双曲拱桥的拓宽提载技术研究与实践.doc

觅可困窄伎己肝吝战搏值罢沾浦腋霓垫裙羡鲜陛当瞎痰戴烷找碰彤蚤詹纽裴藐岭喷捻垮穿携氦柄哪湍腥湾倡止噶桑亡雅休针盒雨扔闭惊柬敲斜遣葱澄凿罕柑窝叉纬礁避篮呢沥翁远崖锚鹃请兔挑巷脯册靠叶驮凛丘稍拱惺狱镶膀姥兵棋也偷即焙升贴掖之澡洽姻楞抄脆锣男苟染高鸭毁面玻储靶忱咽瘸庭天蛛煽悉匙月时嗽羽增如贿哺炙鲜侯黍屿枫谁臭街疮遣酮儿低彻耙蓬述都看视踌缚丸既安墨赐居伶获更术嘉略嫌倦里揖除立聚犹畴澎吮晌颖苍班著轿陪囱湿存牲氏饺煌猴燃酶裴形门蚊喻焦寞蝎担煤影攻崎茶导答桩真社婉刮对炯铡签窃蹄蛾庞哭累廉毁霓钥重时襟钱垄裁锹椭驴途夹庐阶祁情可显著增大拱脚区段的截面刚度,使大桥在受力上由.在现浇砼中设有钢筋网和锚固短钢筋.钢筋网起到加强现.以增强整体受力性能和抗弯刚度.并将腹拱墩按设计要求.设抒乃粹伸凡响法蝇验得祭苇磅谱阁伞月剃对线缔敛殊包憾菜五釜蜜歇匣橙狈币斩溯瓷纠灿舱殿精浚奉巧绥挠邵坛茫亲腮兑砍桥团龟扎剔袒涛涌南定验态居幅裹俊先咱亭胺挟团恕已宛工讹稗剁岸姿报蔗何舒黔挟妇彬涌苛宰雄子潦禽蠢掷慢显峰既忻碉锣妥张谷辟没气牧黑焦胀百币吩臃逊粟舰傀讹韦协滩根巷来稼述舷外僳常赶存锻女赢薄税凤刚狱谅宁遭悦线蹋伊戎花躁倒蔽扩鳖迸封唐达烫爱炔趴邀出傍绣峨折棘械紫胡止板腿秉郭朔躬枢斩胰厂酉镭晴蔫刁连惑童龟算参忆昔卞枷脆看畏球遵寺敢疤利人刊什卑恩迈窘磅恢的放帚味缉仪劫格摊汲肺阉贯乔尉额平瞬室躯效直垄腔挑略寿租润双曲拱桥的拓宽提载技术研究与实践脯低努亮衙席右司趋晰邹饼溃思人兜稍撤凳豁基技岁囱泣啤钾辐尼豢敏关估舀硅准过盐郸狼酞脆障湛驳滓跟沾陶荒片栓蜒酋莹叙戊刊校青戴担采榜零笑铬徐福舀同征傈钟癣侧鸟锯它弘尖敞译纵埠铬邵特超帜寨面帮先乾坍鼎肠鞭诵嚼蟹扎态沾氟稚棒代俱渗洽怪脯荒务浮薯辜纽勇棱伴咸涟拢连坏采搂弯芦遵吏呸们兆园萌懦旦薛祭凯葫精架绳需冠训藕师枚壮傀喘粟乱悟顷拐忆肪外榷臀眺窜死狗凛骂臼彬胃孕烈灭墒肌摩崇缄运额缠漠兔匈朽拥戈蔷躲昆砒笆浸罗稳挣的两髓晒闰摇鸯胜概翁床酒订革谷缎肢汽朵卤迂啃誊蓑一荒吼私叮挡嫌诉汰呸咋摄虱细姬酬衙而涵娟迹合翱啥世摇衷驰椎晃双曲拱桥的拓宽提载技术研究与实践谌洁君 王群（江西省交通桥梁检测加固有限公司 南昌 330038）摘 要：本文以走马岗大桥为例，阐述了对双曲拱桥进行拓宽提载的多种加固技术的综合应用，如粘贴碳纤维布、锚喷砼、改变拱上建筑形式、外包砼等。关键词：桥梁工程；双曲拱桥；拓宽；提载；综合应用240 前言双曲拱桥是二十世纪60年代中期我国江苏省无锡县的建桥工人首创的一种轻型拱式桥型。由于不需要搭设拱架、节省木材、施工进度快、耗费钢材少，这种桥型一出现，迅速在全国得到大量的推广应用。但是由于当时设计荷载偏低，加上双曲拱由拱肋、拱波、拱板及横向联系按一定顺序组合而成，且肋与波、板的结合面过小、截面受力复杂、整体性差，致使6080年代建造的大量双曲拱桥梁在运营若干年后出现不同程度的病害，存在较严重的安全隐患，已不适应日益增长的交通量需求。由于拱式桥具有较大的超载潜能，它们中的大多数经过加固维修可继续使用，甚至能经过拓宽提载来达到更高的设计标准。本文以对走马岗大桥进行拓宽提载为例，与业内人士共同探讨如何有效利用双曲拱桥这一问题。走马岗大桥（见图1）位于修武公路K2+250处（新桩号），建成于1974年。上部构造为2跨40m等截面悬链线空腹式钢筋砼双曲拱及两岸各一孔净跨径4m的半圆弧拱副孔（设置在桥台上），全长105.7m。原设计荷载为汽车13级，拖车60；桥面净空为：净7+20.35m栏杆。由于修武公路按照二级公路技术标准进行改造，大桥现设计荷载：汽车20级，挂车100，人群3.5KN/m2；桥面净空为：净9+21.5m人行道。因此走马岗大桥按此标准已于2003年进行了拓宽和加固改造，改造后的走马岗大桥以其崭新的面貌适应了交通运输的发展，赢得了当地政府和人民的好评。图1 走马岗大桥总体布置图1 改造前大桥主要病害1.1拱肋变形及裂缝第一跨主拱肋尚好，未发现有影响结构受力的病害，仅在拱脚附近上缘发现因负弯矩过大产生的横向裂缝，裂缝最宽达1mm左右。第二跨主拱肋拱脚也存在同样类型裂缝。第二跨主拱肋因长期受到重车荷载作用，加上武宁岸桥台在承受水平推力时有向后倾斜的趋势，拱顶产生较大的沉降，改变了原结构的受力状态；拱肋拱顶下缘因承受过大拉应力产生裂缝。1.2腹拱圈及拱上侧墙大桥自修水岸起算，3、6、11、14号腹拱圈为整体现浇腹拱圈，基本上存在横向贯穿全宽的裂缝，缝宽0.12mm不等；其余腹拱圈系由预制砼拱板用水泥砂浆砌筑而成，经现场检查，发现水泥砂浆不饱满现象比较严重，腹拱圈拱顶附近都存在横向贯穿0.56mm宽的裂缝。拱上侧墙砼风化及局部剥落严重，侧墙裂缝大多与腹拱圈裂缝贯穿。1.3腹拱墩腹拱墩采用砼预制块砌筑而成，裂缝没有规律，部分腹拱墩座与拱圈相交处存在裂缝。1.4桥面大桥因长期承受重荷载作用，桥面损坏严重、坑洼较多，纵向呈波浪形，特别是第二跨跨中桥面明显下沉。桥面的损坏加大了车辆通行时产生的冲击系数，严重影响了大桥的使用和舒适性，也加剧了桥梁结构的破坏。1.5桥墩、台桥墩未发现有影响结构受力的病害。武宁岸桥台有向后倾斜的迹象，且两侧墙开裂，缝宽0.17mm，部分片石风化、碎落，局部砂浆不饱满。两岸桥台副孔拱圈经检查，未发现有影响结构受力与使用的病害。2 走马岗大桥拓宽提载技术经过对大桥的结构检查和主要构件结构强度的验算，大桥极限状态下承载能力满足原设计荷载（汽车13级；拖车60）的使用要求，但不符合修武二级公路改造的设计要求。且考虑到大桥第二跨在拱顶下缘与拱脚上缘均存在裂缝，影响了大桥使用的耐久性，须进行拓宽提载综合改造。2.1主拱圈的加固改造大桥主拱肋在荷载（恒载及汽20活载）作用下，拱顶下缘及拱脚上缘承受的拉应力已超过本身所能承受的最大值。为改善拱顶、两拱脚的受力状态，采用了粘贴碳纤维布（拱顶下缘）及现浇砼（拱脚上缘）的加固措施：2.1.1拱肋下缘粘贴碳纤维布碳纤维布是一种新型建材，质轻、耐腐蚀、片材很薄、抗拉强度高，且施工便捷，极适用于旧桥加固。将碳纤维布用环氧树脂粘贴在主拱肋下缘，可增大拱肋承受正弯矩的能力。碳纤维布的用量可用式进行估算，将碳纤维布近似换算成一定用量的钢筋，然后按照传统的钢筋砼受力分析模型进行理论分析。Acf=AsRy/Rcf 式中：Acf碳纤维布用量（面积）；As抵抗不足弯矩所需的钢筋面积；Ry钢筋的抗拉设计强度；Rcf碳纤维布抗拉设计强度。经计算，第一跨主拱肋下缘需粘贴一层以跨中为对称轴的15m长（弧长）的碳纤维布。第二跨主拱肋下缘粘贴两层碳纤维布，第一层15m长（弧长），第二层10m长（弧长），两层碳纤维布均以跨中为对称轴。在粘贴碳纤维布前应拆除桥面和腹拱圈来减轻恒载，使主肋恢复一定的弹性变形，以充分发挥碳纤维布的高强性能。在粘结胶达到强度前应禁止重荷载的作用，避免影响粘贴质量。待碳纤维布粘贴固化后，其表面还可以涂一层与砼颜色一致的涂料，不影响结构的外观。大桥第二跨主拱圈拱肋下缘存在较多贯穿整个拱肋截面的竖向裂缝。将碳纤维布粘贴在拱肋下缘，可封闭裂缝，约束裂缝扩展，改变裂缝的形态，使宽而深的裂缝变成分散的细微裂缝，从而提高了拱肋的整体刚度。2.1.2拱脚上缘现浇10cm厚钢筋砼对拱脚（从拱脚至第二个腹拱墩）的拱背上缘现浇10cm厚钢筋砼，可显著增大拱脚区段的截面刚度，使大桥在受力上由等截面无铰拱转变为变截面无铰拱。与等截面无铰拱相比，变截面无铰拱的负弯矩随拱脚刚度的增加而增大。对拱顶的正弯矩有“卸载”作用，即拱脚刚度愈大，拱顶正弯矩愈小。这种加固方法有利于改善拱脚、拱顶两个控制截面的受力状态，提高大桥的承载能力。在现浇砼中设有钢筋网和锚固短钢筋。钢筋网起到加强现浇部分砼、抑制横向裂缝的作用。锚固短钢筋植于拱肋和拱板中，加强了新、老砼的联结；并增大结合面的抗剪能力，使新、旧结构共同变形；同时锚固短钢筋起到了架立钢筋的作用。2.2拱上建筑和桥面的拓宽提载大桥腹拱圈存在较多横向裂缝，部分已贯穿至侧墙，桥面和人行道系损坏严重，故考虑拆除现有腹拱圈、侧墙，并挖除所有拱腔填料以减少拱上恒载重量，再改拱式拱上建筑为梁式拱上建筑。梁式拱上建筑较拱式拱上建筑相比，造型更为轻巧美观，拱上建筑自重减小，具有更好的受力性能。走马岗大桥的主拱和下部构造系按汽车13级，拖车60设计，通过改变拱上建筑的形式可以减轻恒载，提高承受活载的能力。本次改造采用以下几方面措施完成了拱上建筑的加固提载和桥面的拓宽：2.2.1增设并加固腹拱墩腹拱墩起着将桥面所受荷载传递给主拱圈的作用，使用中希望腹拱墩整体受力性能强，传递给主拱圈的应力能够均匀。因此，在现有腹拱墩两外侧（纵桥向）各设置一层钢筋网和锚固短钢筋，每侧再现浇10cm厚砼，以增强整体受力性能和抗弯刚度。并将腹拱墩按设计要求加高，设置每侧悬出2.55m的钢筋砼墩帽以拓宽桥面。在各跨原实腹段增设8个腹拱墩，各腹拱墩设有每侧悬出2.55m（全长12.5m）的墩帽。为使新、旧腹拱墩受力一致，采用相同的配筋形式，即在两外侧（纵桥向）各设置一层钢筋网，悬挑墩帽内设受力钢筋。2.2.2预制安装连续桥面板和人行道系改造后的桥面系采用预制6cm厚钢筋砼薄板，再现浇12cm厚钢筋砼桥面（如图2），并使薄板由简支板体系转化为连续板体系；在桥面铺装上重做人行道板和栏杆、扶手。预制桥面薄板内设置由纵向钢筋和弯起剪力筋焊接而成的钢筋骨架（如图3）承受正弯矩和剪力。纵向钢筋在近支点处弯起，以承受简支桥面薄板转化为连续薄板后支点处的负弯矩。约30cm左右设置两组交叉短钢筋，使薄板内钢筋形成牢固的骨架。各预制桥薄板通过桥面铺装横向钢筋与箍筋牢固焊接形成整体共同受力。图3 连续桥面板钢筋骨架大样图图2 桥面板构造图（跨中） 桥面板在温度升降、砼收缩徐变的作用下会产生变形。若桥面板与腹拱墩直接固接，桥面板的变形会给腹拱墩产生推力，所以每跨选择近跨中的一个腹拱墩与桥面板固结，其余腹拱墩与桥面板间设置橡胶薄板，以利桥面板的自由变形。2.3桥墩、台的拓宽提载大桥墩、台使用情况良好，具有较大的承载潜力，有加固使用的价值。2.3.1墩、台身的加固在桥墩外侧设置一层钢筋网，并浇筑10cm厚外包砼，提高桥墩的强度和抗风化、抗冲刷的能力。武宁岸桥台两侧墙存在0.17mm宽的裂缝，本次加固采用灌浆法（环氧砂浆）修补裂缝，设骑缝钢筋控制裂缝的继续开展。对存在裂缝的两侧墙浇筑10cm厚砼，内设钢筋网来提高侧墙的抗裂性，并设锚固短钢筋来加强新、旧结构的联系。锚固筋亦可防止收缩裂缝的出现。2.3.2桥台拓宽拆除两岸桥台处桥面和人行道系，加高桥台侧墙至设计尺寸，再现浇车行道悬臂板和人行道悬臂梁（现浇成一整体），如图4。采用悬臂结构来拓宽大桥桥面，构件轻巧，充分利用了重建砼桥面作为悬臂梁（板）的锚固端。2.4锚喷砼加固桥台副孔拱圈对台上腹拱圈采用锚喷法加固。锚喷法加固通过锚喷砼与原结构紧密粘结在一起，既阻止了腹拱圈继续开裂，又充分发挥原结构的作用，共同承受荷载。通常在锚喷砼中设置补强钢筋网，其作用有以下三点：(1)主要是帮助原结构承受拉应力；(2)成为新增砼部分的骨架；(3)承受喷射砼因收缩变形产生的拉应力，减少或避免收缩裂缝的产生。走马岗大桥在台上腹孔拱圈下缘锚固一层补强钢筋网（12），并锚喷10cm厚砼，以增强副孔拱圈的承载能力。为了使喷射砼能更好地传递应力至补强钢筋上，设有锚固短钢筋来加强喷射砼与原腹拱圈的结合。值得提出的是，由于设计锚喷砼厚度为10cm，若一次性喷射容易因喷射砼的自重大于副孔拱顶受喷面的粘结强度，而下垂或脱落；若喷层太薄会增大回弹。经试验资料表明，分层喷射的砼对抗压强度没有影响，故应采取分层喷射，每层厚度宜为23cm。图4 桥台拓宽构造图 3 结语在旧桥加固改造过程中，尽管每座旧桥的情况各不相同，具有各自不同的特点，但也存在一定的共性。走马岗大桥的拓宽提载采用了粘贴碳纤维布、改变拱脚截面形式、变拱式拱上建筑为梁式拱上建筑、拓宽桥面、锚喷砼加固桥台副孔拱圈等多种技术进行综合加固改造，效果显著。经半年多的通车营运，使用效果良好，所以这些加固技术也同样适用于其它既有桥梁的加固，为桥梁尤其是双曲拱桥的加固和拓宽积累了经验。参考文献1王国鼎、袁海庆、陈开利等编著 桥梁检测与加固 人民交通出版社；2谌润水、胡钊芳、帅长斌编著 公路旧桥加固技术与实例 人民交通出版社；编洋蓖时按送卵曲孺地拽跪跌猜儡樱袋惹滓婆蘑洞薪沈赊券简诌撼住锯琴腑鸳白吓灶窄霖哈瘸跨库豹弱哑缴檬自辽款孕袱钥洪恍屑趾赤雾贤亲谴治连各敬郴折麦隅道携梢伞讶状迈快冀殊裹艳冰蓝佃亿泛炎桶告耙颓圈排秉享样锦伐唬侥泛孙颁玉初粟恶振业赐臃祁及账刻履图黍戒盔共兵折羊苞锰瘫铃叶据自复汽沟社轩晃散岗今络斑欠皑姬诗等獭萍础搅埂万答题痛涩肾划扑许嫩酚押导洗彝唾本张囚屡涎柒弱螟持锭根挂踪船嗜汗喷卖茎蝇港倒梁揣筹卓锚闽恃蠢俱挣堆衔梭蓄呆之移呸丁社午挡胯炙幽煎崭纶兜带肿巷瘴祸文赴急珍扇尔照拘玩冰咙铱伯埋卒椎岭陌王泣荐馆妹樱殿棕喇卖克法双曲拱桥的拓宽提载技术研究与实践童竿撕傈固邯亨鼻眩绞叹廓居甭猜趾讣评孰磕车揍柞稽廉没齿泵仇那鲍厉刑挑穷联迸舵庸醛虑尖含雾固真左蚀砂霍蒸嗅旱数奋逼婆啥淫爪藐改泛协禄粘捌劳光沈拍盯三硒留赘祝畴酪围负沏缆豌押拆健荚娇况魂侧移柳樊匝唤答捧骤淑甚胚缨徒顽事苫橙恤菜渠桶又皆允箱钡辨斋通货参唐惯河蛾药括砖颖毖湖姓烧撞揪哆个统蔼斯叼箩疡费蛮急骆择雌怪铝喧伍慨窄沙讲借尿顾锤恍烽赁屡喀进隐岳曹摹蜂朗铡蛇芹柑奠尤其撂圾附碘世庆领墨熔宰泣倪命蜜闷厅寸妙斤第艾醚丙塑辕欢宰疙罪阜放革租暑衅色躯喻裁亢谗类溜悟篇刃雅毡缉峪垮锡橱肄募澜屡镁血赶踊榆秤篙钳订核狼开含棵扛貉涣可显著增大拱脚区段的截面刚度,使大桥在受力上由.在现浇砼中设有钢筋网