湘子桥的历史与现状

湘子桥的历史与现状

湘子桥（又称广济桥）位于潮州古城东门外。它是一座建于宋代的著名古桥。它是一座著名的古桥，与中国的赵州桥和卢沟桥并列。桥全长517m,分为东、中、西3段。西段始建于南宋乾道六年(1170),历时57年建成;东段始建于宋绍熙元年(1190),历16年完工。东西两段桥共有18个桥墩。中段宽约100m,水流湍急,不能架桥。明宣德十年(1435)桥遭洪水冲毁而重修,并增建5个桥墩。明正德六年(1506)又增建1个桥墩,合24墩,并在桥中段用18艘梭形木船连成开启式浮桥。桥墩长度由11～22m,宽度为6～13m不等。全部桥墩长度达207m,约占全桥长度的40%。广济桥结构奇特,集石梁桥、拱桥和浮桥于一体,在中国桥梁史上别具一格。广济桥自建成以来,历经洪水、飓风、地震以及兵火焚毁、飞机轰炸等天灾人祸。在清末,桥上的楼台基本被毁坏殆尽。1958年,由于交通需要,拆除了古桥中间的“十八梭船”浮桥,改建为直通大桥(三孔钢架及两个高桩承台式的钢桥)。目前广济桥桥体已损坏严重,大部分桥墩出现淘空、倾斜与沉降,虽经多次抢修,仍难排隐患。1958年改建的高桩承台式钢架梁也已超过了设计年限。随着韩江水利工程的建成,韩江水位将上升,一方面会造成广济桥难以通航,给粤东的水运带来难题;另一方面宋代遗存至今的古桥墩也将会常年被淹没在深水中,给日后的修缮带来极大困难。为保护这一接近千年的重要文物,对该桥梁按“修旧如旧”的原则,进行加固和维修。将把1957年和1966年所修建的钢桁梁、钢筋混凝土桥面以及当时所修建的部分桥墩拆除,接高原有桥墩,使水利枢纽工程完工后,桥面仍然在常水位之上,并预留今后修复桥上亭屋的荷载。并根据勘探结果,对桥位场地进行地震安全度分析。1工程地质和地下水条件广济桥位于潮州东侧(E116.6519°,N23.6649°),其原始地貌单元属韩江三角洲冲洪积平原。近场区及附近,历史上曾发生过多次破坏性地震,大于6°的地震6次,8°的地震2次。工程场地钻探资料揭示,土层主要由中粗砂、粉土、含卵石粗砂、粘土、残积砂质粘性土及强风化凝灰质砂岩组成,覆盖层平均厚度约为40m,下伏凝灰岩和火山角砾岩,岩芯多呈块状,岩石坚硬完整;尚未发现有活动断裂在本场地直接经过。距本工程场地最近的断裂是普宁-潮州断裂(F1)和韩江断裂(F4),约1km,不会对场地稳定性造成直接影响。但工程场地地下夹有厚度2～7m的中粗砂(平均约10m),在地震力的作用下,可能发生砂上液化现象,对建筑物的抗震产生不利影响。因此,必须采取相应措施对大桥进行相应的维护。2主梁支架修复(1)为使修复后的广济桥能“修旧如旧”,上部构造按古桥原貌采用花岗岩石梁设计,并开槽张拉预应力钢束。考虑到地震的影响,主梁支座采用隔震橡胶支座。(2)桥墩修复,将原1957年、1966年所加建的墩身拆除,所余墩身按文物部门的要求将其修复。之后,加建钢筋混凝土芯柱墩身,外侧砌筑与原墩身一致的花岗岩,墩面也铺砌同样的花岗石,之上修建石雕栏杆、石雕灯柱,并预留桥上亭屋基础。(3)主梁与墩身之间不设伸缩缝,采用墩面铺砌侵入主梁20cm,盖住伸缩缝的方式处理。3结构分析(1)多遇地震作用下风场分析①采用振型分解反应谱法和水平/竖向输入Taft波、El-CentroNS波和两条人工合成地震波的时程分析,利用ANSYS程序对桥墩-上部结构组成的串联自由度体系和调整结构模型,沿桥梁纵、横向进行了多遇地震作用下的内力和变形分析,按设防概率10%(50年)调整地面运动加速度峰值;②采用弹塑性动力时程分析方法,水平输入Taft波、El-CentroNS波和两条人工合成地震波,利用NERAP程序对桥墩-上部结构组成的串联自由度体系和调整结构模型,沿桥梁纵、横向进行了罕遇地震作用下的弹塑性变形分析,按设防概率10%(100年)和2%(100年)调整地面运动加速度峰值。计算结果:在抗震性能上,不低于维修前的原桥梁结构;如遇基本烈度为8°的破坏性地震(历史上潮州曾发生过2次),在抗震支座的作用下、采用深层高压旋喷固结液化土层,仍能保证桥墩不破坏。(2)力场比承受负荷比较本次计算对施工图设计的加高桥墩,及1957年加高桥墩的重量进行比较,如表1。最大荷载的确定现对本次设计的加高桥墩,及1957年加高桥墩的水力进行比较,具体见表2。结论:本次设计荷载为1957年荷载的14615/13593=1.08倍,结构安全,设计可行。结论:本次设计水力为1957年的10.8/25.6=0.42倍,结构安全,设计通过。4对结构的处理建议根据以上计算结果,并考虑工程场地地震安全性勘察结果,技术标准采用:设计荷载—500KPa,桥梁宽—4.50m,地震烈度—Ⅷ度。最终确定的湘子桥加固与维修设计方案:(1)上部结构为花岗岩石材,为增加其抗弯能力及延性,在石梁下侧开槽张拉部分预应力。但其本质上属于脆性材料,其特性是结构刚度大、滞回耗能能力差,特别是在较大的地面运动作用下,上部结构更表现出较大的地震反应。鉴于结构外观等方面的考虑,建议采用隔震性能较强的抗震盆式橡胶支座,即GPZ(KZ)DX单向活动抗震盆式橡胶支座。该类支座采取了刚、柔结合的方式获有效抗震措施,增大了支座的耗能能力,改善了支座的抗震性能。因此地震发生时可提高桥梁的抗震能力,最大限度地限制了桥梁上、下部结构之间的相对位移,减小了地震动力的放大系数。非地震时等同一般盆式橡胶支座使用。其减震原理是,当支座水平力大于支座设计竖向承载力的20%后,消能板开始滑移,起到第1道隔震效果,然后阻尼圈发挥第2道阻尼效果,支座起到抗震作用。当输入地震能量超过一定极限时,支座的刚性抗震起到第3道抗震效果。(2)原桥墩墩身为圬工结构,目前,材料表面风化、剥蚀严重,各墩上部结构除承受主梁荷载外,还有预留亭台等上部建筑荷载,故有必要采用加固墩身整体性的构造措施,如深孔高压注浆,同时在墩身周边设置多根钢筋混凝土构造柱和多道圈梁是可行的。墩上部新增加的部分内设钢筋混凝土芯柱。(3)在加固与维修设计方案中,拟采取全部消除地基液化沉陷的工程构造措施,采用高压旋喷法结合旋喷固结体帷幕封闭方案加固地基,要求桩长通过液化层并支承在非液化土层上,采用钻探取芯法检验旋喷桩和旋喷帷幕的质量。5保岩墩、加固圈梁、压浆封填墩(1)因为古桥修复,施工时应在文物部门的指导下,拆除加建的桥上建筑(混凝土梁、钢桁梁、墩身等),拆除通航孔桥墩(十八梭船位置)至河床底面处,然后按文物部门的要求,修补墩身外侧花岗岩砌块、浇注水下钢筋混凝土加固圈梁、压浆封填墩身内部砌块。(2)精测各墩平面尺寸、各墩之间关系、各墩文物部分与加建部分分界面标高,将精测结果上报上级文物主管单位用以永久存档,抄送设计部门用以修正设计图纸。(3)加建墩身芯柱细部尺寸可稍作调整以适应桥墩的精确尺寸。(4)石梁加工,边梁外侧,仍按原石开采粗糙面,不作凿平处理,尽可能接近古桥风格。其余石梁各面凿平之后,梁底朝上,开凿预应力槽,埋置预应力管道、封槽,待封槽混凝土够标号后张拉预应力到第1阶段吨位,之后石梁翻转至梁面朝上,张拉预应力至设计吨位,然后封锚,最后开凿石梁其它槽口。6我们的责任