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        合肥市蒙城路橋南側(cè)引橋加固處理方案設(shè)計與分析

        2014-09-26 06:35:10黃定江
        城市道橋與防洪 2014年7期
        關(guān)鍵詞:蒙城橫橋拱圈

        黃定江

        (合肥市規(guī)劃設(shè)計研究院,安徽合肥 230041)

        0 引言

        城市橋梁是城市道路的重要組成部分,一般均處在城市路網(wǎng)的重要節(jié)點處,車輛、行人的流量均很大,橋梁的質(zhì)量直接影響著道路的暢通和廣大市民的生命安全。隨著我國經(jīng)濟的騰飛和城市交通事業(yè)的快速發(fā)展,一些城市橋梁特別是上世紀90年代及以前修建的橋梁的設(shè)計荷載等級已不能滿足要求,而且由于使用年限較長,大多數(shù)老橋均存在一些病害。

        合肥市蒙城路橋南側(cè)引橋于1996年4月與主橋一起建成通車,引橋為4跨鋼筋混凝土實腹式連拱橋。橋梁地處合肥市老城區(qū)市中心,蒙城路為合肥市南北向重要交通主干道。2011年8月10日,橋梁管養(yǎng)單位在對該橋進行巡查的過程中,發(fā)現(xiàn)部分拱圈頂部出現(xiàn)沿橋梁縱向的直線形裂縫,局部出現(xiàn)沿橫橋向的較長較大裂縫。后經(jīng)橋梁專業(yè)檢測單位對引橋橋體經(jīng)行深入質(zhì)量檢測,發(fā)現(xiàn)引橋存在較嚴重病害,急需加固處理。

        1 工程概況

        合肥市蒙城路橋南側(cè)引橋位于蒙城路與環(huán)城路交口南側(cè),為4跨鋼筋混凝土實腹式連拱橋,拱圈編號由北向南依次為2、3、4、5,跨度依次為9 m、8 m、7 m、6 m,矢跨比均為1/3,拱圈厚度分別為50 cm、45 cm、45 cm、40 cm,拱腳基礎(chǔ)為2.5 m×1.5 mC25混凝土,橋梁兩端設(shè)置C25混凝土,拱頂填料在1.4 m~1.8 m不等(見圖1)。

        橋梁地處合肥市老城區(qū)市中心,蒙城路為合肥市南北向重要交通主干道。引橋橋面橫斷面同蒙城路道路橫斷面:14 m機動車道+2×1.5 m綠化帶+2×5 m非機動車道+2×2.5 m綠化帶+2×4 m人行道=40 m(見圖2)。

        橋梁建成時,橋下空間均兼做沿線居民出行通道,目前僅2#拱兼做行人通道(見圖3)。

        2 橋梁檢測情況及結(jié)構(gòu)安全性復核情況

        2.1 橋梁檢測情況

        (1)實測拱軸線與設(shè)計拱軸線基本一致,無太大變化。

        (2)2#、3#、4#、5#拱圈頂部出現(xiàn)沿橋梁縱向的直線形裂縫,縱橋向拱圈裂縫基本為貫通裂縫,僅在5#拱圈西側(cè)未貫通,裂縫深度一般在10 cm以上,寬度一般在2 mm左右。

        (3)橫橋向裂縫主要出現(xiàn)在4#拱圈,分布在拱頂和北側(cè)1/10拱圈處。拱頂裂縫(除東半側(cè)局部無裂縫) 深度在10~30 cm,寬度在0.2~1 mm;北側(cè)1/4拱圈裂縫(除東西入口各8 m處無裂縫)深度在10 cm以上,寬度一般在0.2~0.4 mm。

        橫橋向裂縫主要在4#拱圈,分布在拱頂、北1/4拱圈處,且處于較活躍狀態(tài)。從結(jié)構(gòu)受力角度而言,橫橋向裂縫危害較大,且此橋為連拱體系,一旦此拱失穩(wěn),其它各拱均將全部失去穩(wěn)定,存在安全隱患,需立即處置。

        2.2 橋梁裂縫原因分析

        (1)老橋已運行16 a,原設(shè)計依據(jù)的89規(guī)范荷載等級較低,實際運行荷載等級高,拱圈混凝土強度及配筋較現(xiàn)行規(guī)范標準低。

        (2)連拱體系對不均勻沉降較敏感,拱圈在使用過程存在總體沉降,縱橋向及橫橋向不均勻沉降均存在,導致拱橋橫、縱向裂縫。

        (3)使用過程中的溫度變化也是誘發(fā)裂縫發(fā)展的一個主要因素。

        (4)橋梁在拱腳處設(shè)置有排水孔,但根據(jù)現(xiàn)場觀察,有多處排水孔是處于干燥狀態(tài),表明經(jīng)多年使用后,該處排水孔排水不良,導致拱圈受力不利。

        圖1 引橋立面圖(單位:m)

        圖2 引橋橋面橫斷面圖(單位:m)

        圖3 引橋?qū)嵕?/p>

        2.3 橋梁結(jié)構(gòu)安全性復核情況

        4#拱圈的縱向裂縫使原有的三次超靜定無鉸拱體系轉(zhuǎn)化為二次超靜定有鉸拱,因此其北側(cè)1/4拱圈處裂縫很有可能是由于其上恒載較大,再加上體系的轉(zhuǎn)變使內(nèi)力重分布而致。該拱圈應引起足夠的重視,防止拱圈內(nèi)力繼續(xù)惡化,導致安全事故(拱圈可能會連環(huán)倒塌)。

        針對拱圈結(jié)構(gòu)受力體系由三次超靜定無鉸拱體系轉(zhuǎn)化為二次超靜定有鉸拱,對新的結(jié)構(gòu)體系進行安全復核,得出以下結(jié)論:當拱圈在拱頂處開裂后,結(jié)構(gòu)在1/4跨徑及拱腳處承載力不夠,裂縫將進一步發(fā)展,但當在1/4跨徑或拱腳處中的其中任何一處裂縫先開裂,結(jié)構(gòu)即保持穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)總體是安全的。但若長期處于這種狀態(tài),由于滲水、超載等環(huán)境因素破壞導致拱圈拱軸線發(fā)生變化或使已形成的鉸失效均會對結(jié)構(gòu)安全造成隱患,導致安全事故,故需立即對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進行加固。

        3 加固處理方案

        結(jié)合現(xiàn)有結(jié)構(gòu)形式及施工可行性,合肥市規(guī)劃設(shè)計研究院共提出3種加固處理方案,分別采用拱圈加厚法、拱圈底板貼鋼板法及橋下空間填實法。

        3.1 方案一:拱圈加厚法

        3.1.1 縱橋向裂縫處理

        對于機非分隔帶處的縱橋向裂縫,在此沿拱圈方向整個切開,以便使拱圈在橫向范圍內(nèi)分成3段獨立結(jié)構(gòu),每段設(shè)置2 cm沉降縫。同時為了保護拱圈鋼筋不受銹蝕,在拱圈底板處沿拱圈方向切成一道3 cm深,10 cm寬的凹槽,將此范圍內(nèi)的拱圈鋼筋除掉,然后在保留沉降縫的前提下將其余部分用混凝土封堵。沉降縫在加固拱圈施工完后立即灌入防水材料。

        3.1.2 橫橋向裂縫處理

        對拱圈出現(xiàn)的裂縫范圍進行壓力化學灌漿,以提高防水性及耐久性,能將拱圈恢復到使用初期的整體狀況,使得結(jié)構(gòu)的強度得到恢復。灌漿的材料一般為強度較高的粘結(jié)劑,如環(huán)氧砂漿、瀝青、甲基丙烯酸脂類化學補強劑等。

        3.1.3 拱圈加厚

        首先對拱圈下側(cè)整平,然后鑿毛,最后沿拱圈方向在內(nèi)側(cè)增加厚度。

        施工采用立?,F(xiàn)澆的方法。主要步驟如下:

        (1)根據(jù)現(xiàn)場實勘,拱圈下側(cè)凹凸不平,將拱圈底板處的灰漿刮除露出混凝土表層,并鑿毛,以免影響新舊混凝土粘結(jié)。

        (2)在拱圈縱向及橫向各間距50 cm植入22mm的帶肋鋼筋,植筋進入現(xiàn)狀拱圈的錨固長度為35 cm,植筋用膠黏劑應采用A級膠,粘結(jié)強度設(shè)計值為4.0 MPa。

        (3)每段新增拱圈寬度為2 m,間隔0.5 m,先綁扎鋼筋網(wǎng),然后立模。施工次序為從拱圈橫橋向中部往兩側(cè)施工;從兩個拱腳處對稱澆筑混凝土,直至拱頂;2#~5#拱圈同時施工。

        同時需要注意在施工前需合理疏通泄水管。

        3.1.4 存在的問題

        (1)該方案可以解決拱圈底板正彎矩受力問題,但對于拱背負彎矩區(qū)域無法加強。例如受恒載、活載、降溫、沉降等影響在拱腳處形成負彎矩,使得拱腳在拱背側(cè)極有可能產(chǎn)生裂縫,而在拱圈加厚后,裂縫仍然沒有得到解決,若繼續(xù)發(fā)展將對結(jié)構(gòu)安全性和耐久性產(chǎn)生不利影響。

        (2)該方案受橋下凈空小的影響下,立模及澆筑混凝土較麻煩,同時由于分段施工需要較多的模板及支架。

        3.2 方案二:拱圈底板貼鋼板法

        3.2.1 縱橋向裂縫處理

        對于機非分隔帶處的縱橋向裂縫處理,在此沿拱圈方向整個切開,以便使拱圈在橫向范圍內(nèi)分成3段獨立結(jié)構(gòu),每段設(shè)置2 cm沉降縫。同時為了保護拱圈鋼筋不受銹蝕,在拱圈底板處沿拱圈方向切成一道3 cm深,10 cm寬的凹槽,將此范圍內(nèi)的拱圈鋼筋除掉,然后在保留沉降縫的前提下將其余部分用混凝土封堵。沉降縫在加固拱圈施工完后立即灌入防水材料。

        3.2.2 橫橋向裂縫處理

        對拱圈出現(xiàn)的裂縫范圍進行壓力化學灌漿,以提高防水性及耐久性,能將拱圈恢復到使用初期的整體狀況,使得結(jié)構(gòu)的強度得到恢復。灌漿的材料一般為強度較高的粘結(jié)劑,如環(huán)氧砂漿、瀝青、甲基丙烯酸脂類化學補強劑等。

        3.2.3 拱圈底板貼鋼板

        首選對拱圈下側(cè)整平,在拱圈拱頂及1/4跨徑處沿橫向裂縫處用FHB化學螺栓在拱頂下部打孔,然后用環(huán)氧粘結(jié)劑黏貼鋼板,同時擰緊螺栓,使鋼板與拱圈共同受力。

        施工主要步驟如下:

        (1)平整拱圈。根據(jù)現(xiàn)場實勘,拱圈下側(cè)凹凸不平,將拱圈底板處的灰漿刮除露出混凝土表層,最后對拱圈平整,平度度要求在±2 mm。

        (2)在拱圈縱向及橫向各間距50 cm植入22mm的帶肋鋼筋,植筋進入現(xiàn)狀拱圈的錨固長度為35 cm,植筋用膠黏劑應采用A級膠,粘結(jié)強度設(shè)計值為4.0 MPa。

        同時注意在施工前需合理疏通泄水管。

        3.2.4 存在的問題

        (1)該方案同樣可以解決拱圈底板正彎矩受力問題,但對于拱背負彎矩區(qū)域無法加強。例如受恒載、活載、降溫、沉降等影響在拱腳處形成負彎矩,使得拱腳在拱背側(cè)極有可能產(chǎn)生裂縫,而在加固后,裂縫仍然沒有得到解決,若繼續(xù)發(fā)展將對結(jié)構(gòu)安全性和耐久性產(chǎn)生不利影響。

        (2)該方案由于拱圈底板凹凸不平,而鋼板黏貼需要與拱圈下側(cè)有較好粘結(jié),因此對施工平整度要求很高。

        3.3 方案三:橋下空間填實法

        方案一、方案二均無法解決拱背可能存在的病害問題,為徹底解決安全隱患,采用漿砌塊石及混凝土將橋下空間予以填實。

        填實時施工次序為從下往上,從拱圈橫橋向中部往兩側(cè)施工;2#~5#拱圈同時施工。下面采用M7.5漿砌塊石填實,當距離拱頂1.5 m左右采用C25混凝土澆筑。在現(xiàn)狀拱腳處各有一排泄水孔,填實時在拱腳處離地面50 cm高,30 cm寬范圍內(nèi)填級配碎石,內(nèi)設(shè)直徑10 cm的透水軟管,將泄水孔流出的雨水導出。

        為保留2#拱行人通道功能,在2#拱中預埋一DN2500的Ⅲ級F型鋼承口管(橡膠圈接口)作為永久性人行通道,管道坐落在C25鋼筋混凝土基礎(chǔ)上。管道內(nèi)底凹處澆筑C15混凝土鋪裝,作為行人通行路面,路面寬1.5 m,通道高度為2.0~2.5 m。鋪裝出口需與現(xiàn)狀地面順接。管道兩側(cè)仍用M7.5漿砌MU30塊石及C15混凝土填充密實。

        3.4 加固處理方案分析比選

        新增內(nèi)襯拱對新老拱的連接特別是拱頂及拱角的連接要求較高,且施工難度較大,不易保證;貼鋼板能有效處理可見裂縫,但此拱必然存在拱背不可見裂縫,無法根治安全隱患;填埋4個拱圈可一勞永逸,根治安全隱患,并保留了2#拱行人通道功能,且施工中可不全封閉蒙城路,僅需施工期間限重載即可。經(jīng)綜合分析比較,確定采用方案三進行加固處理。

        工程于2011年8月15日開工建設(shè),2011年8月29日加固處理完成,較好地實現(xiàn)了設(shè)計預期。圖4為加固處理后的引橋全面圖。

        圖4 加固處理后引橋立面圖

        4 結(jié)語

        加強城市橋梁的管理,并進行及時的維修和加固,是城市橋梁管理部門的一項主要任務。合肥市蒙城路橋南側(cè)引橋的病害就是橋梁管理部門在日常的巡查中發(fā)現(xiàn)從而得到及時處理,避免了橋梁突然坍塌事故的發(fā)生。使橋梁處于正常的工作狀態(tài),充分發(fā)揮舊橋的功能,是橋梁維修加固的主要作用,但在諸多因素及客觀條件限制下,在保證現(xiàn)狀橋梁必要功能前提下,封填橋下空間也是一種選項。

        [1]JTG D62—2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

        [2]JTG D61—2005,公路圬工橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

        [3]范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2012.

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