套拱法在拱桥旧桥加固中的运用

2010-04-17裴珏

山西建筑 2010年17期

裴珏

1 概述

2001年安徽省公路管理局组织桥梁专家和省公路检测中心对全省国省干线公路的桥梁进行检测。根据检测结果由铜陵市公路管理局管养的省道合黄路K133+938东大桥评定为危桥，2002年度安徽省公路养护计划将东大桥列入当年改造项目。

东大桥为石拱桥，建成于20世纪70年代，由块状材料建成，跨径15 m，拱高2 m，拱肋高0.6 m，填料高度为0.8 m，现拱桥拱脚开裂，已经破坏了其本身的稳定性，该桥右侧为一个面积约20亩的高差较大的湖泊，左侧为铁道专用线，拆除重建费用较高。同时，此桥位于合肥—黄山的主干线，交通量较大，为充分利用拱桥的剩余价值，经现场勘测，决定在原有的基础上加固。其利用价值不大，根据东大桥汛期的历史记载，东大桥的净孔泄洪能力仍有余地，因此根据套拱法采取整体加固，在原拱下再布置四道拱肋，托起整个拱桥，支撑矮墙则充分利用原有桥台，建在原有桥台上，拱肋和支撑矮墙形成一个整体。

2 结构设计与计算

2.1 有限元内力分析

根据现场测量及计算得:拱圈截面尺寸为30 cm×40 cm，截面面积 A=0.12 m2，截面惯性矩 I=0.001 6 m4，弹性模量 E=3.3×107。设计荷载:公路Ⅱ级。采用有限元对拱圈进行承载能力分析，可得到最不利截面内力如表1所示。

表1 最不利截面内力

2.2 截面复核及配筋验算

已知计算轴向压力 N=1 858.2 kN，计算弯矩 M=145.3 kN◦m，构件所处环境按Ⅰ类考虑。采用C40混凝土，纵向钢筋为HRB335级，截面配筋见图1，可按偏心受压构件进行截面配筋验算。

由材料可查得相关计算参数如下:

由图1可得:

as=82 mm ，As=2 200 mm2，as′=40 mm ，As′=1 256 mm2，h0=400-82=318 mm。

先假定为大偏心受压构件，按下式计算:

将相关参数代入上式，解得 x=382 mm＞ζbh0=178 mm，故截面应按小偏心受压构件计算。

按小偏心受压，由下式重新计算受压区高度 x:

其中，A=0.5fcdb=0.5×18.4×300=2 760;B=fcdb(es-h0)=18.4 ×300 ×(196-318)=-673 440;C=εcuEsAses+fsd′As′es′=0.003 3×2×105×2 200×196+280×1 256×(-82)=2.56×108;D=-βεcuEsAsesh0=-0.8×0.003 3×2×105×2 200×196×318=-7.24×1010。

于是钢筋As中的应力为:

截面承载能力为:

复核结果说明，截面设计符合要求。

3 施工程序及方法

3.1 挖基、现浇混凝土基础

每个桥台的基础必须分两次开挖浇筑，以防开挖过长引起桥台基础的位移。同时在开挖过程中必须掌握好开挖的深度，新基础基底必须与老基础基底持平，严格控制超深开挖，防止老桥基底被掏空坍塌，导致桥台基础下沉，应特别引起重视。每次基础的施工应尽量缩短开挖后的暴露时间，必须做到速战速决，基础开挖达到要求后及时浇筑混凝土出地面，以保证老桥基础的安全稳定。

3.2 现浇混凝土台身(矮墙)

矮墙浇筑前，必须对老桥钻好连接钢筋的预留孔，孔径不小于25 mm，以便矮墙混凝土浇筑时能插入砂浆，锚固连接筋。预留孔改置为50 cm×50 cm品字形状，连接钢筋采用螺纹筋，直径14 mm，长度80 cm，浇筑混凝土时必须保证连接筋处于水平位置，新老桥台伸入长度相等。桥台长度方向一次性现浇，矮墙高度方向一次性现浇。若需分次现浇，必须在施工矮墙缝处设置石笋，保证桥台的整体性。矮墙浇筑完必须达到7 d以后才能拆模，以防台身倾斜发生倒塌。在拱肋与矮墙连接处预留与拱肋配筋规格相同的钢筋。伸出矮墙不小于20 cm，以便拱肋施工时的焊接。

3.3 现浇混凝土拱肋

就东大桥采取在桥面上开“天窗”的方法浇筑混凝土套拱肋的施工要点介绍如下:1)在拱圈搭建好脚手架，并将拱肋在拱圈的位置放样，进行打毛处理，预埋膨胀螺钉，间距按拱肋钢筋网布置。2)拱肋钢筋网与拱圈、桥台(矮墙)锚固后，安装模板，全桥拱肋分一次进行混凝土拱肋浇筑，两面拱肋之间的横向连系梁按拱肋结构要求设置。3)在现浇混凝土拱肋的中间，采用人工从老桥面拱顶处往下开挖一个漏洞，漏洞的深度应贯穿老拱圈，尺寸为20 cm×20 cm方洞。4)漏洞开挖后，必须及时在拱盔上立点支承四周的拱石，以防拱石不稳定掉下，同时也起到拱架加载预压的作用。5)将搅拌好的水泥混凝土通过漏洞，用导管输送到拱肋浇筑处，人工在桥下用插入式振捣器捣实，从两边矮墙开始对称浇筑，浇到离桥顶0.8 m左右范围内，将拱顶处两侧的边模装好，要求密封牢固，以防漏浆。6)用干硬性混凝土输入封顶，并用振捣器通过漏洞插入拱顶处进行捣实，反复进行直至混凝土封口。