双曲拱桥主拱圈外包混凝土加固

'学兔兔www.xuetutu.com双曲拱桥主拱圈外包混凝土加固窦勇芝，梁或，李东平69双曲拱桥主拱圈外包混凝土加固窦勇芝，梁或。李东平(柳州欧维姆工程有限公司，广西柳州545005)摘要：南渡大桥是一座运营了42年的双曲拱桥，已出现多处病害且原设计荷载等级低，为满足目前的使用要求，对其进行加固。采用外包混凝土的方法增大主拱圈截面，同时提高拱肋配筋率；加大横系梁截面，使其变成横向连接墙；增加L／8跨处系梁截面。施工中在主拱圈上植筋设置吊点，通过钢丝绳吊住拱下的吊架平台，拱下搭设施工吊架，采用吊架作为施工平台，模板采用拉杆吊挂系统进行支承，通过导流管完成自密实混凝土的浇注。加固后的南渡大桥满足设计和规范要求。关键词：双曲拱桥；外包混凝土加固；施工技术中图分类号：U448．221；U445．72文献标志码：A文章编号：1671—7767(2011)04—0069—041引言强度为C30，原桥实际保护层厚度为22~24mm，平双曲拱桥具有结构新颖、美观、轻巧、节省钢筋均最大碳化深度为3mm，钢筋锈蚀最小电位值为水泥材料、施工方便等优点，20世纪6O、7O年代在～298mV，说明拱肋钢筋有锈蚀活动性。我国得到了广泛的应用。但由于建造之初设计荷载(3)桥面通过10t以上重车时，振感明显，跨中等级低、施工技术水平低以及自身整体性差等方面位置实测最大下挠达28mm。原因，在长期重车荷载、大交通量的运营情况下，都由此可知，结构使用约40年后，主拱圈原混凝出现了较为严重的病害，适应不了现行交通要求，需土保护层厚度偏小，随着表层混凝土的碳化，大部分要维修加固以提高桥梁的承载力，其中承重结钢筋处于锈蚀临界点。由于原桥修建年代较早，受构——主拱圈承载力的提高尤为重要r1]。当时建设条件限制，原设计荷载等级低以及原构件设计强度较低，已不能满足现在正常交通通行和结2工程概况构安全使用需求。并且，由于车辆超载、超重现象严南渡大桥位于县道岑溪一玉林X203线，桥长重，加速了该桥结构性裂缝的产生、扩展，使原结构160m，桥宽9m，上部结构布置为2×52m双跨双承载力进一步降低，给结构的正常运营带来安全隐曲拱桥(见图1)，下部结构为浆砌片石u形桥台、混患。因此，有必要对主拱圈进行维修加固，提高拱肋凝土重力式墩，扩大基础。设计荷载等级为汽一13、的承载能力，加强横向联系作用，增强整体受力，防拖一6O。止因钢筋进一步锈蚀引起的脆性破坏。并且，在加．160．固同时提高大桥承载能力，将荷载等级提高至公路Ⅱ级、人群荷载3．5kN／m。。针对主拱圈病害，采取如下加固措施：①拱肋外包混凝土；②加大横系梁截面，改为横向连接墙；③图1南渡大桥立面增设L／8跨处系梁。南渡大桥于1968年正式通车。经过近42年的营运后，2009年经检测发现该桥主拱圈主要病害如3主拱圈加固方案下：采用增大拱肋截面积和提高拱肋配筋率的方法(1)拱肋、系梁均存在不同程度渗水腐蚀、混凝来提高拱肋抗弯承载能力和抗裂性能]。此方法土剥落、钢筋锈胀、横向裂缝、砂浆脱落。通过采用钢筋和混凝土外包原拱肋，同时新增配主(2)经过对拱肋回弹碳化测强、保护层厚度测筋来实现。外包混凝土加固桥梁的实质[4就是增大定和钢筋锈蚀测定，推断主拱圈拱肋混凝土原设计受力截面和补强钢筋以加强结构的整体性，使其能牧稿日期：2011—01—17作者简介：窦勇芝(1981一)，男，工程师，2003年毕业于郑州大学道路与桥梁专业，工学学士，2006年毕业于郑州大学道路与桥梁专业，工学硕士(E—mail：douyongzhi2OO5@163．com)。 学兔兔www.xuetutu.com70世界桥梁2011年第4期承受更大的外荷载。为保证新增截面与原拱肋问的确定，该截面变形条件主要取决于原拱肋的配筋率。连接，需对原拱肋进行凿毛及植筋处理。最后着重对主要控制截面(拱脚、跨中)部位进行验通过三面外包混凝土增大主拱肋截面(见图算[荷载组合：1．2(恒载+二期恒载)+1．4(公路Ⅱ2)，以提高其承载能力，新增部分钢筋混凝土通过植级)+1．4(人群)]。验算结果见表1。计算时拱背筋方式与原结构形成整体；在设计计算中，考虑极限外包混凝土和原结构的混凝土采用联合截面进行验状态下，外包混凝土后加钢筋的应力通过截面变形算。由于原拱肋病害较严重，对于原拱肋的原有应条件下的应变确定，该截面变形条件主要取决于原力状态难以评估，故对加固后可增加利用的应力部拱肋的配筋率。原横系梁底面外包混凝土以增大截分难以准确计算，因而本文以内力和抗力数据来证面，系梁顶面改为横向连接墙(见图3)，同时，在L／8明加固的有效性。计算结果表明，加固后的南渡大跨处增设系梁，增强横向整体性。桥控制截面承载能力满足公路Ⅱ级荷载要求。Il、、、＼／／、／4主拱圈外包混凝土施工技术、、，、、、／4．1施工吊架搭设由于南渡大桥跨越黄华河，施工恰逢整个汛期+．—垫单位：锄季节。洪水期间，水位上涨，水流较急，上游漂流物较多，对桥下施工支架的设置和安全性提出了更高图2拱肋外包混凝土示意的要求。采用拱下吊架的施工方案，在主拱圈上植筋设置吊点，通过钢丝绳吊住拱下的吊架平台，进行拱下的加固施工。该施工方法有以下特点：①拱下吊架搭设采用的脚手管用量仅有满堂架钢管用量的图3系梁外包混凝土示意10；②施工期间受汛期洪水水位的影响较小；③使在拱肋与拱座连接处增设牛腿(见图4)，改善用的钢管少，可多孔同时搭设，对施工工期的缩短有连接处应力分布，同时加强拱肋与拱座的整体受力。利。通过植筋方式将拱肋主筋埋人拱座中。拱下吊架(见图5)主要由花篮螺栓、钢丝绳、横杆、纵杆、横向联系杆、栏杆、扶手、竹脚手板挡板、竹脚手板铺板和安全网等组成。图4拱肋牛腿示意根据南渡大桥结构形式、实际状况及受力特点，2×80．4×75，2×80加固施工过程模拟采用分阶段计算叫。一期荷4X60,3o4X603o4X60载效应(自重及恒载效应)由原拱肋承担；二期荷载单位：cm效应(活载效应)由加固后的截面承担，其中极限状态下，后加钢筋的应力通过截面变形条件下的应变图5拱下吊架示意表1加固前、后主拱圈截面内力注：表中轴力“一”表示压力，“+”表示拉力；弯矩“+”表示正弯矩，“一”表示负弯矩。 学兔兔www.xuetutu.com双曲拱桥主拱圈外包混凝土加固窦勇芝，梁或，李东平71一孔拱下吊架纵向分成28段，横向设置5个吊点，其中两侧吊点分别设在拱背和栏杆立柱挑梁上，中间3个吊点分别设在中间各拱肋上。一孔拱下吊点共计135个，吊点通过~zo的钢筋一端加工成吊环的形状，一端植入原结构中进行锚固。花篮螺栓两端采用CO型，一端挂在吊环上，一端通过绳卡连接钢丝绳，作用为调节钢丝绳的松紧程度。钢丝绳吊住横杆，横杆为主要受力杆件，采用2根长6m的~48×3．5mm的脚手管搭接，两端分别图7混凝土导流管示意对接1根3m的脚手管，组成长9m的并排横杆。主拱圈外包混凝土采用C40自密实混凝土，自横杆上搭设11根长2m的纵杆，间距为(2X密实混凝土不同于一般普通混凝土，其主要特点0．8+6X0．75+2X0．8)m，纵杆顺桥向为28段，如下：加强横杆间纵向联系。竹脚手板横向铺设在纵(1)自密实混凝土由于坍落度较大，自身收缩杆上。也较大，对于外包混凝土加固原构件，需掺适量的膨栏杆为2m脚手杆竖向搭设在横杆上，扶手横胀剂，补偿其收缩。向搭设在两竖向栏杆上，栏杆内侧设置竹脚手板挡(2)浇筑的自密实混凝土应填充到钢筋、埋设板，两侧各挂安全网。物周围及模板内各角落，为防止产生浇注不均匀及表面气泡，可在模板外侧辅助敲击。自密实混凝土4．2模板系统吊挂浇注过程中原则上不需要振捣。从消除表面气泡和采用吊架作为施工平台，模板采用拉杆吊挂系加强流动速度的角度考虑可以对模板进行敲打，或统进行支承(见图6)。通过加工~12的螺纹拉杆挂用振动棒进行插捣，并且敲打或插捣时间不宜太长，在拱肋侧面植筋上，并点焊固定。拉杆通过底模间防止离析。距40cm的横向方木压条、蝴蝶扣和螺母将底模吊(3)自密实混凝土中由于掺了高效缓凝减水挂支承，侧模底部通过问距40cm的步步紧支承，在剂，故其初凝、终凝时间较普通混凝土长。另外，自侧模顶部采用铁丝将纵向方木压条捆绑固定在拱肋密实混凝土胶凝材料较多，混凝土的水灰比较小，混侧面植筋上，拱肋间模板增设横向上方木、下方木和凝土在终凝前的失水极易造成早期收缩裂缝，因此斜向方木加强横向支承。早期的养护尤为重要。为保证后期强度的发展，应．790。及时养护，并适当延长预养护时间，养护时间不得少于14d。(4)由于主拱圈外包混凝土施工采用拱下吊架65．30。126．30．126．3O．1施工平台、吊挂模板系统，故外包的混凝土在浇注过单位：cm程中由原拱肋承受这部分荷载，同时原主拱圈在恒图6吊挂模板示意载作用下受力是对称均衡的，因此，主拱圈外包混凝4．3混凝土浇注土也需遵循对称、均衡的原则，进行混凝土分段对称4．3．1导流管和浇筑平台浇注。主拱圈整体分成5段，恒载负弯矩区2段对由于吊架沿拱肋底轮廓搭设，拱肋外包混凝土称布置，恒载正弯矩区1段，中间设合龙段，恒载负浇筑需搭设浇筑平台，并设置导流管将桥面混凝土弯矩至正弯矩过渡区2段对称布置，混凝土浇注顺输送到浇筑平台内，浇筑平台通过加工底托和储料序纵向由拱脚至跨中逐段对称浇注，同时横向由边槽，将储料槽平放在底托上。另外，导流管由漏斗、拱肋至中拱肋逐段对称进行。~1o铁管和带有15。弯头的~15铁管组成(见图7)，通过声1O的铁管套在带有15。弯头的~15铁管中，竖5结语直长度可以根据桥面至吊架高度进行调整。南渡大桥作为已运营4O多年的双曲拱桥，为提4．3．2自密实混凝土施工高结构承载能力和整体刚度，采用外包混凝土增大 学兔兔www.xuetutu.com72世界桥梁2011年第4期截面加固技术，工程质量满足设计和规范要求；同应用，2010，(I)：25～27．时，桥面行车产生的振感明显得到改善。经现场试E6]谌润水，胡钊芳，帅长斌．公路旧桥加固技术与实例验检测，能满足公路Ⅱ级荷载要求，达到了预期加固[M]．北京：人民交通出版社，2002．目的。[7]刘静波，冯强．混凝土双曲拱桥病害与加固研究[J]．交通标准化，2010，(17)：111一l13．参考文献：[8]谷利雄，彭昌利．双曲拱桥加固设计研究[J]．科学技术与工程，2009，9(5)：61—63．[1]聂建国，李法雄，陶慕轩，等．钢一混凝土组合梁在旧双[9]赵川I，王起才，王艳艳．增大截面法进行双曲拱桥加固曲拱桥改造加固中的应用[J]．桥梁建设，2008，(4)：91—93．的研究[J]．水利与建筑工程学报，2009，(3)：107—109．[2]交通部公路科学研究所．南渡大桥桥梁病害调查分析报[1O]陈旭勇，樊建平，张斌．加固后双曲拱桥有限元分析告[R]．北京：2009．与试验研究[J]．武汉理工大学学报，2010，34(2)：246[3]吕宏奎，刘炎海．双曲拱桥在线加固技术研究与施工组—249．织设计[J]．世界桥梁，2009，(1)：64—67．[11]胡志坚，王云阳，胡佳安，等．大跨径双曲拱桥提载与拓E4]方德铭，夏樟华，左小刚．苏家坡石拱桥病害原因分析及宽加固方案设计[J]．公路，2010，(11)：28—32．套拱加固[J]．世界桥梁，2011，(2)：64—68．[12]杨波．既有拱桥增大截面法加固改造技术研究[J]．Is]杨清明．双曲拱桥加固改造施工技术[J]．建材技术与湖南交通科技，2010，36(2)：93—95．ConstructionTechniquesforStrengtheningMainArchRingsofaTwo-WayCurvedArchBridgebyCoveringConcreteDOUYong—zhi，LIANGYu，LJDong—ping(LiuzhouOVMEngineeringCo．，Ltd．。Liuzhou545005，China)Abstract：TheNanduBridgeisatwo—waycurvedarchbridgethathasbeeninoperationfor42years．Owingtothedeteriorationsfoundinanumberofpartsandtheloworiginaldesignedloadlevelofthebridgeandtosatisfythecurrentoperationrequirement，thebridgewasstrength—ened．Thecrosssectionsofthemainarchringswereenlargedbythemethodofcoveringconcreteoutsidethearchringsandatthesametime，thereinforcementratiointhearchribswasin—creased．Thecrosssectionsofthecrosstiebeamswereenlargedtomakethemthetransversecon—nectionwallsandthecrosssectionsofthetiebeamsatL／8spanwerealsoenlarged．Inthecon—struction，thereinforcementweresetinthemainarchringsandtheliftingpointsweresetthere．Asuspendedplatformunderthearcheswasliftedbythesteelropes，thescaffoldingthatwouldserveastheworkingplatformwassetupunderthearches．Theformworkweresupportedbythetensilemembersandsuspensionsystemandtheself-compactingconcretewascastviatheducts．ThebridgeafteritwasstrengthenedcanmeetthedesignandcoderequirementsKeywords：two—waycurvedarchbridge；strengtheningbycoveringconcrete；constructiontechnique'