框架圈梁加固剛架拱橋U型橋臺的實踐
2015-07-20
鋼筋混凝土剛架拱橋在20世紀(jì)80、90年代的山區(qū)公路上大量修建，該橋型因其外形輕巧美觀，質(zhì)量小、造價低、施工方便和節(jié)省材料等優(yōu)點，相對于當(dāng)時的交通量及荷載等級，是合理的、適用的。本文根據(jù)澧田大橋的結(jié)構(gòu)特點和現(xiàn)狀，結(jié)合經(jīng)濟(jì)、安全等指標(biāo)進(jìn)行維修加固改造設(shè)計，通過對病害橋臺進(jìn)行圈梁支撐錨固，使其達(dá)到應(yīng)有的承載能力，確保運(yùn)輸安全。
1橋梁概況
吉安縣澧田大橋建成于1996年，上部構(gòu)造采用3孔50米鋼筋混凝土剛架拱組成，矢跨比1/8，每個橋跨由3片拱架構(gòu)成，橋面寬度為：凈7.0+2×1.0m人行道；下部構(gòu)造由兩座實體墩和兩座U型重力式橋臺構(gòu)成。設(shè)計荷載為汽-20級，掛-100，人群荷載3kN/m2，通航標(biāo)準(zhǔn)為六級。
經(jīng)現(xiàn)場檢測，其主體結(jié)構(gòu)剛架拱片未見破損，主橋橋面平整度良好，未見裂縫及破損，但在兩端橋臺的背墻、側(cè)墻等位置出現(xiàn)了嚴(yán)重裂縫，兩橋臺的裂縫特點一致，均呈現(xiàn)裂縫寬大，最寬處達(dá)30-40mm，且延伸長，存在類似貫通裂縫，橋臺側(cè)墻橫移。
背墻及側(cè)墻的開裂及汽車沖擊力加劇了臺后填土的沉陷和橫脹，臺后路面出現(xiàn)沉陷以及側(cè)墻出現(xiàn)橫移。
橋臺背墻兩側(cè)裂縫與臺后填土路面上貫通，并在橋臺側(cè)墻不同截面上存在類似裂縫貫通路面，說明臺后土壓力對橋臺側(cè)墻的擠壓嚴(yán)重，由于臺帽開裂，導(dǎo)致橋面開裂下沉。
2主要病害原因及分析
2.1 主要原因
根據(jù)實地病害調(diào)查、查閱設(shè)計圖以及對當(dāng)時施工情況的了解，產(chǎn)生較大裂縫和位移的主要原因推斷如下：
1）臺后實際回填土與設(shè)計不符
按照當(dāng)時規(guī)范及設(shè)計要求，臺后填土為砂礫分層夯實，但實際施工中為回填砂土。該臺后填土透水性差，并沒有設(shè)計排水構(gòu)造。實際施工中靠近背墻填土一般較難壓實，導(dǎo)致該處沉陷相對較大。土體在含水情況下，剪切強(qiáng)度降低，土壓力進(jìn)一步增大作用于背墻和側(cè)墻，導(dǎo)致開裂；
2）設(shè)計中未設(shè)置橋臺搭板
搭板構(gòu)造有利于部分克服臺后填土沉陷不均，通過搭板的剛性將汽車輪壓力分散鋪開于臺后較長較寬的土體上，而該橋未設(shè)計搭板，在背墻填土相對沉陷較大的情況下，加劇了汽車在橋頭跳車對臺后填土、背墻、側(cè)墻的沖擊壓力；
3）有混凝土路面板的施工差錯
在路面施工中，曾出現(xiàn)將混凝土剛性路面緊靠橋臺之背墻、側(cè)墻澆筑，路面板在升溫時將對二者產(chǎn)生較大膨脹擠壓。
2.2 其它原因
該橋是在公路橋涵89系列規(guī)范基礎(chǔ)上設(shè)計的，在運(yùn)營期間的交通發(fā)展遠(yuǎn)超于預(yù)期，再加上重型車輛的增加及超載現(xiàn)象嚴(yán)重，造成控制截面承載力不足，致使各構(gòu)件薄弱面出現(xiàn)裂縫；同時因為大橋橋臺背墻、側(cè)墻均設(shè)計為素混凝土結(jié)構(gòu)，抗拉能力十分薄弱，這樣很容易產(chǎn)生裂縫并不斷擴(kuò)展。
2.3 病害發(fā)展預(yù)測
根據(jù)大橋橋臺裂縫的現(xiàn)狀：裂縫寬大、背墻兩側(cè)裂縫在路面上已經(jīng)貫通，并向下繼續(xù)往河心方向發(fā)展，即將形成一個破壞面。一旦前墻墻身被裂縫貫穿，極有可能在某次超重車的過橋沖擊下，整個上部破裂體沿裂縫面滑落，如圖5所示。
該部分結(jié)構(gòu)滑落將會引起嚴(yán)重的鏈鎖反應(yīng)，一是該滑落體將墜落沖擊次拱腿，二是滑落后弦桿段橋面靠橋臺端將失去支撐，由連續(xù)體系變?yōu)閼冶垠w系，結(jié)構(gòu)受力方式的巨大變化將使靠橋臺區(qū)域梁段在次拱腿折斷墜落，巨大的梁體將砸向次拱腿，導(dǎo)致次拱腿斷裂，如圖6所示。
一旦次拱腿被落梁損傷甚至折斷，整個拱上弦桿段梁體失去支撐，將全部跌落砸下，沖擊主拱腿，巨大的梁體如果折斷主拱腿，如圖7所示，則整座橋梁將無法保存，后果不堪設(shè)想。
3加固方案
根據(jù)以上病害調(diào)查、病因分析及后果預(yù)測，為避免災(zāi)難性事故發(fā)生，澧田大橋的橋臺維修加固已迫在眉睫。
3.1加固原則
考慮到工程實際和當(dāng)?shù)貤l件，確定加固設(shè)計的原則如下：
1） 必須綜合滿足耗費少、功效快、技術(shù)上可行、有較好耐久性的要求， 同時考慮舊橋現(xiàn)狀、承載能力減弱的程度以及日后交通量的發(fā)展；
2） 橋梁加固工作盡量不更改原結(jié)構(gòu)形式；
3） 增加橋臺的整體受力性能，使橋梁不將因為局部破壞而影響整座橋的運(yùn)營；
4） 將裂縫處的集中力分散開來，防止裂縫繼續(xù)擴(kuò)張。
3.2加固方案（圈梁錨固）
加強(qiáng)橋臺整體性能，提高抗推能力：
在橋臺拱座至前墻頂標(biāo)高范圍內(nèi)，設(shè)計三道U形鋼筋混凝土圈梁，圈梁從橋臺一邊側(cè)墻尾部往前墻延伸，包圍前墻墻身后往另一側(cè)橋臺側(cè)墻尾部延伸，形成U字形。圈梁重力將通過設(shè)計立柱支撐，圈梁和立柱構(gòu)成整體框架。
設(shè)計圈梁主要為承受橋臺前墻往河心方向壓力，故此壓力一部分將由圈梁傳至側(cè)墻尾部區(qū)域，通過錨固于該區(qū)域圈梁數(shù)個截面上貫穿橋臺兩側(cè)墻涂刷防銹漆的螺紋鋼筋均勻傳至側(cè)墻墻體及臺后填土；一部分壓力將通過側(cè)墻外圈梁框架體系的抗推剛度承受。
增設(shè)橋臺搭板
現(xiàn)行規(guī)范主張采用更長的橋臺搭板，根據(jù)該橋梁實際，設(shè)計1.0倍臺后填土高度長度的鋼筋混凝土搭板，搭板采用左右分幅為兩塊預(yù)制，可在短暫限行交通的情況下施工完畢。
裂縫修補(bǔ)
裂縫修補(bǔ)采用化學(xué)灌漿法，把按一定比例配制的環(huán)氧樹脂（砂）漿，通過噴漿機(jī)按一定壓力灌入結(jié)構(gòu)物縫隙內(nèi)，起到填塞裂縫、避免鋼筋銹蝕并提高結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度的作用，灌漿后做表面處理。通過改善灌漿材料，可灌入0.3mm或更細(xì)小些的裂縫，施工機(jī)械簡單，操作簡便。
4結(jié)語
此加固方法對結(jié)構(gòu)無損傷，造價不高，且中斷交通時間不長，可有效提高橋梁安全性能。該橋加固實施通車一年來，通過定期檢查，已恢復(fù)到原有正常使用功能。作為管理部門，應(yīng)加強(qiáng)公路橋梁的管理，并對病害橋梁進(jìn)行維修和加固，使其處于正常的工作狀態(tài)，確保公路運(yùn)輸?shù)陌踩?br />
