浅谈广东英德市西牛大桥加固方案设计及施工要点.doc

浅谈广东英德市西牛大桥加固方案设计及施工要点大桥加固方案设计及施工要点摘 要：简要介绍了西牛大桥加固方案在设计方面采用的崭新的设计思路：运用反吊模式进行T构纠偏；介绍了实施此加固方案的一些施工要点、难点。关键词：西牛大桥；旧桥加固；方案设计；施工要点1 工程概述广东英德市西牛大桥是省道348线上跨越连江的一座大桥。其桥型布量为5 16m十230m十45m十65m十45m十230m十516m，全桥总长4476m。主跨为带挂梁的两个T型刚构，挂梁长度为25m，T构的悬臂长度为20m，其他桥孔均为预应力混凝土简支T梁。桥面总宽12m，由净一9十215m人行道组成，荷载标准为汽一20级、挂一100，人群荷载35kNm2。旧西牛大桥于1991年建成通车，运营时间不到10年。2 病害情况及原因分析大桥的病害发生在8号和9号主桥墩的两个T型刚构上，以9号墩的病害最为严重。检测报告和地质勘察补无报告提供的资料表明：(1)9号桥墩因两排桩基的不均匀下沉使墩身向河心方向倾斜55mm，桥面竖曲线严重变形，形成折线状，与8号桥墩相连的两条伸缩缝已卡死，另一端的伸缩缝被拉开了100mm，伸缩缝的功能已完全丧失。挂梁支座因剪切变形太大，已基本损坏，8号桥墩下游侧向河心方向倾斜15mm，两个桥墩在倾斜的同时均带有不同程度的扭转。(2)对桥面铺装厚度的检测表明：8号、9号桥墩T构的桥面平均厚度分别为235mm和177mm，铺装厚度各相差68mm和87mm，有较严重的不均匀性；目前8号桥墩顶桥面高程比9号桥墩高27 (3)8号、9号桥墩处基岩中的溶洞、溶沟十分发育，岩面起伏陡峭，9号桥墩基础承台的两排校长差异较大，达918mn 1#、3#桩尖未能与基岩紧密接触，其间有100150mm厚岩渣碎石，桩尖下基岩197m和079m处就有溶洞深155m和04m，在桩尖集中力作用下，溶洞顶面会产生变形。这些因素均可能使各基础产生不均匀下沉，导致桥墩倾斜。(4)8号桥墩的4#桩局部存在较严重缺陷，各桩的桩身混凝土的强度有较大的差异，8号桥墩顶下游同时向河心方向倾斜15mm。(5)8号、9号桥墩所处地质存在一断层通过，也可能引起桥墩的倾斜。1989年10月，广东工学院和中国科学院南海海洋研究所用声波探测的结果表明：8号、9号桥墩处有一北西走向约l16的裂隙通过，不能排除由于这种原因引起桥墩的倾斜。3 加固方案设计31 方案提出根据检测结论、原设计文件、工程地质资料，经综合分析及复算，加固设计部门共提出了4个加固处治方案：方案l 增设桩基及预应力承台方案；方案2 增设桩基及外包承台方案；方案3 1#3#旧桩桩底及桩底溶洞压浆方案；方案4 综合加固方案。其中，方案l，2，3均属于被动加固方案，其设计思想是：维持9号桥墩目前已基本稳定的倾斜状态，为了防止大桥在长期运营过程中，因冲刷及车辆荷载等综合作用而引起9号桥墩倾斜进一步发展，通过加大基础及对旧基础压浆等措施来提高其承载能力。这3种方案比较简单、经济、可操作性强，但施工过程的可靠性差，没有从根本上解决问题，是被动防范的处理方式。32 方案选用及其根本思路通过召开西牛大桥加固方案专家评审会，评审结果一致认为，采用方案4即综合加固方案。本方案属于主动加固方案，其设计思想不是以维持现状，防范倾斜发展风险为目的，而以尽量纠正偏斜，使9号桥墩恢复到设计要求状态为目的。本方案的整个思路如下：(1)在原基础靠河中心侧加3根桩；(2)在原承台上加一层新承台，用水平与竖向预应力钢束将新旧承台及墩身联成整体；(3)新桩与新承台之间先不连接(留有约800mm高的空间)，在两者之间布设竖向施力的千斤顶(见图l(2)；(4)在桥面上8号、9号桥墩之间的伸缩缝位量布量水平施力的千斤顶(见图1(1)；(5)上下两处(桥面和桩顶)的千斤顶分先后交替对T构进行支顶，即所谓的纠偏过程；(6)待纠偏到位后，浇注新桩与新承台预留部分混凝土，使两者共同参与受力；(7)对l#一3#旧桩桩底及桩底溶洞实施高压压浆。图l 设计纠偏方案示意由此可见，本方案采用了一种崭新的设计思路以及大胆的设计构想，其一，既然T构倾斜是由于桩基础下沉引起，便希望通过在新增桩基与新增承台之间垂直向上施加支顶力，往中间一排原有桩基上施加一个上拔力，从而带动整个T构由倾斜状态恢复垂直状态，重新独立地站立起来；其二，考虑到拔桩力的巨大，同时采用了3种不同受力方向、不同荷载类型的施力方式桥面铺装层加卸载、桥面水平支顶、桥下竖向支顶进行纠偏。可以说，这是一种三管齐下、釜底抽薪的加固方法，大大增加了加固成功的可能性。33 方案改进及完善西牛大桥的加固方案不敢说是绝无仅有，但至少是罕见的，很难找到类似的参考。整个加固设计方案都是在摸索中进行，需要不断改进、不断完善。考虑到施工的可操作性及安全性问题，在桩顶支顶纠偏方案方面，经施工单位与设计单位探讨后，决定对原方案做进一步的改进。概括来说，是做了一个受力体系(或者说是受力部位)的转换，即由原来桩顶施力转换到承台面施力，同时由原来千斤顶直接支顶承台转换为通过张拉预应力粗钢筋反吊承台。经过改进后，在保证原有作用效果和功能的前提下，使施工过程更容易操作，也更安全。本方案的特点归纳起来有如下几点(见图2)：(1)在桩顶设量传力柱(采用700mm钢筋混凝土立柱形式)，延伸到新承台顶。(2)在新承台顶浇注一条反力梁，通过18根32精轧螺纹钢与承台连接。(3)支顶过程通过在反力梁面上张拉32精轧螺纹钢达到对新承台施加上拔力的目的，其受力传递为新增桩基一传力柱一反力梁一精轧螺纹钢新增承台一整个T构。(4)本方案的优点在于，把整个纠偏工序放在新承台面进行，可以避免相对困难的水下操作。承台施工时，也就不用进行钢围堰施工以及水下混凝土封底，经济上较可观。(5)本方案实施时需注意的问题：承台钢筋、桩顶钢筋在预留环缝内