浅谈大跨径石拱桥加固的风险控制措施

2020-02-14张力文周磊

建材与装饰 2020年4期

关键词：拱圈石拱桥脚手架

张力文周磊

（1.重庆市知朗咨询有限责任公司重庆渝北 401121 2.贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司贵州贵阳 550003）

0 引言

伴随国省道干线道路的积极改造，原国省道中的现有桥梁需要全面展开加固提载，我国现有桥梁绝大多数为石拱桥，在山区，跨径超过40m的石拱桥，在加固方案制定与设计全过程中，要着重考虑风险防控。

1 风险防控策略

1.1 检查结构情况

桥梁加固前，要全面掌握原桥的技术状况，研究结构病害形成的原因，并且在加固过程中，对病害进行针对性处治，制定科学的加固方案。业主应委托有较高资历的检测单位对旧桥进行检测，以减小设计风险。按照桥梁技术状况评定标准，桥梁技术情况评价是1类、2类时，能展开提载加固；技术情况评价是3类时，且重要部件（主拱圈）状况良好时，能展开提载加固；主拱圈技术状况很差的，加固要谨慎；技术情况评价是3类、5类的，提载加固的风险很高，建议选择拆除重建。

大部分石拱桥建成年代久远，原桥竣工及改造图纸等信息很难收集。所以，结构检测的另一个目的在于检查桥梁的重要部件尺寸，对材料力学属性加以测试，为后续加固计量提供信息。

1.2 科学设置加固目标

因为桥梁工程建成年代久远，原结构荷载等级很低，加固荷载等级选择公路1级和公路2级来比较。

桥梁所承载的活载会增加约25%，桥梁承载性能组合内力加大约12%，未获得一样的加固效果，要求主拱圈厚度较大[1]。所以，为了减小桥梁加固难度，管理总体风险，要结合桥梁技术情况，原荷载等级，桥梁承载能力检测评定，科学制定加固目标。

1.3 注重计算分析

结合桥梁的技术情况，并根据具体检测的桥梁部件结构大小、石料的强度等信息，采取有限元分析系统，创建计算模型，经过计算获得桥梁的受力情况，并检验加固计划的科学性。

结构计算包括两个重要的工况：成桥后的持久情况承载性能极限状态和正常应用极限状态的计算；施工过程的强度与稳固性运算。施工过程因为桥梁自身受到植筋、拆卸等影响而损坏，且增多了支架、模板等临时负荷，新添的衬砌混凝土重量，所以施工过程更加不利。此处只对施工过程的计算进行分析。

结合加固方案与施工组织规划方案，提出了以下计算假设：

（1）加固环节，车辆限行，仅允许重30t的车辆单独通行。

（2）主拱圈要钻孔直筋，而且模板、脚手架也应当钻孔放入锚栓，削减主拱圈截面，按照钻孔直径和根数计算，各个截面横向截面会折减大概6.7%[2]。而且，考量钻孔时可能造成石料的裂缝、掉块，石料间浆液的掉落等附加损坏，计量时，折减截面，拱圈高度取值乘上0.8的常数。

（3）施工荷载坚固脚手架、模板重量，独一节段根据5t考虑，安全值1.2，根据4个节点展开加载左右对称添加。

（4）不考量衬砌对截面的作用，拱圈衬砌重量根据均布荷载添加在现有拱圈上。

（5）按照检查报告，石料强度和M60一样，考量钻孔时可能造成石料损伤，由此折减石料强度，根据M50考量。

按照以上原则展开计算，根据《公路圬工桥涵设计规范》，对控制截面的轴心防压强度承载性能加以验算。

结合计算结果，施工过程，桥梁承载性能符合标准要求，且有良好富余。

1.4 细分施工方案

按照计算，拱桥建设环节，原主拱圈受建设影响而强度降低，新增添的施工荷载与扩大截面的衬砌重量作用都由原桥梁承担，所以，施工过程的风险比较明显。为此，减小施工环节的风险，属于拱桥加固风险防控方法的核心。对此，图纸上要对施工方案和措施提出详细要求，具体包含以下几点：

1.4.1 拆卸等方法要求

现有桥梁有关部件拆卸时，要根据对称均衡原则处理，不要采取大型机械设施，要选择小型机械和人工开展作业，尤其是在主拱圈跨中地方，要防止施工时损坏主拱圈。不对其他结构产生绕动，保证桥梁安全。拆卸原本桥梁护栏框架时，要采用临时防护方法，保证行人和行车安全。

1.4.2 支架、模板标准

支架尽可能选择满堂脚手架，能防止对桥梁增多临时荷载，若净空高度低于10m，选择满堂脚手架。如果净空高度超过10m，能选择重量很轻的吊挂脚手架，吊架要在主拱圈上放上φ1.6cm锚栓，锚栓上吊上吊索，尺寸选择6×19、直径是0.8cm的钢丝绳，钢丝绳采用两个卡夹衔接于水平钢管上，沿桥向选择钢管衔接[3]。钢管上铺设木板，外侧设置栏杆和防护网。该种脚手架自重较轻，每平方米只重约20kg。

模板选择吊模，于主拱圈钻孔放上1.6cm螺杆，穿透模板采用蝴蝶扣扣上两个钢管。

图纸上，对支架与模板提出了一定的技术标准，处理脚手架、模板要展开专项设计，并安排专家加以评审。节段脚手架、模板自重不能超出5t，且吊点要分散布局，避免主拱圈受力太过集中，吊架设置完成后，要及时压载，加载自重不能低于设计载的1.2倍。

1.4.3 科学选取保通方法

加固桥梁都处在现有道路上，施工时，要保证现有车辆的运行，为降低施工时的活载，减小施工风险，针对有条件建设保通通道、便桥的桥梁，或有现有道路能够绕行的桥梁，尽可能选择全封闭加固操作方案。

针对不能全封闭建设的桥梁，也要对桥梁通行汽车提出限制，在设计时提出一定要求，改造时要限重和限行车辆，现场要安排专业人员控制交通，保证车辆在桥梁表面安全运行[4]。拱桥加固建设完成前，要限重车辆，车辆总重不能超出30t，轴重不大于12t，且超出20t的重型车辆，要单一通行。在主拱圈植筋处理时，要加强交通管制，严禁一切车辆运行，完成后才能通车。

1.4.4 监控方法

施工时，要监控桥梁技术情况，设计图上提出以下要求：要创建监测平台，监测结构是否出现新的裂纹和缝宽变化方向、基础是否改变、结构是否处于安全运转状态。而且，要对桥梁施工时制定应急预案，保证施工时产生以下状况，立刻封闭通行。

（1）测试管控界面的应力，如已达到和超出弹性理论反算的管控应力值时。

分析表明，混凝土盖板与基础之间的脱空在探地雷达图像上主要表现为电磁波在胶结面以下出现多次同相轴呈弧形的反射波，同相轴扭曲或者断裂，能量明显增强导致振幅很大。一般来说，雷达回波同相轴向下弯曲可能是反映地层含有大量水分。

（2）对于主拱圈的防控截面变形加以检测，变位和饶度超出标准允许值时。

（3）因为加载，另主拱圈的裂纹长度、宽度明显加大，或新添许多裂痕，缝宽超出允许值的内容增加很多，对桥梁应用寿命有巨大干扰时。

（4）拱桥加载时顺跨长方位检测绕度曲线布局规律和计算值差别太大或实测扰度超出计算值太多的。

（5）出现其他破坏，影响桥梁承载性能或正常应用的。