改变拱上建筑体系的拱桥加固提载与拓宽技术

改变拱上建筑体系的拱桥加固提载与拓宽技术谌润水

胡钊芳

江祥林1大桥概况

走马岗大桥位于江西省修（水）武（宁）公路K2+520处（新桩号），该桥建成于1974年，运营至今近三十年。大桥全长105.7m，上部构造为2跨40米等截面悬链线空腹式钢筋混凝土双曲拱及两岸各一孔净跨径4m的半圆弧

拱副孔（设置在桥台上）。桥面净桥面净空为：净－7+2×0.35m栏杆。根据同年代类似桥梁推定该桥原设计荷载为：汽车－13级，拖车－60；通航等级为不通航。双曲主拱的净矢跨比为fo/Lo=1/10，拱轴系数（推算）为m=2.514。走马岗大桥全貌1.1上部构造：每跨主拱圈由4肋3波及2个悬半波组成，拱肋中距为185cm，主拱圈全宽7.4m。主拱圈截面由基肋、拱波和现浇混凝土填平层组成；其中拱肋宽为25cm、高50cm，施工过程中分三段预制后无支架吊装接头位置在反弯点附近，采用环氧树脂水泥胶卡

砌接头。每跨拱肋各按等弧长设置11道横隔板联接。每跨各设8个腹拱，腹拱跨径为250cm左右。1.2下部构造：桥台为明挖扩大基础配U型桥台与重力式桥墩。1.3据调查，该桥使用过程中未进行过大修加固。1.4大桥目前状况概述由于大桥使用近三十余年，并常有重型运输货物车辆经过，现从外观看，第二跨（靠武宁岸）拱顶部位已明显下沉，桥面坑洼不平，栏杆扶手亦损坏严重；且桥面较窄（净－7+2×0.35m栏杆）、原

设计荷载偏低，已不能适应当地经济发展的需要。为配合正在按照二级公路标准进行改建的修（水）武（武宁）公路，拟对走马岗大桥进行加固与拓宽改造，加固前进行了全面的结构检查，并通过对结构检查数据进行了综合分析。图1走马岗大桥现状总体布置图2走马岗大桥现状综合评定

通过对修武公路走马岗大桥全面的现场结构检查、室内分析，对该桥现状综合评定为：2.1走马岗大桥桥面坑洼较多，纵向成波浪形，特别是第二跨跨中桥面明显下沉，加剧了车辆通行时产生的冲击力，增大了活载作用时的内力，因而应及时进行维修。2.2走马岗大桥桥第一跨主主拱肋尚好好，未发现现有影响结结构受力的的病害，仅仅在拱脚附附近背缘发发现横向裂裂缝（分析析为负弯矩矩过大产生生），拱波波及横隔板板未发现有有肉眼能见见裂缝，横横向整体受受力性能较较好。2.3第二跨拱肋肋拱顶产生生较大的沉沉降，继而而使拱肋拱拱顶下缘因因承受过大大拉应力而而开裂（裂裂缝宽尚在在《规范》允许范围内内），并且且使原本较较坦的拱圈圈变得更坦坦，改变了了原结构的的受力状态态。2.4大桥腹拱圈圈损坏严重重，纵、横横向贯穿裂裂缝较多，，已严重影影响了腹拱拱圈的受力力与使用安安全。2.5两岸桥台上上付孔拱圈圈经检查，，目前使用用状况尚好好，未发现现有影响结结构受力与与使用的病病害。2.6拱上侧墙砌砌石风化较较为严重，，局部碎裂裂，已影响响到大桥的的整体使用用安全。2.7武宁岸桥台台有向后倾倾斜迹象，，应采取相相应措施进进行加固。。2.8桥墩水面以以上经检查查未发现有有影响结构构受力的病病害，应在在枯水季节节或维修加加固施工时时，对桥墩墩基础进行行详细的调调查探明。。如发现病病害，则应应采取相应应措施进行行加固。走马岗大桥桥桥面构造造走马岗大桥桥第二跨（（武宁岸））拱顶明显显下沉主拱肋下缘缘设置3根φ20钢筋第1跨3号腹拱圈拱拱顶开裂第1跨6号腹拱圈拱拱顶开裂严严重第1跨5号腹拱圈拱拱脚开裂、、渗水第2跨8号腹拱圈纵纵向开裂第1跨4号腹拱墩底底开裂第2跨8号腹拱圈错错位较严重重走马岗大桥桥桥墩武宁岸桥台台下游侧侧侧墙开裂桥面栏杆、、扶手损坏坏严重采用“超声声-回弹综合法法”检测拱拱肋砼强度度采用“钎探探法”检测测桥台基础础标高3加固拓宽设设计要点根据结构检检查有关数数据及进一一步对走马马岗大桥进进行结构检检算，对走走马岗大桥桥采用以下下措施进行行加固拓宽宽：图2加固拓宽总总体布置图图3.1加固拓宽设设计标准①设计荷载载：汽车－－20级；挂车－－100；人群－3.5KN/m2；②桥面净空空：净－9+2×1.5m人行道。3.2拱上建筑和和桥面加固固拓宽①拆除大桥桥现有腹拱拱圈、侧墙墙并挖除所所有拱腔填填料，以减减少拱上恒恒载的作用用；②在现有各各腹拱墩两两外侧（纵纵桥向）各各设置一层层钢筋网，，并每侧现现浇10cm厚混凝土，，以增强现现有腹拱墩墩的整体受受力性能和和抗弯强度，并在腹腹拱墩顶设设置钢筋混混凝土墩帽帽（每侧悬悬出长度为为2.3m）；③在原拱圈圈实腹段按按等间距设设置8道钢筋混凝凝土腹孔墩墩（均外悬悬设置12m长墩帽）；；④将预制好好的6cm厚钢筋混凝凝土薄板安安装就位，，并现浇12cm厚钢筋混凝凝土桥面，，并使薄板板由简支受受力体系转转换为连续续板受力体体系。图3桥面加固拓拓宽图3.3桥台加固拓拓宽在两岸桥台台上分别拆拆除部分侧侧墙，并现现浇横挑梁梁（12m长）与整体体式钢筋混混凝土桥面面（宽为9.2m）。图4桥台上桥面面加固拓宽宽图3.4主拱圈加固固维修①对第二跨跨拱肋下缘缘粘贴2层碳纤维布布，以增强强拱肋的抗抗弯能力；；②对第一跨跨拱肋下缘缘拱顶两侧侧各5m长范围（弧弧长）粘贴贴1层碳纤维布布，以增强强拱肋抗弯弯强度；③对全桥两跨跨主拱圈拱拱脚附近拱拱背上缘（（2个边腹孔内内）设置一一层钢筋网网，并现浇浇10cm厚混凝土层层（要求先先将拱板间间凹槽浇平平后再设置置钢筋网）），以增强强主拱圈拱拱脚承受负负弯矩的能能力。3.5桥墩、桥台台加固①对桥墩墩墩身外侧设设置一层钢钢筋网，并并浇筑10cm厚混凝土（（外包），，以提高桥桥墩的强度度和抗风化化能力；②对武宁岸岸桥台两侧侧侧墙设置置一层钢筋筋网，并浇浇筑10cm厚混凝土，，以改善侧侧墙的受力力性能。3.6台上副孔加加固在台上副孔孔拱圈下缘缘锚固一层层钢筋网，，并锚喷10cm厚混凝土，，以增强副副孔拱圈的的承载能力力。3.7其它①重新预制制安装人行行道构件、、栏杆与扶扶手。②在桥墩及及桥台上各各设置一道道行车道桥桥面伸缩缝缝。3.8结构计算（1）计算参数数取值①活载：汽汽车－20级；挂车－－100；人群－3.5KN/m2。②温度变化化：a.体系整体升升温20℃，体系整体体降温20℃。b.拱上建筑整整体升温10℃（主拱圈不不变）。③考虑到该桥桥营运至今今已三十余余年，桥梁梁墩（台））沉降已基基本稳定，，本次计算算未考虑墩墩台沉降作作用。（2）结构分析析根据该桥的的实际结构构尺寸、施施工步骤，，将本桥分分为拱肋安安装、腹孔孔墩浇筑、、桥面板现现筑及人行行道等二期期恒载共5个施工阶段段进行分析析，分析采采用的结构构模型见图图5所示。图5走马岗大桥桥结构离散散图根据以上模模型采用交交通部公路路科研所编编制“公路路桥梁结构构设计系统统GQJS8.6”进行计算，，并采用广广州市政设设计研究院院编“桥梁梁结构静动动力CAD系统V5.0””进行复核。。4加固拓宽施施工要点旧桥加固是是一项繁杂杂的系统工工程，工程程量虽不大大，但涉及及到诸多隐隐蔽工程，，且施工工工艺多具特特殊性和复复杂性，因因而应由具具有相应资资质与类似似工程施工工经验的施施工单位施施工，并聘聘请具有旧旧桥加固工工程施工经经验的工程程师进行监监理。施工工中应严格按照交通部部《公路桥涵施工技技术规范》（JTJ021-2000）和旧桥加固各各项目中的相关关规范进行施工工，并应特别注注意以下几点：：4.1施工流程根据本桥加固拓拓宽特点，按照照以下施工流程程进行加固拓宽宽施工：图6走马岗大桥施工工流程图施工准备拆除半幅桥面、栏杆及腹拱圈（包括桥台上路面）预制桥面薄板拱肋粘贴碳纤维布桥墩锚固钢筋网，并外包砼浇筑半幅腹拱墩及墩帽、拱脚上缘砼浇筑桥台侧墙砼、副孔锚喷砼安装桥面薄板凿除桥台部分侧墙浇筑桥面板浇筑台上悬臂挑梁与整体桥面安装半幅人行道构件拆除锥坡并重新设置另半幅施工4.2施工工艺要求（1）施工单位按基基本建设程序的的规定，根据设设计和相应规范范的要求及本施施工单位的人员员、设备情况，，在每道工序施施工之前制定出出详细的施工组组织设计或施工工方案，并报监监理工程师审查查批准，从而确确保桥梁施工安安全和质量；（2）凿除大桥桥面面及拱腔填料过过程中，不允许许采用大型机械械设备，应采用用人工进行凿除除或挖除，以免免对大桥主拱圈圈产生新的损伤伤；并应及时将将废料运走至弃弃土场地；（3）拆除腹拱圈时时应注意以腹拱拱墩及拱顶为对对称轴，对称地地逐渐拆除，以以免突然拆除或或不对称拆除而而造成腹拱墩和和拱肋垮塌，并并应切实做好安安全保护工作（（拆除腹拱圈时时应暂时中断交交通）；（4）粘贴碳纤维布布施工过程中应应严格按照《粘贴碳纤维增强强复合材料加固固混凝土工程施施工与验收暂行行规定》（建设部建筑物物鉴定与加固规规范管理委员会会颁：建规固[2001]008号）进行施工，，并应特别注意意以下几点：①粘贴碳纤维布应应按以下框图（（图7）的程序进行施施工；②粘贴碳纤维布布应在拆除半幅幅桥面与腹拱圈圈之后进行，尽尽量减轻上部构构造的恒载作用用，以充分发挥挥碳纤维布的高高强性能；③粘贴碳纤维布布时及粘结胶达达到强度前，不不允许对上部构构造增加重荷载载作用，以免影影响粘贴质量；；图7粘贴碳纤维布程程序框图粘结剂贮存、检验、供应系统配、调底胶配、调修补胶配、调粘浸胶涂刷底胶（当工艺有要求时）施工准备粘贴部位的混凝土表面处理修补并找平或抹曲面刷胶、粘贴碳纤维材料表面防护④在粘贴碳纤维布布胶达到强度后后，开始浇筑腹腹孔墩与桥面；；⑤要求粘贴前应应清除拱肋下缘缘表面疏松部分分，至露出混凝凝土结构层。若若有裂缝，应先先行修补，用修修补材料将混凝凝土表层修复平平整，要求平整整度达到5mm/m；⑥粘贴碳纤维布时时，应使碳纤维维布材料充分浸浸润，确保粘结结效率；⑦施工前应对粘粘贴表面混凝土土含水率及所处处的环境进行测测量。若混凝土土表层含水率大大于4%或现场气温低于于5℃时，应停止施工工或采取措施；；⑧碳纤维布是否与与被粘结面充分分粘合直接关系系到碳纤维布的的施工质量，在在粘贴后应仔细细检查粘贴面，，若发现碳纤维维布与拱肋混凝凝土底面之间有有气孔，应采用