沙滩桥空腹式双曲拱桥拓宽提载设计的思路与解决方案

2016-11-18曹素江

城市道桥与防洪 2016年10期

关键词：拱圈拓宽桥面

曹素江

（河北省高速公路京衡管理处，河北衡水 053020）

沙滩桥空腹式双曲拱桥拓宽提载设计的思路与解决方案

曹素江

（河北省高速公路京衡管理处，河北衡水 053020）

随着国民经济的不断发展，国省干线公路上的大量老旧桥梁很难满足现代交通物流的需求，一些原设计标准低、通行能力差的桥梁，亟待进行改造。但在某些特殊区域，受自然条件的限制，在旧桥仍有利用价值的情况下，尽可能的对原桥改造加固，使之焕发新的生机。在沙滩桥的改造加固设计中，根据原有桥型结构，因地制宜，谨慎决策，充分利用其力学特征，采用辅助手段与工艺提升主梁强度、强化整体结构提高桥梁承载能力、拓宽桥面、满足交通车流需求，对咽喉路段的旧桥改造加固、延寿利用进行了探索。

旧桥利用；钢筋混凝土双曲拱桥；拓宽提载加固

1　工程概况

沙滩桥建成于上世纪七十年代，位于修水茅溪线K14+507处，是跨越沙滩河、连接江西赣北与湖北鄂西的一座重要桥梁。桥梁全长113 m，桥面净宽：4.5 m+2×0.325 m，设计荷载为：汽—15，挂—80。其上部构造为2孔跨径为41 m的空腹式双曲拱桥，主拱圈为钢筋混凝土结构，由3肋2波加两个悬波组成，主拱肋宽度为35 cm，高度110 cm，净矢跨比为1/6，拱轴线采用等截面悬链线，拱轴系数M=3.893，拱肋间净距为160 cm，主拱圈宽度为485 cm。每跨主拱圈对称设置有6个腹孔，腹孔采用无肋双曲拱式腹拱圈配墙式腹拱墩结构。两岸桥台均设置有1个腹孔。所有墙式腹拱墩均为浆砌水泥预制块砌体。大桥下部构造为扩大基础配重力式桥墩及扩大基础配U型桥台，均为浆砌片（块）石砌体。据史料记载，其桥台、墩基础较好，均置于岩层之上。

沙滩桥因修建年代早、设计标准较低，桥面狭窄，车辆只能单向行驶，满足不了日益繁忙的车流需求，形成了瓶颈。提高桥梁通行能力，缓解周边山区交通压力，成了亟需解决的问题。

由于桥梁在大山深处，位于北岸水库库区。桥址处常水位水深约6 m左右，两岸山高坡陡，该路段的交通路网没有绕道的选择；因此怎样改造，把对交通的影响压缩到最低水平，至关重要。

2　初步方案构想

要解决大桥卡脖子问题，按拓宽改造和改建两种思路进行方案比选。

2.1原桥改造拓宽

优点：利用原桥改造，不需修改路线，桥位最有利，桥梁长度小，施工周期短、改建费用较低、交通影响少。缺点：施工不易，对工艺要求较高；交通维护有一定难度。

2.2改（重）建

优点：按现行标准设计，桥梁承载起点高、车辆通行能力大；缺点：若易址重建，桥位周边选址困难，需改变线路，增加桥梁长度，建造时间长，费用高。若原址重建，则需拆除老桥，对交通影响大，建设时间亦较长、费用较高。

经现场检查，原桥主要受力构件结构外观良好，无明显缺陷。使用免棱镜全站仪对主拱圈拱轴线进行实测后，发现主拱圈实际线型与理论拱轴线较为吻合。根据可负担财力和现实需求，我们优先考虑原桥利用。为此组织工程技术人员对老桥进行检测并拟定初步方案。

根据检查，发现大桥有以下病害及缺陷：

（1）裂缝：主、腹拱圈拱顶附近桥面、拱波、拱板有纵、横向开裂，且横向裂缝多位于主、腹拱圈拱顶附近；个别腹孔墩墩身有竖向裂缝。

（2）下沉：溪口岸桥头桥面存在局部下沉现象。

（3）施工缺陷：检查发现，第二跨各腹拱墩顶处均设有变形缝，而第一跨未设。因两侧腹拱圈变形，未设变形缝的腹拱墩拱顶处侧墙部分产生竖向开裂。

2.3其他病害：桥栏杆缺失、拱圈渗水等

根据公路桥涵养护规范（JTG H11—2004）标准评定，该桥技术状况评定等级已为三类，结合桥面拓宽一并进行维修，有一举两得之效。

根据现有交通流量、结合远景发展，改造计划将桥面从4.5 m拓宽至7 m（桥面净宽7 m+2×0.25 m），保持车辆双向通行。为适应现代交通车流，加固按公路—Ⅱ级标准进行极限荷载设计验算。

3　拓宽提载设计思路

由于大桥常水位较深，若搭设便桥维持通车，困难很大，费用不菲。在不考虑搭设便桥的前提下，其交通维护采用限时、限载、限速的措施，最大限度减少维修对当地沿线居民的出行影响。对大桥本身的加固考虑采取主受力结构体系转换、加大构件截面、增加辅助构件等措施进行拓宽提载设计[1]。

3.1主、腹拱圈加固、提载

（1）在主、腹拱圈下缘现浇整体式钢筋混凝土底板，改双曲拱截面为箱形拱截面，增强拱圈的抗扭刚度和承载能力。

（2）采用化学灌浆法修补主、腹拱圈裂缝，对破损处进行钢筋除锈后用环氧树脂砂浆或掺环氧树脂的小石子混凝土进行修复。

3.2腹拱墩加固

采用化学灌浆法、环氧砂浆或掺环氧树脂的小石子混凝土修补腹拱墩的裂缝和破损，并外包钢筋混凝土土加固，增加其砌块的整体性。

3.3拱上侧墙加固及增高

（1）侧墙采用钢筋混凝土加高。

（2）对除桥面假缝对应位置的侧墙裂缝及变形缝压注水泥浆，再在裂缝和变形缝两侧锚固骑缝钢筋（在骑缝钢筋外抹一层内置φ2钢丝网的环氧砂浆）控制变形。

4　桥面系拓宽

（1）预制悬臂桥面板，拆除原桥面系、安装后焊接预留钢筋浇筑现浇段混凝土，形成整体式桥面板（设置泄水管）。

（2）桥面板上铺筑防水钢筋混凝土铺装层作为桥面。

（3）安设桥栏杆。

（4）桥墩加固：桥墩外包钢筋混凝土，增加砌块的整体性。

5　加固提载与拓宽方案设计

5.1桥面净宽

7 m+2×0.25 m，验算荷载等级：公路—Ⅱ级。

5.2结构分析

（1）按拱桥结构和受力特点，依据实测拱轴线的坐标，将加固前、后的桥梁结构均简化[2]，根据荷载和断面宽度，以调查材料价格和拟定材料强度指标，初步拟定梁板断面的经济尺寸及含筋率，计算梁的配筋面积，着重对主要受力结构控制断面（拱脚、四分跨、跨中）部位进行验算[3]。逐步修正选定技术参数，使之满足要求[4]。

（2）计算荷载组合采用的类型

大桥计算荷载组合主要采用承载能力极限状态基本组合、正常使用极限组合与短期效应组合和长期效应组合。具体组合见表1。

（3）结构验算结果

根据大桥的结构形式、实际状况及受力特点，着重对拱圈主要控制断面（拱脚、四分跨、跨中）部位进行验算，计算按原结构和采用联合截面体组合后共同受力进行验算。验算结果见表2、表3。

从计算结果看，在加固设计荷载的作用下，大桥采用双车道（7 m+2×0.25 m）的桥面净宽时，按拟定的尺寸、强度、含筋率，大桥的各控制载面偏心距多数在容许偏心距范围内，且承载能力满足公路—II级荷载要求。对于偏心距超过容许限值的主拱圈拱顶及拱脚断面按钢筋混凝土偏心受压构件进行设计，其承载能力亦可以满足公路—II级荷载要求。