博罗东江大桥主桥拱脚裂缝成因分析

2018-09-05

四川水泥 2018年8期

(广东和立土木工程有限公司 511430)

0 概述

博罗东江大桥位于广东省博罗县石湾镇南端，横跨东江水道，连接石湾镇和东莞石排镇，沟通广汕公路与东惠公路的联系，是该区域重要的交通枢纽。桥梁全长1346米，其中主航道220米，辅航道220米，引桥906米。主航道和辅航道均采用60+100+60m系杆拱结构，净矢跨比为1/6（如图0-1），东江江面引桥采用30米跨预应力钢筋砼简支T梁，在河滩或河面较窄处采用16米跨普通钢筋砼简支T梁，跨径组合为 8×16+30+（60+100+60）+10×30+（60+100+60）+3×30+3×16+9+16+9+17×16m。引桥下部结构采用桩柱式桥墩，主桥过渡墩采用薄壁实心桥墩，主墩采用大悬臂空心墩。

该桥自1999年10月份建成通车以来，不断遭受风雨侵蚀和车辆通行的作用，特别是近年来交通量和重车的陡然增加，使得桥梁的病害有所发展，特别是主桥系杆拱的拱脚处出现了裂缝。

图0-1 主桥（60+100+60）m系杆拱桥桥型布置图

1 病害描述及成因分析

1.1 病害描述

博罗东江大桥第10～12跨、第23～25跨均采用60+100+60m系杆拱，根据检测报告，纵桥向系杆箱梁整体状况良好，无明显开裂、破损等病害；纵横梁及桥面板状况良好，只是部分翼板位置局部出现砼破损、露筋现象；拱肋局部存在开裂的现象，多数裂缝集中在拱脚及拱座区域，并沿拱肋轴向开裂，裂缝最宽为0.2mm,长度介于1～5.5m。如图1-1所示。

图1-1 拱脚裂缝示意图

1.2 整体结构受力验算

为了解结构现状的力学状态，找到病害产生的根本原因，需要在充分评估桥梁目前运营状态的基础上，通过调整截面刚度、混凝土实际强度、实际运营荷载等相关参数后对结构进行基于现状的承载能力分析，验算按原设计规范（《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021-89）及《公路钢筋混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85））进行。

1.2.1 计算荷载

（1）汽车荷载：汽车-20级，挂车-100。

（2）二期恒载：原设计图纸栏杆及其附属设施、桥面铺装。桥面铺装为8cm厚水泥混凝土。

（3）温度效应：整体升降温按20℃考虑；原荷载工况下非线性温差按箱梁顶板5℃考虑，并考虑70%折减。

（4）不均沉降：10mm。

1.2.2 拱肋计算结果

按照《公路钢筋混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）规范进行荷载组合，拱肋的计算结果如下：

图1-2 承载能力状态下拱肋弯矩图

图1-3 承载能力状态下拱肋轴力图

经计算分析可知，其中L/8处截面负弯矩远大于正弯矩，且拱肋截面顶板配筋较底板弱；L/4处截面正弯矩最大，因此这两处截面由负弯矩控制承载力验算。

表 1-1 拱肋主要截面承载力验算表

由上表可以看拱肋截面基本都满足承载力验算要求，但安全储备较小，其中L/4处富余度仅有1%，拱脚处截面承载能力富裕值为2%。

2.3 拱脚局部受力分析

根据圣维南原理，建立拱脚处的实体模型进行局部分析，施加的荷载从整体计算模型中提取，有限元模型如图1-4：

图1-4 拱脚局部模型

图1-5 拱脚应力云图

计算结果显示：拱脚在轴力、弯矩等共同作用下，均处在受压状态，最小压应力为0.55Mpa，出现在拱脚上缘区域；最大压应力为14.5Mpa，出现在拱脚下缘区域，如图1-5所示。从分析结果可以看出，拱脚的受力满足原设计规范要求。

2.4 成因分析

综合上述计算结果，拱脚处的受力满足原设计规范要求，裂缝产生的潜在因素为：（1）拱脚处混凝土体积较大，属于大体积混凝土，水化热问题较为突出，若施工期间养护不当，容易产生裂缝；（2）拱脚节点处构造复杂，易出现应力集中而导致开裂；（3）原结构拱脚处安全储备较小，适应车辆超载能力不足，在汽车交变荷载作用下而产生裂缝。