桥台,对新增基础技术要求也可适当降低。缺点:材料用量偏多,新拱肋的施工有一定的难度。

针对以上三个方案,经过专家充分论证,一致推荐按方案3进行加固实施。笔者认为该方案既安全、可靠,又可完全解决边孔存在的问题,甚至还可适当提高其承载能力。

4维修加固方案实施

根据该桥边孔特殊地形,采用了在原拱肋底部增设新拱肋,并配以承台和挖孔桩基础的组合方案。新拱肋共分三段,拱肋下缘线由三个不同半径的圆弧相切构成,外观较好,并有利于桥孔过水。新拱肋和系梁形成内部超静定结构,除承担上部结构传递的荷载外,还可承受及传递水平力。

4.1下部结构施工要点

根据现场地形、地质情况,在桥台、桥墩内侧和跨中三处分别设直径1.4m人工挖孔桩各三根,桩长7m。为防止桥台基底以上土体发生向河道方向的位移,桥台处桩基先施工桥轴线上的挖孔桩,再施工两边的桩基,并采用混凝土护壁。余桩基可同时施工,在其施工过程中,随时观测桥台和第一、第二跨拱肋是否发生位移。

4.2上部结构施工要点

新增拱肋因按三段不同圆弧设计,施工时首先进行端部两圆弧段拱肋的施工,由于上述两段断面较大,可以在不中断交通的情况下按常规进行。中间段拱肋采有万能杆件满堂支架支撑,拱肋混凝土采用弱膨胀50混凝土,施工在白天进行,并实行交通管制,采用单车道匀速通行,尽量减少震动;整个拱肋混凝土浇筑同时采用对称施工,合拢段混凝土施工完成时间控制在晚上7h左右,从完工时间起,夜间12h封闭交通,以便拱肋混凝土凝固,每天进行一个拱肋施工,直至所有拱肋全部完成。

4.3其它

边孔整体加固工程完成后,对全桥其它病害按常规方法进行维修处理,同时,为配合G206东至北段改建工程竣工,改善该桥作为城市出口道路的形象,又对全桥上部结构和栏杆进行了全面整修和粉刷,并对桥头引道进行了综合处治。

5体会

目前,我国公路上还存在不少有问题的桥梁,甚至是危桥险桥。由于财力所限,在短时间内不可能全部拆除重建。为保证运营安全,必须对这些桥梁进行鉴定,有针对性地进行维修加固。因此,桥梁的维修加固具有十分重要的社会意义和显著的经济效益。

5.1各级公路管理机构应对桥梁的维修加固工作给予高度重视。省级公路管理局(处)应设专门部门负责桥梁维修加固的技术指导和宏观管理,市公路管理部门应负责本辖区干线公路桥梁维修加固的方案制定、组织实施和竣工验收工作。

5.2桥梁的维修加固要工作认真、计划周密。加固前必须对桥梁进行全面的检查及检测,必要时还要进行荷载实验,找出主要问题。随后再组织有关专家制定切实可行的实施方案,选择有维修加固经验的施工单位,编制详实的施工组织设计进行施工。必要时,需进行施工图设计后,才能组织实施。

5.3由于桥梁维修加固技术不断发展,要不断学习、借鉴和引进新技术、新工艺、新经验、新材料。一项先进的施工技术或方法,不但可以提高工作效率,节约工程造价,而且可以使桥梁维修加固更可靠、更耐久。

5.4尽管桥梁的维修加固具有显著的经济效益(往往一座桥梁的加固费用不到新建桥梁的十分之一),但由于桥梁加固工作技术要求高、困难多、风险大,往往实施起来有一定的难度。因此,桥梁的维修加固工作必须由具有一定的桥梁养护管理或维修加固经验、敢于承担责任的工程技术人员具体负责,并选择有桥梁施工经验的专业队伍承担。