改變拱上建筑體系的拱橋加固提載與拓寬技術(shù)

改變拱上建筑體系的拱橋加固提載與拓寬技術(shù)諶潤(rùn)水

胡釗芳

江祥林1大橋概況

走馬崗大橋位于江西省修（水）武（寧）公路K2+520處（新樁號(hào)），該橋建成于1974年，運(yùn)營(yíng)至今近三十年。大橋全長(zhǎng)105.7m，上部構(gòu)造為2跨40米等截面懸鏈線空腹式鋼筋混凝土雙曲拱及兩岸各一孔凈跨徑4m的半圓弧

拱副孔（設(shè)置在橋臺(tái)上）。橋面凈橋面凈空為：凈－7+2×0.35m欄桿。根據(jù)同年代類似橋梁推定該橋原設(shè)計(jì)荷載為：汽車－13級(jí)，拖車－60；通航等級(jí)為不通航。雙曲主拱的凈矢跨比為fo/Lo=1/10，拱軸系數(shù)（推算）為m=2.514。走馬崗大橋全貌1.1上部構(gòu)造：每跨主拱圈由4肋3波及2個(gè)懸半波組成，拱肋中距為185cm，主拱圈全寬7.4m。主拱圈截面由基肋、拱波和現(xiàn)澆混凝土填平層組成；其中拱肋寬為25cm、高50cm，施工過(guò)程中分三段預(yù)制后無(wú)支架吊裝接頭位置在反彎點(diǎn)附近，采用環(huán)氧樹(shù)脂水泥膠卡

砌接頭。每跨拱肋各按等弧長(zhǎng)設(shè)置11道橫隔板聯(lián)接。每跨各設(shè)8個(gè)腹拱，腹拱跨徑為250cm左右。1.2下部構(gòu)造：橋臺(tái)為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)配U型橋臺(tái)與重力式橋墩。1.3據(jù)調(diào)查，該橋使用過(guò)程中未進(jìn)行過(guò)大修加固。1.4大橋目前狀況概述由于大橋使用近三十余年，并常有重型運(yùn)輸貨物車輛經(jīng)過(guò)，現(xiàn)從外觀看，第二跨（靠武寧岸）拱頂部位已明顯下沉，橋面坑洼不平，欄桿扶手亦損壞嚴(yán)重；且橋面較窄（凈－7+2×0.35m欄桿）、原

設(shè)計(jì)荷載偏低，已不能適應(yīng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。為配合正在按照二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改建的修（水）武（武寧）公路，擬對(duì)走馬崗大橋進(jìn)行加固與拓寬改造，加固前進(jìn)行了全面的結(jié)構(gòu)檢查，并通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行了綜合分析。圖1走馬崗大橋現(xiàn)狀總體布置圖2走馬崗大橋現(xiàn)狀綜合評(píng)定

通過(guò)對(duì)修武公路走馬崗大橋全面的現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)檢查、室內(nèi)分析，對(duì)該橋現(xiàn)狀綜合評(píng)定為：2.1走馬崗大橋橋面坑洼較多，縱向成波浪形，特別是第二跨跨中橋面明顯下沉，加劇了車輛通行時(shí)產(chǎn)生的沖擊力，增大了活載作用時(shí)的內(nèi)力，因而應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修。2.2走馬崗大橋橋第一跨主主拱肋尚好好，未發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有影響結(jié)結(jié)構(gòu)受力的的病害，僅僅在拱腳附附近背緣發(fā)發(fā)現(xiàn)橫向裂裂縫（分析析為負(fù)彎矩矩過(guò)大產(chǎn)生生），拱波波及橫隔板板未發(fā)現(xiàn)有有肉眼能見(jiàn)見(jiàn)裂縫，橫橫向整體受受力性能較較好。2.3第二跨拱肋肋拱頂產(chǎn)生生較大的沉沉降，繼而而使拱肋拱拱頂下緣因因承受過(guò)大大拉應(yīng)力而而開(kāi)裂（裂裂縫寬尚在在《規(guī)范》允許范圍內(nèi)內(nèi)），并且且使原本較較坦的拱圈圈變得更坦坦，改變了了原結(jié)構(gòu)的的受力狀態(tài)態(tài)。2.4大橋腹拱圈圈損壞嚴(yán)重重，縱、橫橫向貫穿裂裂縫較多，，已嚴(yán)重影影響了腹拱拱圈的受力力與使用安安全。2.5兩岸橋臺(tái)上上付孔拱圈圈經(jīng)檢查，，目前使用用狀況尚好好，未發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有影響結(jié)結(jié)構(gòu)受力與與使用的病病害。2.6拱上側(cè)墻砌砌石風(fēng)化較較為嚴(yán)重，，局部碎裂裂，已影響響到大橋的的整體使用用安全。2.7武寧岸橋臺(tái)臺(tái)有向后傾傾斜跡象，，應(yīng)采取相相應(yīng)措施進(jìn)進(jìn)行加固。。2.8橋墩水面以以上經(jīng)檢查查未發(fā)現(xiàn)有有影響結(jié)構(gòu)構(gòu)受力的病病害，應(yīng)在在枯水季節(jié)節(jié)或維修加加固施工時(shí)時(shí)，對(duì)橋墩墩基礎(chǔ)進(jìn)行行詳細(xì)的調(diào)調(diào)查探明。。如發(fā)現(xiàn)病病害，則應(yīng)應(yīng)采取相應(yīng)應(yīng)措施進(jìn)行行加固。走馬崗大橋橋橋面構(gòu)造造走馬崗大橋橋第二跨（（武寧岸））拱頂明顯顯下沉主拱肋下緣緣設(shè)置3根φ20鋼筋第1跨3號(hào)腹拱圈拱拱頂開(kāi)裂第1跨6號(hào)腹拱圈拱拱頂開(kāi)裂嚴(yán)嚴(yán)重第1跨5號(hào)腹拱圈拱拱腳開(kāi)裂、、滲水第2跨8號(hào)腹拱圈縱縱向開(kāi)裂第1跨4號(hào)腹拱墩底底開(kāi)裂第2跨8號(hào)腹拱圈錯(cuò)錯(cuò)位較嚴(yán)重重走馬崗大橋橋橋墩武寧岸橋臺(tái)臺(tái)下游側(cè)側(cè)側(cè)墻開(kāi)裂橋面欄桿、、扶手損壞壞嚴(yán)重采用“超聲聲-回彈綜合法法”檢測(cè)拱拱肋砼強(qiáng)度度采用“釬探探法”檢測(cè)測(cè)橋臺(tái)基礎(chǔ)礎(chǔ)標(biāo)高3加固拓寬設(shè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)根據(jù)結(jié)構(gòu)檢檢查有關(guān)數(shù)數(shù)據(jù)及進(jìn)一一步對(duì)走馬馬崗大橋進(jìn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢檢算，對(duì)走走馬崗大橋橋采用以下下措施進(jìn)行行加固拓寬寬：圖2加固拓寬總總體布置圖圖3.1加固拓寬設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)①設(shè)計(jì)荷載載：汽車－－20級(jí)；掛車－－100；人群－3.5KN/m2；②橋面凈空空：凈－9+2×1.5m人行道。3.2拱上建筑和和橋面加固固拓寬①拆除大橋橋現(xiàn)有腹拱拱圈、側(cè)墻墻并挖除所所有拱腔填填料，以減減少拱上恒恒載的作用用；②在現(xiàn)有各各腹拱墩兩兩外側(cè)（縱縱橋向）各各設(shè)置一層層鋼筋網(wǎng)，，并每側(cè)現(xiàn)現(xiàn)澆10cm厚混凝土，，以增強(qiáng)現(xiàn)現(xiàn)有腹拱墩墩的整體受受力性能和和抗彎強(qiáng)度，并在腹腹拱墩頂設(shè)設(shè)置鋼筋混混凝土墩帽帽（每側(cè)懸懸出長(zhǎng)度為為2.3m）；③在原拱圈圈實(shí)腹段按按等間距設(shè)設(shè)置8道鋼筋混凝凝土腹孔墩墩（均外懸懸設(shè)置12m長(zhǎng)墩帽）；；④將預(yù)制好好的6cm厚鋼筋混凝凝土薄板安安裝就位，，并現(xiàn)澆12cm厚鋼筋混凝凝土橋面，，并使薄板板由簡(jiǎn)支受受力體系轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為連續(xù)續(xù)板受力體體系。圖3橋面加固拓拓寬圖3.3橋臺(tái)加固拓拓寬在兩岸橋臺(tái)臺(tái)上分別拆拆除部分側(cè)側(cè)墻，并現(xiàn)現(xiàn)澆橫挑梁梁（12m長(zhǎng)）與整體體式鋼筋混混凝土橋面面（寬為9.2m）。圖4橋臺(tái)上橋面面加固拓寬寬圖3.4主拱圈加固固維修①對(duì)第二跨跨拱肋下緣緣粘貼2層碳纖維布布，以增強(qiáng)強(qiáng)拱肋的抗抗彎能力；；②對(duì)第一跨跨拱肋下緣緣拱頂兩側(cè)側(cè)各5m長(zhǎng)范圍（弧弧長(zhǎng)）粘貼貼1層碳纖維布布，以增強(qiáng)強(qiáng)拱肋抗彎彎強(qiáng)度；③對(duì)全橋兩跨跨主拱圈拱拱腳附近拱拱背上緣（（2個(gè)邊腹孔內(nèi)內(nèi)）設(shè)置一一層鋼筋網(wǎng)網(wǎng)，并現(xiàn)澆澆10cm厚混凝土層層（要求先先將拱板間間凹槽澆平平后再設(shè)置置鋼筋網(wǎng)）），以增強(qiáng)強(qiáng)主拱圈拱拱腳承受負(fù)負(fù)彎矩的能能力。3.5橋墩、橋臺(tái)臺(tái)加固①對(duì)橋墩墩墩身外側(cè)設(shè)設(shè)置一層鋼鋼筋網(wǎng)，并并澆筑10cm厚混凝土（（外包），，以提高橋橋墩的強(qiáng)度度和抗風(fēng)化化能力；②對(duì)武寧岸岸橋臺(tái)兩側(cè)側(cè)側(cè)墻設(shè)置置一層鋼筋筋網(wǎng)，并澆澆筑10cm厚混凝土，，以改善側(cè)側(cè)墻的受力力性能。3.6臺(tái)上副孔加加固在臺(tái)上副孔孔拱圈下緣緣錨固一層層鋼筋網(wǎng)，，并錨噴10cm厚混凝土，，以增強(qiáng)副副孔拱圈的的承載能力力。3.7其它①重新預(yù)制制安裝人行行道構(gòu)件、、欄桿與扶扶手。②在橋墩及及橋臺(tái)上各各設(shè)置一道道行車道橋橋面伸縮縫縫。3.8結(jié)構(gòu)計(jì)算（1）計(jì)算參數(shù)數(shù)取值①活載：汽汽車－20級(jí)；掛車－－100；人群－3.5KN/m2。②溫度變化化：a.體系整體升升溫20℃，體系整體體降溫20℃。b.拱上建筑整整體升溫10℃（主拱圈不不變）。③考慮到該橋橋營(yíng)運(yùn)至今今已三十余余年，橋梁梁墩（臺(tái)））沉降已基基本穩(wěn)定，，本次計(jì)算算未考慮墩墩臺(tái)沉降作作用。（2）結(jié)構(gòu)分析析根據(jù)該橋的的實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)尺寸、施施工步驟，，將本橋分分為拱肋安安裝、腹孔孔墩澆筑、、橋面板現(xiàn)現(xiàn)筑及人行行道等二期期恒載共5個(gè)施工階段段進(jìn)行分析析，分析采采用的結(jié)構(gòu)構(gòu)模型見(jiàn)圖圖5所示。圖5走馬崗大橋橋結(jié)構(gòu)離散散圖根據(jù)以上模模型采用交交通部公路路科研所編編制“公路路橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)統(tǒng)GQJS8.6”進(jìn)行計(jì)算，，并采用廣廣州市政設(shè)設(shè)計(jì)研究院院編“橋梁梁結(jié)構(gòu)靜動(dòng)動(dòng)力CAD系統(tǒng)V5.0””進(jìn)行復(fù)核。。4加固拓寬施施工要點(diǎn)舊橋加固是是一項(xiàng)繁雜雜的系統(tǒng)工工程，工程程量雖不大大，但涉及及到諸多隱隱蔽工程，，且施工工工藝多具特特殊性和復(fù)復(fù)雜性，因因而應(yīng)由具具有相應(yīng)資資質(zhì)與類似似工程施工工經(jīng)驗(yàn)的施施工單位施施工，并聘聘請(qǐng)具有舊舊橋加固工工程施工經(jīng)經(jīng)驗(yàn)的工程程師進(jìn)行監(jiān)監(jiān)理。施工工中應(yīng)嚴(yán)格按照交通部部《公路橋涵施工技技術(shù)規(guī)范》（JTJ021-2000）和舊橋加固各各項(xiàng)目中的相關(guān)關(guān)規(guī)范進(jìn)行施工工，并應(yīng)特別注注意以下幾點(diǎn)：：4.1施工流程根據(jù)本橋加固拓拓寬特點(diǎn)，按照照以下施工流程程進(jìn)行加固拓寬寬施工：圖6走馬崗大橋施工工流程圖施工準(zhǔn)備拆除半幅橋面、欄桿及腹拱圈（包括橋臺(tái)上路面）預(yù)制橋面薄板拱肋粘貼碳纖維布橋墩錨固鋼筋網(wǎng)，并外包砼澆筑半幅腹拱墩及墩帽、拱腳上緣砼澆筑橋臺(tái)側(cè)墻砼、副孔錨噴砼安裝橋面薄板鑿除橋臺(tái)部分側(cè)墻澆筑橋面板澆筑臺(tái)上懸臂挑梁與整體橋面安裝半幅人行道構(gòu)件拆除錐坡并重新設(shè)置另半幅施工4.2施工工藝要求（1）施工單位按基基本建設(shè)程序的的規(guī)定，根據(jù)設(shè)設(shè)計(jì)和相應(yīng)規(guī)范范的要求及本施施工單位的人員員、設(shè)備情況，，在每道工序施施工之前制定出出詳細(xì)的施工組組織設(shè)計(jì)或施工工方案，并報(bào)監(jiān)監(jiān)理工程師審查查批準(zhǔn)，從而確確保橋梁施工安安全和質(zhì)量；（2）鑿除大橋橋面面及拱腔填料過(guò)過(guò)程中，不允許許采用大型機(jī)械械設(shè)備，應(yīng)采用用人工進(jìn)行鑿除除或挖除，以免免對(duì)大橋主拱圈圈產(chǎn)生新的損傷傷；并應(yīng)及時(shí)將將廢料運(yùn)走至棄棄土場(chǎng)地；（3）拆除腹拱圈時(shí)時(shí)應(yīng)注意以腹拱拱墩及拱頂為對(duì)對(duì)稱軸，對(duì)稱地地逐漸拆除，以以免突然拆除或或不對(duì)稱拆除而而造成腹拱墩和和拱肋垮塌，并并應(yīng)切實(shí)做好安安全保護(hù)工作（（拆除腹拱圈時(shí)時(shí)應(yīng)暫時(shí)中斷交交通）；（4）粘貼碳纖維布布施工過(guò)程中應(yīng)應(yīng)嚴(yán)格按照《粘貼碳纖維增強(qiáng)強(qiáng)復(fù)合材料加固固混凝土工程施施工與驗(yàn)收暫行行規(guī)定》（建設(shè)部建筑物物鑒定與加固規(guī)規(guī)范管理委員會(huì)會(huì)頒：建規(guī)固[2001]008號(hào)）進(jìn)行施工，，并應(yīng)特別注意意以下幾點(diǎn)：①粘貼碳纖維布應(yīng)應(yīng)按以下框圖（（圖7）的程序進(jìn)行施施工；②粘貼碳纖維布布應(yīng)在拆除半幅幅橋面與腹拱圈圈之后進(jìn)行，盡盡量減輕上部構(gòu)構(gòu)造的恒載作用用，以充分發(fā)揮揮碳纖維布的高高強(qiáng)性能；③粘貼碳纖維布布時(shí)及粘結(jié)膠達(dá)達(dá)到強(qiáng)度前，不不允許對(duì)上部構(gòu)構(gòu)造增加重荷載載作用，以免影影響粘貼質(zhì)量；；圖7粘貼碳纖維布程程序框圖粘結(jié)劑貯存、檢驗(yàn)、供應(yīng)系統(tǒng)配、調(diào)底膠配、調(diào)修補(bǔ)膠配、調(diào)粘浸膠涂刷底膠（當(dāng)工藝有要求時(shí)）施工準(zhǔn)備粘貼部位的混凝土表面處理修補(bǔ)并找平或抹曲面刷膠、粘貼碳纖維材料表面防護(hù)④在粘貼碳纖維布布膠達(dá)到強(qiáng)度后后，開(kāi)始澆筑腹腹孔墩與橋面；；⑤要求粘貼前應(yīng)應(yīng)清除拱肋下緣緣表面疏松部分分，至露出混凝凝土結(jié)構(gòu)層。若若有裂縫，應(yīng)先先行修補(bǔ)，用修修補(bǔ)材料將混凝凝土表層修復(fù)平平整，要求平整整度達(dá)到5mm/m；⑥粘貼碳纖維布時(shí)時(shí)，應(yīng)使碳纖維維布材料充分浸浸潤(rùn)，確保粘結(jié)結(jié)效率；⑦施工前應(yīng)對(duì)粘粘貼表面混凝土土含水率及所處處的環(huán)境進(jìn)行測(cè)測(cè)量。若混凝土土表層含水率大大于4%或現(xiàn)場(chǎng)氣溫低于于5℃時(shí)，應(yīng)停止施工工或采取措施；；⑧碳纖維布是否與與被粘結(jié)面充分分粘合直接關(guān)系系到碳纖維布的的施工質(zhì)量，在在粘貼后應(yīng)仔細(xì)細(xì)檢查粘貼面，，若發(fā)現(xiàn)碳纖維維布與拱肋混凝凝土底面之間有有氣孔，應(yīng)采用