陳 泉，王振宇，郭 河

（1.武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,湖北 武漢 430023;2.中國(guó)路橋工程有限責(zé)任公司,北京市 100011; 3.中國(guó)路橋工程有限責(zé)任公司,北京市 100011）

延河大橋改造工程新橋關(guān)鍵技術(shù)研究

陳 泉1，王振宇2，郭 河3

（1.武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,湖北 武漢 430023;2.中國(guó)路橋工程有限責(zé)任公司,北京市 100011; 3.中國(guó)路橋工程有限責(zé)任公司,北京市 100011）

延河大橋新橋采用的井筒式地下連續(xù)墻橋臺(tái)基礎(chǔ)，以及混凝土結(jié)構(gòu)表面涂裝調(diào)配體系，是延河大橋保持舊橋風(fēng)貌的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。分析了地連墻的優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍，以有限元分析和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，對(duì)其受力性能進(jìn)行研究，并應(yīng)用于新橋橋臺(tái)；通過(guò)大量的試驗(yàn)研究，研制出混凝土結(jié)構(gòu)表面調(diào)配涂裝體系，使混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)仿石砌效果，做到“修新如舊，新舊如一”。

延河大橋；關(guān)鍵技術(shù)；地下連續(xù)墻；涂裝體系

1 概述

延河大橋改造工程包括舊橋改造和擴(kuò)建新橋兩部分，改造設(shè)計(jì)的主旨是“兩橋如一橋”。這為新橋的建設(shè)提出了一個(gè)極為苛刻的前提條件：“修新如舊”。因新建橋梁為滿足城—A的荷載等級(jí)需要，新建橋梁放棄舊橋原有的圬工結(jié)構(gòu)形式，而采用了具有更高承載能力的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩者無(wú)論在表面材質(zhì)、紋理，還是色澤上，均有很大差異，勢(shì)必給新橋建設(shè)帶來(lái)很大的設(shè)計(jì)、以及施工方面的困難和挑戰(zhàn)。此外，新建橋梁緊鄰舊橋下游，空間狹小以及地質(zhì)關(guān)系極為復(fù)雜：（1）兩者橋面凈距僅為2m，兩者下部橋臺(tái)基礎(chǔ)凈距更是達(dá)到1.1m的超小距離，在如此近距離情況下，開挖深度達(dá)23 m的基坑，無(wú)疑會(huì)使圬工結(jié)構(gòu)的舊橋面臨相當(dāng)大的坍塌風(fēng)險(xiǎn)；（2）延河兩岸均為接近垂直的堤壩；（3）西岸橋臺(tái)臺(tái)后約7m處有一地下人防工程；（4）延河大橋位于延安主城區(qū)寶塔區(qū)，地處市區(qū)繁華地段，且延河兩岸均有沿堤道路，不具備自然放坡大開挖的空間條件。

在此背景下，開展了井筒式地下連續(xù)墻橋梁基礎(chǔ)及混凝土結(jié)構(gòu)表面調(diào)配涂裝體系課題的專題研究。

2 井筒式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)[1-4]

針對(duì)新建橋臺(tái)位置空間構(gòu)筑物關(guān)系復(fù)雜的特點(diǎn)，因地制宜，創(chuàng)新性地提出了采用地下連續(xù)墻作為橋臺(tái)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方案。地下連續(xù)墻基礎(chǔ)在房建行業(yè)應(yīng)用已較為成熟，但對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)尚無(wú)可供參考的工程案例。課題研究從結(jié)構(gòu)仿真計(jì)算分析，以及施工全過(guò)程監(jiān)測(cè)兩個(gè)方面著手，理論分析與試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合，深入研究了井筒式地下連續(xù)墻作為橋梁基礎(chǔ)的受力機(jī)理、施工工藝等。

井筒式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)是利用構(gòu)造接頭把地下連續(xù)墻的各墻段連接成一個(gè)外形為矩形、多邊形或圓形且其內(nèi)部可分為二個(gè)或多個(gè)空格的整體結(jié)構(gòu)，不用挖除內(nèi)部土芯，直接在墻段頂部設(shè)置封口頂板，并與上部結(jié)構(gòu)緊密連接；地下連續(xù)墻和頂板共同構(gòu)造成井筒狀的基礎(chǔ)形式，它不僅可以承受和傳遞上部的水平及豎向荷載，還兼顧擋土和防水的功能。井筒式地下連續(xù)墻可以采用人工開挖單片墻，然后用專門的接頭連接成既定的形狀，因此可以在工地狹窄的地方施工。也可以進(jìn)行機(jī)械化施工，功效高，成本低，施工噪聲低，振動(dòng)小，對(duì)周圍環(huán)境影響較小。這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)處于鬧市區(qū)的延河大橋的施工是很有利的。

新橋地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的斷面形狀為矩形，外輪廓尺寸為10m×10m，0號(hào)橋橋臺(tái)地連墻高22.98m，3號(hào)橋臺(tái)高21.98m，其一般構(gòu)造見圖1。

采用通用有限元軟件，經(jīng)過(guò)初步力學(xué)簡(jiǎn)化，建立井筒式地下連續(xù)墻橋臺(tái)及周圍土體的非線性實(shí)體有限元結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行仿真分析。

通過(guò)計(jì)算，模擬出地連墻在實(shí)際豎向和水平荷載共同作用下的受力特性，可以對(duì)地連墻的承載特性有直觀的認(rèn)識(shí)。圖2為墻土整體位移圖，圖3為墻身整體位移圖，圖4為墻身位移曲線圖，圖5為墻身順橋向位移曲線圖。墻體最大位移為3.8mm，能很好的滿足工程需要。墻體在順橋向位移最為明顯，整體發(fā)生位移。墻身范圍內(nèi)未出現(xiàn)轉(zhuǎn)點(diǎn)，墻體位移隨墻高線性減小，表明墻體是整體傾斜變形，且在荷載較小時(shí)墻體在墻側(cè)主動(dòng)土壓力作用下發(fā)生脫離土體的位移，荷載較大時(shí)發(fā)生壓縮土體的位移。橫橋向在橫向力和彎矩作用下也產(chǎn)生一定位移，且同樣呈現(xiàn)整體傾斜特征。豎向位移為墻身以及墻底土體在荷載作用下產(chǎn)生的壓縮，在墻側(cè)摩阻力和墻內(nèi)土芯的作用下豎向位移逐漸減小。

圖1 地下連續(xù)墻構(gòu)造圖（單位：mm）

圖2 墻土整體位移圖

圖3 墻身整體位移圖

圖4 墻身位移曲線圖

圖5 墻身順橋向位移曲線圖

圖6 為墻土整體應(yīng)力圖，圖7為墻體整體應(yīng)力圖。土體應(yīng)力較小，荷載主要還是由墻體承擔(dān)。從墻體應(yīng)力分布圖可以看出，在荷載傳遞方向墻身應(yīng)力最大，向兩側(cè)遞減，墻身最大應(yīng)力5.4MPa（局部受壓），大部分所受壓應(yīng)力約為3MPa，墻身主要部分均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足使用要求。故該地連墻結(jié)構(gòu)滿足作為新橋橋臺(tái)基礎(chǔ)的各項(xiàng)要求。

圖6 墻土整體應(yīng)力圖

圖7 墻體整體應(yīng)力圖

根據(jù)地下連續(xù)墻的受力特性以及考慮現(xiàn)場(chǎng)的因素，其施工方法采用成槽澆筑和模板澆住相結(jié)合的方法。地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的施工步驟具體如下：

（1）澆筑W1塊連續(xù)墻，該片墻是靠近岸邊，施工完可以兼具擋土作用；

（2）W1塊連續(xù)墻達(dá)到強(qiáng)度后，挖掉橫梁底以上河岸部分土方；

（3）再施工橫梁以下W2塊連續(xù)墻，W1與W2采用剛性接頭連接；

（4）施工橫梁以下W3，W1、W2與W3采用剛性接頭連接；

（5）施工橫梁以下W4；

（6）現(xiàn)澆橫梁鋼筋混凝土，注意與主拱圈一同澆筑；

（7）現(xiàn)澆橫梁以上連續(xù)墻，墻體達(dá)到強(qiáng)度后填土壓實(shí)。

地下連續(xù)墻接頭施工，也是關(guān)鍵施工工藝之一。將地下連續(xù)墻槽段和槽段之間相連的接頭稱為施工接頭，施工接頭按受力條件可分為柔性和剛性兩種。如果地下連續(xù)墻僅作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，柔性接頭已可以滿足擋土及抗?jié)B要求。但當(dāng)?shù)叵逻B續(xù)墻作為主體結(jié)構(gòu)的一部分時(shí)，除了要求接頭抗?jié)B擋土外，還要求接頭具有抗剪能力，此時(shí)就應(yīng)采用剛性接頭。本工程地下連續(xù)墻是作為橋梁永久地下基礎(chǔ)，因此采用剛性接頭，見圖8。穿孔鋼板接頭可承受地下連續(xù)墻垂直接縫上的剪力，使相鄰地下連續(xù)墻槽段共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)的垂直荷載，協(xié)調(diào)槽段的不均勻沉降；同時(shí)穿孔鋼板接頭亦具備較好的止水性能。

圖8 地下連續(xù)墻接頭大樣

3 混凝土表面調(diào)配涂裝體系[5,6]

延河大橋舊橋采用延安當(dāng)?shù)厥募t砂巖砌筑而成，而新橋是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，為了保持新舊橋風(fēng)貌一致，對(duì)新橋混凝土結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行調(diào)配涂裝也是該項(xiàng)目中的關(guān)鍵一環(huán)。本課題主要從新橋混凝土表面仿石砌效果，以及混凝土表面仿石紋理、材質(zhì)、色澤效果兩個(gè)方面展開試驗(yàn)研究。經(jīng)過(guò)不懈的反復(fù)試配試制，以及相關(guān)的耐久性試驗(yàn)，最終取得理想的成果。

根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕破壞機(jī)理，并借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)及國(guó)家相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，本課題對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的涂裝采用的保護(hù)劑分為底漆、潤(rùn)色漆、面漆，這三種材料具有不同的功能和特點(diǎn)，它們相互結(jié)合既能有效的保護(hù)混凝土又具有較好的裝飾功能，是集保護(hù)和裝飾為一體的涂裝體系。

橋梁混凝土保護(hù)劑底漆：該底漆為無(wú)色透明液體，其主要特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的滲透性，致密性，其具有單向遷移功能，具有透氣不透水的特殊性能。橋梁混凝土保護(hù)體系潤(rùn)色漆：由于混凝土在澆筑與施工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生孔洞、氣泡、色差，其采用多種樹脂相結(jié)合的配方，全新色素濃度的精確選擇，可以達(dá)到與現(xiàn)有表面非常接近的效果，同時(shí)減少與去除局部顏色的不一致，其可選擇的標(biāo)準(zhǔn)色度有幾十種。橋梁混凝土保護(hù)劑面漆：無(wú)色透明液體，其不但具有一定的滲透性和強(qiáng)烈的憎水性，同時(shí)還有極佳的耐酸、耐堿、抗紫外線的功能。

新橋在特制模板（用于仿石材砌塊分格縫）脫模后，首先需要進(jìn)行仿石材砌塊的紋理制作，然后進(jìn)行仿石材厚質(zhì)保護(hù)體系的涂裝。實(shí)施時(shí)用氣動(dòng)機(jī)械制作紋理，后手工進(jìn)行仿石材修補(bǔ)，使其更加自然逼真，見圖9。仿石材厚質(zhì)保護(hù)體系的涂裝順序是：先涂底漆，再仿石材質(zhì)感厚漿漆，最后是面漆。延河大橋新橋仿石調(diào)配涂裝完成后效果見圖10。

圖9 延河大橋仿石砌縫剔槽后效果

圖10 延河大橋新橋仿石調(diào)配涂裝完成后效果

仿石材調(diào)配體系的施工要點(diǎn)如下：

（1）模板拆除操作需謹(jǐn)慎，避免分格縫損壞。

（2）采用氣動(dòng)機(jī)械在新橋外立面剔槽，制作與舊橋一致的紋理。

（3）清除結(jié)構(gòu)表面浮漿、殘?jiān)?、污漬，務(wù)必仔細(xì)認(rèn)真。

（4）混凝土表面蜂窩、孔隙、裂縫表面修補(bǔ)，注意調(diào)整色差和砌縫的處理。

（5）仿砌縫用環(huán)氧砂漿填實(shí)，色澤應(yīng)與仿石材顏色協(xié)調(diào)，且有層次感。

（6）保護(hù)劑應(yīng)連續(xù)噴涂2～3遍，中途不留間歇。

（7）相對(duì)濕度大于80%，溫度小于-5℃，風(fēng)力大于四級(jí)，雨天等氣象環(huán)境下不能施工。

（8）注意成品保護(hù)，防止交叉污染。

4 結(jié)語(yǔ)

延河大橋創(chuàng)新性地采用截面形式靈活、可人工作業(yè)、噪音小的地下連續(xù)墻基礎(chǔ)，并用理論分析與試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的研究方法，對(duì)地連墻橋臺(tái)基礎(chǔ)受力性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明該基礎(chǔ)在橫向和豎向荷載共同作用下發(fā)生整體傾斜，最大位移僅3.8mm，最大應(yīng)力僅3MPa左右，滿足工程要求。

通過(guò)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)表面調(diào)配涂裝體系的試驗(yàn)研究，很好地解決了混凝土結(jié)構(gòu)仿石砌結(jié)構(gòu)的技術(shù)難題，創(chuàng)新了設(shè)計(jì)方法和施工工藝，完美地使新建混凝土拱橋與舊橋原有風(fēng)貌一致，達(dá)到了“修新如舊，新舊如一”的預(yù)期，為今后類似舊橋改造提供了一個(gè)新的設(shè)計(jì)思路和工程借鑒。

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U445.6

：B

：1009-7716（2017）02-0114-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.02.034

2016-11-28

陳泉（1976-），男，湖北黃岡人，高級(jí)工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。