神农架阳日湾双曲拱桥加固设计

张杏萍 吴虹瑾 苏小舒

1 概述

阳日大桥位于神农架林区,是阳日湾至保康县马桥公路上的一座大桥,该桥建于1974年,至今已有三十多年的历史。桥梁全长158.2 m,上构为三孔42 m空腹式双曲拱桥,矢跨比为1/8,下构为重力式墩台,桥墩采用沉井基础,桥台采用扩大基础。桥面净宽7.0 m+2×1.0 m,原设计荷载汽车—15级,挂车—80。

2 病害说明

2.1 主拱圈

主拱圈制作粗糙,混凝土风化或剥落,多处出现露筋现象;由于城乡经济的蓬勃发展,时有运输物资的重车通过该桥,而修建该桥时的设计荷载仅为汽车—15级,挂车—80,在加固本桥时,还要提高拱桥的承载能力,即将荷载标准提高到公路—Ⅱ级。因此,拱圈截面尺寸略显单薄。

2.2 横系梁及横隔板

本桥横系梁采用预制安装法施工,横隔板采用现浇法施工,并且横系梁和横隔板交替设置,其尺寸分别为20cm×18cm,20cm×82cm,横向联系比较薄弱,横系梁与拱肋接头处存在不同程度的裂缝。

由于双曲拱桥“化整为零”的施工方法,截面的整体性较差,增强横向联系的意义重大。

2.3 桥面铺装及栏杆

桥面铺装存在大面积裂缝,主要分布在每孔的跨中及拱脚处。桥两侧栏杆均严重破损,需要修补或替换。桥面铺装的龟裂,栏杆的损坏,直接影响到桥体的安全,威胁着交通的安全畅通。

2.4 桥墩

第一跨马桥方向的混凝土桥墩拱座以下有一条0.5mm宽的竖向裂缝(从松柏至马桥方向依次为第一跨～第三跨)。这条裂缝宽度已超过规范要求,需要做加固处理。

2.5 桥台

两岸桥台台身均有横向裂缝,渗水现象出现。究其原因,主要是台后填土压实度不够或含水量太大,台身的砌筑质量不太好等原因造成的,这样必然影响到桥梁的外观和耐久性,需要做加固改造处理。

2.6 腹拱圈

腹拱圈受水浸,存在白色流膏,并伴有植物生长,局部有破损。

3 加固方案

3.1 主拱圈

为了有效地加强拱脚截面,采用钢筋混凝土加强拱圈拱背的方法。加强拱背的现浇钢筋混凝土,在拱脚截面处厚度为40cm,在2号腹拱墩处厚度为20cm,其间逐渐变化,使拱圈的抗弯能力提高50%以上。同时,对于露筋部分,需用环氧树脂混凝土进行补强。

采用此法加强拱脚,可显著增大拱脚区段的截面刚度,在受力方面,有变截面无铰拱的特性。与等截面无铰拱比较,变截面无铰拱拱脚的负弯矩随拱脚刚度的增加而增大,对拱顶的正弯矩有“卸载”的作用,即拱脚刚度愈大,拱顶的正弯矩愈小。因此按此法在加强拱脚这个控制截面的同时,实际上也帮助了拱顶截面,即减少了拱顶截面的正弯矩。利用拱顶弯矩影响线(见图1),同样也可看出加强拱脚后,控制拱顶截面强度验算的正弯矩实际是减小的。因此这种加固方法有利于改善拱脚、拱顶两个控制截面的受力状态,从而提高拱桥的承载能力。

由于本桥拱肋病害较多,除了对拱圈拱背进行加固外,还需对拱肋、拱波进行加固处理,其中,拱肋采用现浇混凝土加固,拱波采用锚喷混凝土加固。

3.2 横系梁及横隔板

原横系梁截面尺寸偏小,为了增强横向联系,需对原横系梁的尺寸进行加大。增强横向联系之后,可使荷载在横桥向分布比较均匀,避免因横向联系不足而产生的各种问题。

3.3 桥面铺装及栏杆

凿出旧的桥面铺装,拆除人行道、栏杆,重新浇筑桥面铺装,设置必要的胀缝、缩缝,浇筑人行道、栏杆,敷设排水系统。

3.4 桥墩

对于桥墩的竖向裂缝,采用外包20cm厚的混凝土进行加固处理。

3.5 桥墩基础

桥墩基础长期受水冲刷,需要采用抛石的加固处理方式。

3.6 裂缝及局部破损

对裂缝采取封闭的处理方式,结构破损处用环氧树脂混凝土进行补强。

3.7 腹拱圈

腹拱圈采用锚喷10cm厚C25混凝土进行加固。

4 结构计算

为了对全桥受力情况有全面的了解,分别按固定拱和连拱两种情况对主拱圈进行了计算分析。结果表明:对拱脚拱背加强后,主拱圈的抗力有较大的提高,能将荷载标准提高到公路—Ⅱ级。

5 主要施工工艺

5.1 拆除桥面系、挖除拱上填料

在卸载过程中,为避免主拱圈产生过大和不均匀变形,严格按操作流程进行对称、均匀卸载,施工前详细的阅读卸载程序,并遵照执行,对主拱圈的拱顶和1/4,3/4断面随时进行变形观测,以确保卸载对主拱圈的安全。

5.2 拱背的施工

放样,钻孔,清孔,洗刷拱背,插入钢筋,绑扎钢筋,用 525普通硅酸盐水泥配成的水泥浆刷在拱背上,然后再浇筑40号混凝土。注意混凝土的密实度和拱背的外形,混凝土的养护。

5.3 锚喷混凝土加固的施工工艺

喷锚的施工程序,可分为受喷面清理、凿毛、钻孔和插入锚杆、挂设钢筋网及喷射混凝土施工等工序。

5.4 裂缝修补

1)表面抹灰。表面抹灰是指用水泥浆、水泥砂浆、环氧基液及环氧砂浆等材料,涂抹在裂缝部位的砖石砌体或混凝土表面上的一种修补方法。2)内部裂缝修补。内部裂缝修补是通过压力灌浆或化学灌浆方法,将某种浆灌入结构内部裂缝中,以达到封闭裂缝,恢复并提高结构强度、耐久性和抗渗性能的一种修补方法。此法一般用于裂缝多且深入结构内部或结构有空隙的修补场合。

5.5 混凝土缺陷及锈蚀的处理

对有缺陷的混凝土,先人工敲打、凿毛、用钢刷来回刷擦,清除不稳定的混凝土部分。为使混凝土表面洁净,可用水清洗。对锈蚀钢筋,应先凿除周围损坏的混凝土,露出钢筋,用细钢刷将锈蚀部分清除干净,然后再仔细浇筑环氧树脂混凝土。由于老混凝土不平整,在浇筑环氧树脂混凝土之前,应在原混凝土表面刷上一层水泥净浆,浇筑混凝土之后,注意插捣密实。

6 结语

双曲拱桥在二十世纪六七十年代成为我国风靡一时的桥型,对当时的交通发展起到了积极的作用,经过近50年的使用证明,这种桥型存在一些问题,目前在新桥设计中已很少采用。但对于原有的大量的双曲拱桥,如采用合适的加固方法,旧桥还是可以使用相当长的一段时间,可以节省一定的资金。

[1] 范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2004.

[2] 王国鼎.桥梁检测与加固[M].北京:人民交通出版社,2006.

[3] 王国鼎.拱桥连拱计算[M].北京:人民交通出版社,2008.

[4] 赵兴中,马 琳.基于开裂后双曲拱桥的加固分析[J].山西建筑,2008,34(16):307-308.