剛架拱橋維修加固施工監(jiān)控分析

姚響宇

（1、廣東盛翔交通工程檢測(cè)有限公司 廣州511400；2、廣東和立土木工程有限公司 廣州511400）

0 前言

本文介紹了國(guó)道325線陽(yáng)江段某大橋新橋維修加固方案，通過(guò)對(duì)拱橋維修加固主要過(guò)程的仿真分析掌握其特性，再通過(guò)對(duì)橋梁維修加固過(guò)程中的施工監(jiān)控掌控其安全狀況，為相關(guān)橋梁維修加固及施工監(jiān)控提供參考。

1 剛架拱橋維修加固方案

某大橋新橋位于國(guó)道G325 線陽(yáng)江段上，跨越漠陽(yáng)河，橋墩臺(tái)與線路呈正交布置，橋梁全長(zhǎng)359.04 m，橋梁寬度12.1 m。上部結(jié)構(gòu)采用剛架拱及現(xiàn)澆板梁組合形式，跨徑為12.02 m+8×42.25 m+9.02 m，下部結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁和擴(kuò)大基礎(chǔ)2 種基礎(chǔ)形式，2、6、7、8 號(hào)墩為單排樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)為雙排樁基礎(chǔ)，3、4、5 號(hào)墩為擴(kuò)大基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)荷載為汽車-20 級(jí)，掛車-100。

本剛架拱橋主要維修加固內(nèi)容如表1 所示，主要施工順序如下：

表1 剛架拱橋主要維修加固內(nèi)容Tab.1 Main Maintenance and Reinforcement Content of a Rigid Frame Arch Bridge

⑴全橋橫橋向?qū)ΨQ分為左右中A、B、C 三塊（見圖1），每塊分為2 條，全橋順橋向每條同步拆除，由外側(cè)往內(nèi)側(cè)對(duì)稱拆除，先拆除左右2塊，新增兩側(cè)拱片完成后，重建左右2 塊橋面板，再拆除中間塊，新增中間拱片，再重建中間橋面板，最后重建橋面鋪裝及橋面系。

圖1 拆除分塊分條示意圖Fig.1 The Diagram of Remove Block and Strip （cm）

⑵單跨從跨中位置起向拱腳前后對(duì)稱拆除。

⑶橫橋向?qū)蛎姘宸譃?段（4.35+3.60+4.35）m，劃分原則以拱片支點(diǎn)為中心劃分，先拆除左右A、B 塊4.35 m 寬橋面鋪裝與橋面板，采用風(fēng)鎬配合切縫機(jī)切成混凝土塊，順橋向各分為2 條，同時(shí)拆除A1、B1 塊，再同時(shí)拆除A2、B2 塊，依次拆除，并且前一條拆完運(yùn)走后方可進(jìn)行后一排的拆除。

⑷微彎板構(gòu)件拆除采用吊裝方式，采用人工鑿除榫頭，保留原榫頭鋼筋。

⑸采用雙拼工字鋼在橫橋向與主拱腿用套箍固定，以加強(qiáng)拱片橫向穩(wěn)定性，數(shù)量及間距與橫系梁和橫隔板保持一致。

⑹在新增拱片施工前對(duì)橫系梁摸查，探明其是否有預(yù)應(yīng)力鋼筋，對(duì)有預(yù)應(yīng)力鋼筋的橫系梁進(jìn)行鉆孔；對(duì)無(wú)預(yù)應(yīng)力鋼筋的橫系梁進(jìn)行鑿除作業(yè)，鑿除A、B塊處拱片之間橫系梁和橫隔板與新增拱片接觸面的混凝土，保留原鋼筋（見圖2）。

圖2 拱片橫隔板與橫系梁現(xiàn)狀Fig.2 Present Situation of Arch Diaphragm and Transverse Beam

⑺以C 塊為通道，進(jìn)行A、B 塊處新增拱片的施工，新增拱片按設(shè)計(jì)要求設(shè)置拱片預(yù)拱度。

⑻以新建橋面板后的A、B 塊為通道，拆除C 塊3.6 m寬的橋面鋪裝與橋面板。

⑼鑿除C 塊處拱片之間橫系梁和橫隔板與新增拱片接觸面的混凝土，保留原鋼筋。

⑽以新建橋面板后的A、B 塊為通道，進(jìn)行C 塊處新增拱片的澆筑，新增拱片按設(shè)計(jì)要求設(shè)置拱片預(yù)拱度。

⑾待C 塊處新增拱片達(dá)到95%強(qiáng)度后，澆筑中間5.477 m寬的橋面板。

⑿待C 塊處橋面板達(dá)到95%強(qiáng)度后重建全橋橋面鋪裝、護(hù)欄等橋面系設(shè)施。

2 剛架拱橋維修加固仿真分析

2.1 全橋倒拆分析及整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

橋梁理論計(jì)算模型示意如圖3所示。

圖3 剛架拱橋有限元模型Fig.3 Finite Element Model of a Rigid Frame Arch Bridge

通過(guò)橋梁有限元分析［1-6］可知：全橋倒拆分析過(guò)程中，拆除橋面及橫系梁前拱片最大橫向位移0.21 mm（外偏），豎向撓度為-11.6 mm（往下）；拆除橋面及橫系梁后拱片最大橫向位移3.60 mm（外偏），豎向撓度為-5.5 mm（往下）。

將結(jié)構(gòu)自重、橋面鋪裝作為荷載對(duì)其進(jìn)行屈曲分析，拱橋一階、二階、三階、四階、五階、六階模態(tài)荷載臨 界 系 數(shù) 分 別 為1.207、1.209、1.218、1.218、1.219、1.220，由此得到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性系數(shù)。一般情況下穩(wěn)定性系數(shù)最小時(shí)結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)的可能性最大，經(jīng)計(jì)算，原橋在拆除橫系梁后結(jié)構(gòu)的最小穩(wěn)定性系數(shù)為5.04，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性滿足文獻(xiàn)［7］大于4.0的要求。

2.2 拱橋橫梁拆除狀況下承載力驗(yàn)算

經(jīng)計(jì)算拱橋在橫梁拆除狀況下，拱橋承載力滿足文獻(xiàn)［8］要求，具體結(jié)果如表2所示。

表2 拱橋在橫梁拆除狀況下的承載能力驗(yàn)算結(jié)果Tab.2 The Checking Result of Bearing Capacity of Arch Bridge under the Condition of Beam Removal

2.3 預(yù)應(yīng)力橫隔梁最小保留高度驗(yàn)算

經(jīng)計(jì)算有預(yù)應(yīng)力的橫梁需至少保留6 cm高度，方可確?；炷翂簯?yīng)力不超限，具體結(jié)果如下：橫梁預(yù)應(yīng)力筋張拉力為150 kN，C40 混凝土壓應(yīng)力允許值為13.4 MPa，剩余最小面積0.011 194 m2，橫梁寬度為0.2 m，剩余最小高度為0.055 97 m。

3 拱橋維修加固施工監(jiān)測(cè)

根據(jù)橋梁維修加固施工方案及現(xiàn)場(chǎng)條件，每跨墩頂、拱頂、1∕4L和3∕4L截面各布置3個(gè)垂直位移觀測(cè)點(diǎn)；每跨拱頂、1∕4L和3∕4L截面各布置2個(gè)水平位移觀測(cè)點(diǎn)［9-10］。

根據(jù)拱橋監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，拱橋在橋面系及橫系梁拆除后實(shí)測(cè)最大橫向位移為3.5 mm，小于計(jì)算值3.6 mm；實(shí)測(cè)最大豎向位移為4.2 mm，小于計(jì)算值5.5 mm（見圖4）；由此可知拱橋維修施工處于安全及可控狀態(tài)。

圖4 拱橋維修加固施工時(shí)主拱沉降及水平位移曲線Fig.4 Main Arch Settlement and Horizontal Displacement Curve during Repair and Reinforcement Construction of Arch Bridge

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)拱橋維修加固過(guò)程中的主要工序進(jìn)行仿真分析，從理論上掌握拱橋在各主要工序情況下的受力及位移情況：再通過(guò)理論計(jì)算與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，分析充分評(píng)估拱橋在維修加固過(guò)程中的安全狀況。