钢筋混凝土下套拱法加固石拱桥技术.doc

钢筋混凝土下套拱法加固石拱桥技术由于历史原因，许多旧石拱桥设计标准低，施工质量差，随着交通量不断增长，重型车大量增加，超载、超限运输严重，这些桥梁渐渐出现了拱圈、桥台开裂等各种严重病害，严重危及到桥梁的安全运营，因此，如何加固改造旧拱桥，提高其承载力，确保交通运输安全，已成为目前乃至今后面临的一项重要任务。下面通过207线10 m桥加固工程实践，介绍一种石拱桥加固技术-钢筋混凝土下套拱技术，以供参考、交流。 1 工程概况 207 线10m 桥是一座坡斜石拱桥，单孔跨径7.0m ，矢跨比1/2，重力式U型桥台，天然浅基础，设计荷载为汽-20，挂，100，拱圈厚50a n，该桥跨越季节性河流，桥梁全长27m ，桥面净宽9.0 m , 桥高9.0 m. 1985年10月建成投人使用。经几年运营，由于交通量骤增，特别是大吨位车和超限车辆增长迅速，原设计荷载标准相对偏低，加上设计、施工质量问题等诸多因素，该桥出现了拱圈及桥台开裂、桥面沉陷等严重病害，按照公路桥涵养护技术规范中桥梁技术等级评定标准确定为危桥，1997年山西省公路分局对该桥进行了加固处理。 2 主要病害及其原因分析 主要病害：桥面沉陷，主拱圈4处纵向(沿路线方向)贯通缝，并延伸至两桥台，最小缝宽1 mm，最大缝宽40 mm，有的砌石出现剪切破损，桥梁的整体性遭到破坏，承载力明显下降，严重危及到桥梁的安全运营。 原因分析如下: 1)石拱桥属超静定受力结构，斜拱桥锐角处应力集中，水平推力不均衡，导致锐角处拱圈开裂; 2) 桥台台背及拱腔填料不密实，在车辆荷载的作用下，逐渐下沉，导致桥台、拱圈产生附加应力而出现开裂; 3)交通量大，重车多，原设计荷载标准相对偏低。 3 加固技术 3.1 钢筋混凝土下套拱技术 石拱桥属超静定结构，受力复杂，一旦出现裂缝，其受力截面会发生应力重分布，也就意味着受力有效截面变小，结构应力增大，承载力降低。因此，对该桥采用变截面钢筋混凝土下套拱进行了加固处理，即在原拱圈下及桥台前墙、铺底底面浇筑一层卵壳形钢筋混凝土套拱，并通过锚杆使套拱与原拱圈及桥台紧密结合共同受力，以阻止拱圈及桥台裂缝、变形。这种加固技术主要是利用增大受力截面和“卵壳效应”，使旧拱桥整体受力均匀，达到增强整体性、提高承载力的目的。 3.2 设计要点 套拱混凝土标准:采用C25钢筋混凝土现浇。 套拱混凝土厚度:拱顶25c m，拱脚35cm，桥台底部45c m, 底板为仰拱，中央25 cm，两侧40 cm. 套拱钢筋配置:锚固钢筋14螺纹钢，外露15cm ，锚入25cm ,间距50 cm，铺底不设;横向钢筋10，间距32 cm，拱顶和铺底稍密，桥台部分稍疏;纵向钢筋分14环形筋与12U型筋，U型筋分大U型(贯穿底部至拱脚处)和小U型(贯穿底部至前墙高1/2 处)，分布顺序为环形大U型环形小U型.循环排列， 间距28 cm. 3.3 施工工序 1)环氧树脂砂浆处理裂缝; 2)浇筑套拱底板:a.围堰引水;b.挖基、清底;c.浆砌片石铺底 (作为套拱支撑基础);d布设、绑扎钢筋;e，浇筑混凝土。 3)浇筑前墙及拱圈套拱混凝土:a.钻孔安设锚固钢筋;b.布设、绑扎(焊接)钢筋;c.支模;d.分层浇筑前墙部分套拱混凝土;e. 分层浇筑拱圈部分套拱混凝土。 4)换填桥台台背及拱腔填料，重新铺装桥面。3.4 施工控制要点 1)原材料 :工程所用原材料包括钢筋、水泥、碎石、黄砂等，必须经检验合格后方可使用。 2) 地基承载力:套拱底板支撑基础应置于岩盘上，如未遇岩盘则地基承载力应达0.4 MPa以上，否则要考虑换填水泥稳定砂砾或灰土。 3)钢筋网制作、安装:钢筋加工前应进行整直除锈，符合要求后，严格按设计下料。钢筋采用电焊焊接，焊接一定要牢固，接头在构件内应错开布置。锚固钢筋应用环氧树脂砂浆锚固牢固，确保钢筋网制作质量。 4)支模: 模板应具有足够的强度、刚度和稳定性。支模应直顺、稳固，模板接缝务必严实紧密，确保浇筑时不漏浆，并且应在钢筋与模板间设置混凝土垫块，以保证混凝土保护层厚度。为保证混凝土振捣均匀密实，每次支模高度不宜大于90 cm，拱圈部分不宜大于60cm. 5)混凝土拌和:混凝土应按配合比标准拌和。拌和采用强制式拌合设备，确保拌和均匀。施工当中要注意拌合速度与浇捣速度的配合，随时检查混凝土坍落度，严格控制水灰比。 6)混凝土浇筑:浇筑过程应连续，中途不得间断。混凝土振捣应采用振捣棒，拱顶部分加以人工振捣，每个部位都要振捣密实，一般以振捣至混凝土不再下沉、无明显气泡上升、混凝土表面 出现薄层水泥浆、表面平整为适度。每次浇筑应低于模板5 cm- 8 cm，以便支设上层模板，并且在混凝土浇筑、振捣时不得碰撞钢 筋和模板，如发生松动，应立即加固处理。 7)拆模 、养生:当混凝土强度达到设计强度的30%时，即可拆模。拆模后应及时洒水养生，直至达到设计强度。 自1993年 以来，山西省干线公路采用钢筋混凝土套拱技术对多座石拱危桥进行了加固，在多年运营中，经观测新旧结构整体受力良好，没有出现异常现象，使用情况正常，达到了预期效果。 总之 ， 钢筋混凝土下套拱技术施工工艺简单，造价低，工期短，不影响交通，不污染环境，能够有效提高旧桥承载力，具有显著的经济效益和社会效益，可供类似的桥梁加固借鉴。 由于历史原因，许多旧石拱桥设计标准低，施工质量差，随着交通量不断增长，重型车大量增加，超载、超限运输严重，这些桥梁渐渐出现了拱圈、桥台开裂等各种严重病害，严重危及到桥梁的安全运营，因此，如何加固改造旧拱桥