色爾古拱橋病害分析及加固探討

陳艷瑋,湯尚明,張 瑢

(1.西南交通大學土木工程學院,四川 成都 610031;2.甘肅省交通規(guī)劃勘察設計院,甘肅 蘭州 730030)

1 工程概況

色爾古拱橋位于涼山州S307線昭覺至美姑段的一座拱橋(圖 1),橋梁結(jié)構(gòu)型式為 1-凈 20m實腹式拱橋,橋面凈寬 6.88m,雙向兩車道。主拱圈材料由漿砌混凝土預制塊和現(xiàn)澆片石混凝土兩部分組成。該橋于 1991年建成通車,由于橋梁長時間超負荷運營,發(fā)現(xiàn)下游側(cè)主拱圈開裂,隨即封閉了全橋并進行檢測。

圖1 原橋總體結(jié)構(gòu)立面圖

2 橋梁病害情況及原因分析

2.1 主拱

2.1.1 縱向大裂縫

主拱圈拱腹處,在下游側(cè)距側(cè)面 50 cm處有全橋貫通的大縱向裂縫,裂縫長度貫通全橋拱圈,并延伸至昭覺側(cè)橋臺前墻,裂縫寬度 1～5 cm。其中,昭覺側(cè)拱腳至拱頂處裂縫寬度最大,拱頂處至美姑側(cè)拱腳裂縫寬度逐漸變小,該裂縫同時使該橋下游側(cè)拱圈外傾。分析產(chǎn)生原因為:原橋拱圈由兩種材料組成,即拱圈兩側(cè)為 50 cm寬漿砌混凝土預制塊,拱圈中間為現(xiàn)澆片石混凝土。兩側(cè)漿砌混凝土預制塊部分與中間現(xiàn)澆片石混凝土砌體部分接觸面平齊,兩者之間缺乏可靠的連接,不能使原拱圈形成整體受力?；炷潦湛s時,首先在兩者結(jié)合面產(chǎn)生裂縫,同時由于拱上填料土壓力的作用下,使得側(cè)墻外傾,原裂縫進一步加大,最終導致拱圈在預制部分與現(xiàn)澆部分結(jié)合面處分離成大裂縫,同時也導致預制混凝土塊部分拱圈外傾。由于美姑側(cè)橋臺在原橋施工時進行過加固,加固砌筑的側(cè)墻和前墻對原拱圈的約束作用,使得拱頂處至美姑側(cè)拱腳處裂縫寬度逐漸變小。

2.1.2 拱腹不規(guī)則細小裂縫

主拱圈拱腹表面存在大量不規(guī)則裂縫,裂縫寬度達 5 mm,主要分布在拱頂兩側(cè)各 5m的范圍內(nèi)?，F(xiàn)澆部分主拱圈大面積空洞,從空洞處將裂縫打開發(fā)現(xiàn),拱腹下緣僅有 5 cm左右的混凝土,其上部片石與該混凝土之間有 5 cm左右的空洞,片石上存在泥土,混凝土與片石結(jié)合不密實,此為導致拱腹表面產(chǎn)生大量不規(guī)則裂縫的原因。

2.1.3 其他病害

主拱圈上游側(cè)漿砌混凝土預制塊部分,砌縫存在不飽滿現(xiàn)象。主拱拱腹在兩側(cè)拱腳和拱圈外側(cè)漿砌混凝土預制塊附近有漏水現(xiàn)象,并泛堿白呈鐘乳石狀。美姑側(cè)主拱圈在拱腳與拱座結(jié)合面處存在空隙,雨水從該處下漏,并產(chǎn)生鐘乳石現(xiàn)象(圖 2)。

圖2 主拱圈結(jié)構(gòu)損傷圖(單位:cm)

2.2 橋臺及基礎

美姑側(cè)橋臺側(cè)墻和下游側(cè)前墻在本橋施工時曾進行過加固,方法為在橋臺外側(cè)用漿砌片石進行包裹。

昭覺側(cè)橋臺前墻在下游側(cè)距外測 50 cm處有 1條大裂縫(圖 2),系主拱大裂縫貫通至該處,并延伸至地面,寬達 5 cm。昭覺側(cè)上游橋臺側(cè)墻存在砌縫不飽滿、個別砌石松動現(xiàn)象。

兩側(cè)橋臺無護坡,上游側(cè)橋臺側(cè)墻附近泥土下滑至河道,大部分美姑側(cè)橋臺前墻被下滑泥土所埋。

兩橋臺基礎無沖刷,但昭覺側(cè)橋臺有產(chǎn)生沖刷的趨勢。

2.3 橋面系

橋面鋪裝層未發(fā)現(xiàn)裂縫,局部鋪裝層缺失,路面不平整。

該橋上游側(cè)欄桿完好,下游側(cè)欄桿外傾變形,系主拱圈外傾所致。

2.4 橋梁評定

根據(jù)現(xiàn)場檢測,由于長時間超負荷運營和橋梁本身存在的缺陷,導致存在一定的病害,出現(xiàn)了程度較大的損傷。經(jīng)對該橋進行綜合評定,色爾古拱橋為三類橋梁,必須進行維修和加固,且要采取一定的加固措施,提高橋梁的整體承載能力,增強橋梁的使用性能,延長橋梁的使用壽命。

由于該橋存在較大的損傷,若拆除原橋后進行重建,估計全橋造價為 120萬元,而加固費用約為 100萬元,且重建橋梁工期增加,難度增大。綜合考慮以上幾點,決定對該橋進行維修加固。

3 加固方法

綜合考慮該橋的病害情況與加固經(jīng)濟效益,全橋加固方法如下。

3.1 橋臺、主拱、基礎的裂縫和缺陷治理

(1)由于原橋出現(xiàn)縱向?qū)挾葹? cm的貫通裂縫,為了提高橋梁構(gòu)件受力的整體性和耐久性,對主拱圈、橋臺前墻等砌體裂縫,采用高壓壓注M 20水泥砂漿的方式進行治理。

(2)由于原橋的主拱圈、橋臺的漿砌混凝土預制塊部分,存在砌縫不飽滿現(xiàn)象。為了提高主拱圈受力的整體性,對主拱圈、橋臺的砌縫不飽滿的構(gòu)件進行高壓壓注M 20水泥砂漿的方法進行治理。

(3)由于原橋的主拱圈現(xiàn)澆片石混凝土部分,存在空洞現(xiàn)象,為了提高主拱圈受力的整體性,對拱圈空洞的部分采用高壓壓注 M20的水泥砂漿的方法進行加固補強。

(4)由于昭覺側(cè)橋臺有產(chǎn)生沖刷的趨勢,為了確保橋梁的安全,對橋下溝床用M 7.5漿砌片石鋪砌的方法進行防護。

3.2 改變結(jié)構(gòu)體系

(1)根據(jù)計算分析,本橋拱腳截面不能滿足通行公路-II級荷載要求,為了提高拱圈的承載能力,將實腹式拱橋變?yōu)榭v置橋面板的空腹式拱橋。具體做法為:首先對稱拆除主拱上的填料和橋面鋪裝層、欄桿;然后現(xiàn)澆橋臺前墻部分的混凝土,對臺帽底以上的橋臺側(cè)墻進行重筑,現(xiàn)澆墊墻、橫墻、墻帽、臺帽、支座墊石;再安放支座,現(xiàn)澆橋面連續(xù)板;最后澆筑橋面鋪裝層、臺后搭板、防撞欄桿。

(2)由于原橋主拱圈兩種材料間缺乏可靠的連接,導致該處產(chǎn)生縱向大裂縫。為了提高橋梁的承載能力,確保拱圈共同受力,在拱腳套箍段施加橫向無粘結(jié)預應力,同時在新增的橫墻位置通過在原拱圈上植入連接鋼筋后現(xiàn)澆鋼筋混凝土橫墻的方法,使得主拱圈兩種不同的材料共同受力。這樣,既減輕了結(jié)構(gòu)的自重,又可確保兩種分離的材料共同受力。

(3)由于昭覺側(cè)橋臺前墻下游側(cè)出現(xiàn)寬度較大的裂縫,為了確保橋臺受力的整體性,對該橋臺采取鋼筋混凝土套箍帶加固的方法進行治理(圖 3、圖 4)。

圖3 加固后橋梁總體結(jié)構(gòu)立面圖

圖4 套箍加固示意圖

4 加固效果

改變原橋結(jié)構(gòu)體系后,對加固后橋梁按照公路 -Ⅱ級車道荷載等級要求進行建模計算。在承載極限能力極限狀態(tài)下,主拱圈各截面結(jié)構(gòu)抗力與結(jié)構(gòu)內(nèi)力之比都大于 3,橋梁結(jié)構(gòu)的承載力滿足。在正常使用極限狀態(tài)下,主拱圈各截面均受壓,橋梁結(jié)構(gòu)的剛度滿足。

通過加固,色爾古拱橋能夠滿足規(guī)范的要求,橋梁恢復正常運營,橋梁加固效果顯著。

5 結(jié)束語

拱橋的類型多種多樣,不同的結(jié)構(gòu)類型,病害表現(xiàn)有所不同,產(chǎn)生的原因也有很大的差異,而處理病害的方法手段也是多種多樣。在實際工程中,需要對問題進行具體分析,針對病害情況與加固經(jīng)濟效益做出研究,以獲得顯著的加固效果。本文對同類橋梁的維修加固提供了參考。

[1]JTG D 60-2004公路橋涵設計通用規(guī)范[S]

[2]JTG D 61-2005公路圬工橋涵設計規(guī)范[S]

[3]JTG H 11-2004公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范[S]

[4]王振領,李麗.南部嘉陵江特大橋裂縫治理方法探討[J].華東公路,2004(8):32-35