雙曲拱橋拱頂下沉維修加固方案的選擇與實(shí)施

朱勤月 李小平

摘要:雙曲拱橋是江蘇省無錫縣的建橋工人,在繼承石拱橋傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上,并吸取了裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),經(jīng)過實(shí)踐于1964年創(chuàng)造出的一種具有我國民族風(fēng)格的新穎的拱橋。針對(duì)雙曲拱橋拱頂下沉現(xiàn)象,本文介紹了一種結(jié)合地形,并充分利用橋位特殊地形,因地制宜進(jìn)行維修加固的方法。

關(guān)鍵詞:雙曲拱橋;拱頂下沉;維修加固

由于雙曲拱橋橋梁具有節(jié)省材料,比其他拱橋施工簡便等優(yōu)點(diǎn),所以一經(jīng)出現(xiàn),迅速在全國得到了大量的推廣應(yīng)用,為我國公路橋梁建設(shè)事業(yè)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。

但是由于當(dāng)時(shí)雙曲線拱橋的設(shè)計(jì)荷載較現(xiàn)在都偏低,加上橫向聯(lián)系也偏弱。在長期重荷載、大交通量運(yùn)營情況下,都出現(xiàn)了不同程度的病害,限制了其進(jìn)一步發(fā)展。對(duì)如此眾多有病害的橋梁,如全部拆除重建需要大量的資金,而且也是不現(xiàn)實(shí)的。事實(shí)上雙曲拱橋具有較大的超載能力,它們中的大多數(shù)經(jīng)過維修加固是可以繼續(xù)運(yùn)營的。本文主要介紹其中一種充分利用橋位特殊地形,因地制宜地對(duì)拱頂下沉進(jìn)行維修加固的方法。供有關(guān)工程技術(shù)人員在對(duì)雙曲拱橋進(jìn)行維修加固時(shí)參考。

1橋梁概況

該橋?yàn)殇摻罨炷恋冉孛鎽益溇€空腹式雙曲拱橋,設(shè)計(jì)荷載為汽車-15級(jí),掛車-80,橋面寬度為凈寬8.5m+2×1.5m人行道,單孔跨徑30m,橋梁全長157.2m。該橋于1974年開工,1977年建成通車。2008年進(jìn)行了維修加固,加固后的橋梁以嶄新的面貌贏得了當(dāng)?shù)卣途用竦暮迷u(píng)。

2主要病害

該橋由于采用民工建勤,邊設(shè)計(jì)邊施工,以及通車后長期失養(yǎng),外表損壞較大。主要病害除橋面網(wǎng)裂、滲水,欄桿、人行道破損及其他附屬工程損壞等外,最嚴(yán)重的病害是橋臺(tái)剛完工后就出現(xiàn)下沉,致使該岸邊孔拱頂下沉,拱肋開裂,橋梁安全隱患較大。

3維修加固方案選擇

據(jù)近幾年觀測(cè)資料分析,該橋邊孔拱頂下沉無明顯加重。在實(shí)施維修加固之前,技術(shù)人員請(qǐng)教了當(dāng)年的設(shè)計(jì)、施工負(fù)責(zé)人,又對(duì)該橋進(jìn)行了進(jìn)一步的檢查,在檢查中沒有發(fā)現(xiàn)新的病害。針對(duì)該橋邊孔拱頂下沉情況,組織有關(guān)專家進(jìn)行了詳細(xì)論證,提出了幾套方案,因除拱頂下沉之外,其他病害均較為容易處置,本文著重就拱頂下沉的幾套處置方案分別介紹。

3.1方案1頂推方案

該方案是在靠近橋臺(tái)處拱肋上設(shè)置一道橫梁,在橫梁與橋臺(tái)之間放置幾臺(tái)液壓千斤頂,并在水平及豎直方向設(shè)置相應(yīng)的定位裝置。在解除拱座對(duì)拱腳的約束后開通油泵,使千斤頂推動(dòng)橫梁與拱肋一起沿著預(yù)定的方向移動(dòng),使拱肋逐漸恢復(fù)到或接近原有拱軸線,再分別加固拱腳、拱頂部分,完成邊孔拱肋整體加固工作。

優(yōu)點(diǎn):材料用量少,可節(jié)省工程資金。缺點(diǎn):施工難度大,技術(shù)要求高,存在著一定風(fēng)險(xiǎn)性。

3.2方案2襯拱方案

該方案是在邊孔每片拱肋下再增設(shè)一道拱肋及基礎(chǔ),形成一座裸拱橋,以輔助有問題的上部結(jié)構(gòu)共同受力。

優(yōu)點(diǎn):可避免上部結(jié)構(gòu)坍塌的危險(xiǎn),結(jié)構(gòu)受力明確,技術(shù)要求低,風(fēng)險(xiǎn)小。缺點(diǎn):由于新增基礎(chǔ)必須承受一定的水平力,基礎(chǔ)設(shè)置較困難;而且由于上部結(jié)構(gòu)受力狀況的改變,還有可能影響到鄰孔的受力。再者新拱肋的施工也有一定的難度。

3.3方案3組合方案

該方案是在方案2的基礎(chǔ)上,結(jié)合岸邊地基較高的特殊地形,在新形成裸拱橋的拱腳間增加幾道縱梁及樁基礎(chǔ),以承受上部結(jié)構(gòu)荷載并可傳遞鄰孔的水平力。

優(yōu)點(diǎn):該方案可徹底解決方案2中的水平力問題,不但不會(huì)對(duì)鄰孔增加水平力,而且可以承受或?qū)⒁徊糠粥徔椎乃搅鬟f到橋臺(tái),對(duì)新增基礎(chǔ)技術(shù)要求也可適當(dāng)降低。缺點(diǎn):材料用量偏多,新拱肋的施工有一定的難度。

針對(duì)以上三個(gè)方案,經(jīng)過專家充分論證,一致推薦按方案3進(jìn)行加固實(shí)施。筆者認(rèn)為該方案既安全、可靠,又可完全解決邊孔存在的問題,甚至還可適當(dāng)提高其承載能力。

4維修加固方案實(shí)施

根據(jù)該橋邊孔特殊地形,采用了在原拱肋底部增設(shè)新拱肋,并配以承臺(tái)和挖孔樁基礎(chǔ)的組合方案。新拱肋共分三段,拱肋下緣線由三個(gè)不同半徑的圓弧相切構(gòu)成,外觀較好,并有利于橋孔過水。新拱肋和系梁形成內(nèi)部超靜定結(jié)構(gòu),除承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳遞的荷載外,還可承受及傳遞水平力。

4.1下部結(jié)構(gòu)施工要點(diǎn)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形、地質(zhì)情況,在橋臺(tái)、橋墩內(nèi)側(cè)和跨中三處分別設(shè)直徑1.4m人工挖孔樁各三根,樁長7m。為防止橋臺(tái)基底以上土體發(fā)生向河道方向的位移,橋臺(tái)處樁基先施工橋軸線上的挖孔樁,再施工兩邊的樁基,并采用混凝土護(hù)壁。余樁基可同時(shí)施工,在其施工過程中,隨時(shí)觀測(cè)橋臺(tái)和第一、第二跨拱肋是否發(fā)生位移。

4.2上部結(jié)構(gòu)施工要點(diǎn)

新增拱肋因按三段不同圓弧設(shè)計(jì),施工時(shí)首先進(jìn)行端部兩圓弧段拱肋的施工,由于上述兩段斷面較大,可以在不中斷交通的情況下按常規(guī)進(jìn)行。中間段拱肋采有萬能桿件滿堂支架支撐,拱肋混凝土采用弱膨脹50混凝土,施工在白天進(jìn)行,并實(shí)行交通管制,采用單車道勻速通行,盡量減少震動(dòng);整個(gè)拱肋混凝土澆筑同時(shí)采用對(duì)稱施工,合攏段混凝土施工完成時(shí)間控制在晚上7h左右,從完工時(shí)間起,夜間12h封閉交通,以便拱肋混凝土凝固,每天進(jìn)行一個(gè)拱肋施工,直至所有拱肋全部完成。

4.3其它

邊孔整體加固工程完成后,對(duì)全橋其它病害按常規(guī)方法進(jìn)行維修處理,同時(shí),為配合G206東至北段改建工程竣工,改善該橋作為城市出口道路的形象,又對(duì)全橋上部結(jié)構(gòu)和欄桿進(jìn)行了全面整修和粉刷,并對(duì)橋頭引道進(jìn)行了綜合處治。

5體會(huì)

目前,我國公路上還存在不少有問題的橋梁,甚至是危橋險(xiǎn)橋。由于財(cái)力所限,在短時(shí)間內(nèi)不可能全部拆除重建。為保證運(yùn)營安全,必須對(duì)這些橋梁進(jìn)行鑒定,有針對(duì)性地進(jìn)行維修加固。因此,橋梁的維修加固具有十分重要的社會(huì)意義和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

5.1各級(jí)公路管理機(jī)構(gòu)應(yīng)對(duì)橋梁的維修加固工作給予高度重視。省級(jí)公路管理局(處)應(yīng)設(shè)專門部門負(fù)責(zé)橋梁維修加固的技術(shù)指導(dǎo)和宏觀管理,市公路管理部門應(yīng)負(fù)責(zé)本轄區(qū)干線公路橋梁維修加固的方案制定、組織實(shí)施和竣工驗(yàn)收工作。

5.2橋梁的維修加固要工作認(rèn)真、計(jì)劃周密。加固前必須對(duì)橋梁進(jìn)行全面的檢查及檢測(cè),必要時(shí)還要進(jìn)行荷載實(shí)驗(yàn),找出主要問題。隨后再組織有關(guān)專家制定切實(shí)可行的實(shí)施方案,選擇有維修加固經(jīng)驗(yàn)的施工單位,編制詳實(shí)的施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行施工。必要時(shí),需進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)后,才能組織實(shí)施。

5.3由于橋梁維修加固技術(shù)不斷發(fā)展,要不斷學(xué)習(xí)、借鑒和引進(jìn)新技術(shù)、新工藝、新經(jīng)驗(yàn)、新材料。一項(xiàng)先進(jìn)的施工技術(shù)或方法,不但可以提高工作效率,節(jié)約工程造價(jià),而且可以使橋梁維修加固更可靠、更耐久。

5.4盡管橋梁的維修加固具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益(往往一座橋梁的加固費(fèi)用不到新建橋梁的十分之一),但由于橋梁加固工作技術(shù)要求高、困難多、風(fēng)險(xiǎn)大,往往實(shí)施起來有一定的難度。因此,橋梁的維修加固工作必須由具有一定的橋梁養(yǎng)護(hù)管理或維修加固經(jīng)驗(yàn)、敢于承擔(dān)責(zé)任的工程技術(shù)人員具體負(fù)責(zé),并選擇有橋梁施工經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)隊(duì)伍承擔(dān)。