山区石拱桥病害调查与加固设计

山区石拱桥病害调查与加固设计

1阴市沟桥桥石拱桥是一种实用的经济桥，广泛应用于山区道路上。华金公路是连系金堆镇矿区至县城及市区的一条主要交通道路,该公路全长47km,依山脚延伸,路段间有大大小小石拱桥十几座,阴市沟桥是其中跨度较大的一座石拱桥。阴市沟桥位于华金公路上段,以该桥为界,向南进入金堆镇地界。该桥为1-15m(f0/L0=1/2)圆弧石拱桥,重力式桥台,明挖扩大基础,桥上纵坡4%,桥面宽度7m+2×0.75m,荷载标准汽—15,挂—80。该桥于1980年9月竣工验收通车至2003年发现病害已运行23年,由于桥梁拱圈及桥台开裂等病害严重影响桥梁安全,且影响了公司正常的生产运行,需尽快给予加固处理。2主要疾病和原因的分析2.1桥台裂缝在部的表现1)拱圈裂缝。拱圈存在三条不规则纵向裂缝,其中隧道岸二条,华阴岸一条,缝长从拱脚以上至拱顶附近,缝宽0.5cm～3cm,最宽处约5cm左右。一条缝已贯通60cm原拱圈,桥梁拱圈属破坏状态。2)桥台裂缝。在桥台下部偏向下游位置,有两条竖向裂缝,长度近约1m,裂缝宽度较小,但有多处开裂如石料中部,上部也出现裂纹,长度较短,不明显。3)桥墩护墙、护坡冲刷损毁严重,基础裸露,块石松动等。2.2基础地质条件1)设计荷载标准低,行车密度和车辆载重的加大是出现病害的主要原因。2)地基不均匀沉降的影响。由于山区地质复杂,大多为坡积冲填层,不同部位土层的厚度、性质差异较大;施工资料表明,该桥东桥墩基本坐落于基岩,而西桥墩基础为碎石土层,局部为漂卵石层,这种不均匀的地质状况,导致较大的沉降差异,引起桥墩和拱圈裂缝。3)基础埋置较浅,河水冲刷掏空的影响。按设计要求该桥墩基础应为深2m的两台阶扩展式基础,实际施工中基础变为一台阶且深度不足1m。受多次洪水冲刷,西南角部分石块已松动脱落。另外受下游掏石挖沙影响,河床加深,基础裸露,冲刷剥蚀严重。4)施工质量的影响。调查发现,砌筑基础、台身、拱圈时存在料石中掺杂片石情况,片石过小,强度不足,砂浆不饱满,标号达不到要求,是导致桥梁产生裂缝的重要原因。3方案加固的选择3.1增强方案的制定1筋混凝土梁式桥该方案是采取拆除拱圈及铺装层,重新现浇钢筋混凝土梁式桥。其要求加固并加高原有桥台,形成梁桥支墩条件,架设简支预应力混凝土梁桥。梁式桥是目前应用较普遍的一种桥梁形式。2钢筋混凝土拱圈层该方案是保留原料石拱圈不拆,拆除桥面铺装层,拱圈之上另加钢筋混凝土拱圈。该方案要求考虑新旧拱的连接,特别是在拱脚部位采取措施,要拓宽桥台,加固桥台,保证传力可靠。3整体受力的提升采取保留原桥不拆,在原拱圈下套建一座钢筋混凝土拱的方案。利用增大受力截面和卵壳效应,使旧拱桥整体受力均匀,达到增强整体性,提高承载力的目的。为使新老桥身能连成整体,在浇筑新桥台、拱圈时要设置连接、锚固钢筋。3.2比较增强方案1方案2:预应力混凝土梁桥优点:能有效的利用高强材料(高标号混凝土、高强度钢材),减小截面尺寸,降低了自重;桥梁的安全度、可靠性有很大提高,且施工方便。另外,该方案还利用了原有桥台支墩。缺点:拆除工程量大,开挖造成桥梁两端道路的破坏,施工工期长;显然,采用预应力混凝土梁桥要有作为预应力筋的优质高强钢材和要可靠保证高强混凝土的制备质量,同时需要有一套专门的预应力张拉设备和材质好、制作精度要求高的锚具,并且要掌握较复杂的施工工艺;另外,拆除旧桥,阻断交通,影响矿区的正常生产,造价高,不经济。2上合式石拱圈优点:可利用原有料石拱作为底模,施工比较简便;上套的钢筋混凝土拱本身具有较高力学强度,和原石拱一起承受上部传来的荷载,这样,拱圈截面增大,承载力增强,而且造价比较经济。缺点:交通中断,影响生产;另外拆除过程中,可能破坏原拱,不够安全,拓宽原桥台,施工难度大。3拱圈模板施工难点分析优点:继续保留原拱桥并充分利用原拱,有利于交通的维护和安全畅通,施工工期短,造价较低。缺点:a.拱圈施工时,现浇混凝土的施工难度大,模板架高,弧形模板支模难度大;b.压缩了拱桥的泄洪面积,泄洪较为不利。3.3车辆运输的安全隐患经过对以上3个方案的优缺点对比,综合考虑,认为方案3是比较合适的。1)采取此方案加固施工时,能保持交通不中断。该桥的安全隐患是在偶然中发现的,整体性尚好,除发现有较多裂缝外,未发现其他脱空、吊块等严重情况,矿区车辆运输在限载、限速情况下通过桥梁还是可以的,生产不受较大影响,这是关键问题;2)能充分利用原拱,施工工期短,造价低,安全可靠;3)该桥处于河流上游,桥台较高,雨季丰水期,水流也不大,加固后泄洪面积减小不大,经计算满足泄洪要求(见图1)。4加固技术4.1毛石灰缝剥削阶段1)该拱桥侧翼护墙采用毛石护坡的形式,针对护坡根部掉石,掏空的处理,在其底部帮衬一道毛石混凝土护墙,厚度取50cm,高度为1.2m;对毛石灰缝剥落严重部位,用1∶2.5水泥砂浆进行勾缝修补。2)对桥身的裂缝处理一般采用塞缝灌浆的方法;塞缝灌浆是用胶结材料把结构的裂缝填满,使力的作用、传递尽可能的恢复到原状态。灌浆材料一般为水泥(砂)浆,环氧树脂浆等;该工程仅对拱圈裂缝较宽的部位,用1∶1水泥砂浆勾缝,并预留6mm～8mm的灌浆孔,待砂浆达到一定强度后进行灌浆。4.2混凝土基础、桥梁和拱的加固1桥台基础开挖由于该桥已运行20多年,基础的沉降已基本稳定;因此,不对原毛石基础进行钻孔灌浆等加固措施,仅对原基础进行拓宽。为便于开挖,河水要进行改道;每个桥台的基础必须分两次开挖,以防开挖过长引起桥台基础产生位移。同时在开挖过程中应掌握好开挖深度,新基础基底一般应与原基础持平,应控制超挖,防止老桥基础掏空,引起基础下沉;基础开挖后,及时浇筑混凝土基础,防止暴露时间过长,以保证老桥基础的安全稳定;基础中按规范插筋和上部钢筋搭接。2复合灌浆料的安装为使原石拱桥和新加的钢筋混凝土拱圈、桥台紧密结合,设置螺纹锚杆;锚杆布置为梅花形。首先在桥台、拱圈的料石中部钻孔,孔深300mm,孔径40mm,然后,用高压水清洗钻孔,将高性能复合灌浆料塞入孔中,再将ϕ22螺纹钢筋插入充满灌浆料的孔中,要结合密实充分。高性能灌浆料,具有强度高,凝结快,收缩小等特点,使用效果良好。3钢筋网、桥台、预应力网铺设锚杆施工就位后,可绑扎桥台钢筋,各纵横向钢筋均与相应的锚杆焊接,其余则绑扎成钢筋网;桥台长度方向一次性浇筑,高度方向分两次浇完;现浇振捣过程中,要保障钢筋、锚杆的位置不移位,要使混凝土保护层厚度满足设计要求。4保障钢筋位置正确拱圈钢筋应与桥台钢筋有足够的搭接长度,同样要和锚杆焊接,保障钢筋位置正确。弧形模板应连接可靠,桥跨满堂纵向支模,由拱脚向拱顶采用喷射混凝土浇筑,