山區(qū)石拱橋病害調(diào)查與加固設(shè)計

1陰市溝橋橋石拱橋是一種實用的經(jīng)濟(jì)橋，廣泛應(yīng)用于山區(qū)道路上。華金公路是連系金堆鎮(zhèn)礦區(qū)至縣城及市區(qū)的一條主要交通道路,該公路全長47km,依山腳延伸,路段間有大大小小石拱橋十幾座,陰市溝橋是其中跨度較大的一座石拱橋。陰市溝橋位于華金公路上段,以該橋為界,向南進(jìn)入金堆鎮(zhèn)地界。該橋為1-15m(f0/L0=1/2)圓弧石拱橋,重力式橋臺,明挖擴(kuò)大基礎(chǔ),橋上縱坡4%,橋面寬度7m+2×0.75m,荷載標(biāo)準(zhǔn)汽—15,掛—80。該橋于1980年9月竣工驗收通車至2003年發(fā)現(xiàn)病害已運行23年,由于橋梁拱圈及橋臺開裂等病害嚴(yán)重影響橋梁安全,且影響了公司正常的生產(chǎn)運行,需盡快給予加固處理。2主要疾病和原因的分析2.1橋臺裂縫在部的表現(xiàn)1)拱圈裂縫。拱圈存在三條不規(guī)則縱向裂縫,其中隧道岸二條,華陰岸一條,縫長從拱腳以上至拱頂附近,縫寬0.5cm～3cm,最寬處約5cm左右。一條縫已貫通60cm原拱圈,橋梁拱圈屬破壞狀態(tài)。2)橋臺裂縫。在橋臺下部偏向下游位置,有兩條豎向裂縫,長度近約1m,裂縫寬度較小,但有多處開裂如石料中部,上部也出現(xiàn)裂紋,長度較短,不明顯。3)橋墩護(hù)墻、護(hù)坡沖刷損毀嚴(yán)重,基礎(chǔ)裸露,塊石松動等。2.2基礎(chǔ)地質(zhì)條件1)設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)低,行車密度和車輛載重的加大是出現(xiàn)病害的主要原因。2)地基不均勻沉降的影響。由于山區(qū)地質(zhì)復(fù)雜,大多為坡積沖填層,不同部位土層的厚度、性質(zhì)差異較大;施工資料表明,該橋東橋墩基本坐落于基巖,而西橋墩基礎(chǔ)為碎石土層,局部為漂卵石層,這種不均勻的地質(zhì)狀況,導(dǎo)致較大的沉降差異,引起橋墩和拱圈裂縫。3)基礎(chǔ)埋置較淺,河水沖刷掏空的影響。按設(shè)計要求該橋墩基礎(chǔ)應(yīng)為深2m的兩臺階擴(kuò)展式基礎(chǔ),實際施工中基礎(chǔ)變?yōu)橐慌_階且深度不足1m。受多次洪水沖刷,西南角部分石塊已松動脫落。另外受下游掏石挖沙影響,河床加深,基礎(chǔ)裸露,沖刷剝蝕嚴(yán)重。4)施工質(zhì)量的影響。調(diào)查發(fā)現(xiàn),砌筑基礎(chǔ)、臺身、拱圈時存在料石中摻雜片石情況,片石過小,強(qiáng)度不足,砂漿不飽滿,標(biāo)號達(dá)不到要求,是導(dǎo)致橋梁產(chǎn)生裂縫的重要原因。3方案加固的選擇3.1增強(qiáng)方案的制定1筋混凝土梁式橋該方案是采取拆除拱圈及鋪裝層,重新現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁式橋。其要求加固并加高原有橋臺,形成梁橋支墩條件,架設(shè)簡支預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋。梁式橋是目前應(yīng)用較普遍的一種橋梁形式。2鋼筋混凝土拱圈層該方案是保留原料石拱圈不拆,拆除橋面鋪裝層,拱圈之上另加鋼筋混凝土拱圈。該方案要求考慮新舊拱的連接,特別是在拱腳部位采取措施,要拓寬橋臺,加固橋臺,保證傳力可靠。3整體受力的提升采取保留原橋不拆,在原拱圈下套建一座鋼筋混凝土拱的方案。利用增大受力截面和卵殼效應(yīng),使舊拱橋整體受力均勻,達(dá)到增強(qiáng)整體性,提高承載力的目的。為使新老橋身能連成整體,在澆筑新橋臺、拱圈時要設(shè)置連接、錨固鋼筋。3.2比較增強(qiáng)方案1方案2:預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋優(yōu)點:能有效的利用高強(qiáng)材料(高標(biāo)號混凝土、高強(qiáng)度鋼材),減小截面尺寸,降低了自重;橋梁的安全度、可靠性有很大提高,且施工方便。另外,該方案還利用了原有橋臺支墩。缺點:拆除工程量大,開挖造成橋梁兩端道路的破壞,施工工期長;顯然,采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋要有作為預(yù)應(yīng)力筋的優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)鋼材和要可靠保證高強(qiáng)混凝土的制備質(zhì)量,同時需要有一套專門的預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備和材質(zhì)好、制作精度要求高的錨具,并且要掌握較復(fù)雜的施工工藝;另外,拆除舊橋,阻斷交通,影響礦區(qū)的正常生產(chǎn),造價高,不經(jīng)濟(jì)。2上合式石拱圈優(yōu)點:可利用原有料石拱作為底模,施工比較簡便;上套的鋼筋混凝土拱本身具有較高力學(xué)強(qiáng)度,和原石拱一起承受上部傳來的荷載,這樣,拱圈截面增大,承載力增強(qiáng),而且造價比較經(jīng)濟(jì)。缺點:交通中斷,影響生產(chǎn);另外拆除過程中,可能破壞原拱,不夠安全,拓寬原橋臺,施工難度大。3拱圈模板施工難點分析優(yōu)點:繼續(xù)保留原拱橋并充分利用原拱,有利于交通的維護(hù)和安全暢通,施工工期短,造價較低。缺點:a.拱圈施工時,現(xiàn)澆混凝土的施工難度大,模板架高,弧形模板支模難度大;b.壓縮了拱橋的泄洪面積,泄洪較為不利。3.3車輛運輸?shù)陌踩[患經(jīng)過對以上3個方案的優(yōu)缺點對比,綜合考慮,認(rèn)為方案3是比較合適的。1)采取此方案加固施工時,能保持交通不中斷。該橋的安全隱患是在偶然中發(fā)現(xiàn)的,整體性尚好,除發(fā)現(xiàn)有較多裂縫外,未發(fā)現(xiàn)其他脫空、吊塊等嚴(yán)重情況,礦區(qū)車輛運輸在限載、限速情況下通過橋梁還是可以的,生產(chǎn)不受較大影響,這是關(guān)鍵問題;2)能充分利用原拱,施工工期短,造價低,安全可靠;3)該橋處于河流上游,橋臺較高,雨季豐水期,水流也不大,加固后泄洪面積減小不大,經(jīng)計算滿足泄洪要求(見圖1)。4加固技術(shù)4.1毛石灰縫剝削階段1)該拱橋側(cè)翼護(hù)墻采用毛石護(hù)坡的形式,針對護(hù)坡根部掉石,掏空的處理,在其底部幫襯一道毛石混凝土護(hù)墻,厚度取50cm,高度為1.2m;對毛石灰縫剝落嚴(yán)重部位,用1∶2.5水泥砂漿進(jìn)行勾縫修補(bǔ)。2)對橋身的裂縫處理一般采用塞縫灌漿的方法;塞縫灌漿是用膠結(jié)材料把結(jié)構(gòu)的裂縫填滿,使力的作用、傳遞盡可能的恢復(fù)到原狀態(tài)。灌漿材料一般為水泥(砂)漿,環(huán)氧樹脂漿等;該工程僅對拱圈裂縫較寬的部位,用1∶1水泥砂漿勾縫,并預(yù)留6mm～8mm的灌漿孔,待砂漿達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行灌漿。4.2混凝土基礎(chǔ)、橋梁和拱的加固1橋臺基礎(chǔ)開挖由于該橋已運行20多年,基礎(chǔ)的沉降已基本穩(wěn)定;因此,不對原毛石基礎(chǔ)進(jìn)行鉆孔灌漿等加固措施,僅對原基礎(chǔ)進(jìn)行拓寬。為便于開挖,河水要進(jìn)行改道;每個橋臺的基礎(chǔ)必須分兩次開挖,以防開挖過長引起橋臺基礎(chǔ)產(chǎn)生位移。同時在開挖過程中應(yīng)掌握好開挖深度,新基礎(chǔ)基底一般應(yīng)與原基礎(chǔ)持平,應(yīng)控制超挖,防止老橋基礎(chǔ)掏空,引起基礎(chǔ)下沉;基礎(chǔ)開挖后,及時澆筑混凝土基礎(chǔ),防止暴露時間過長,以保證老橋基礎(chǔ)的安全穩(wěn)定;基礎(chǔ)中按規(guī)范插筋和上部鋼筋搭接。2復(fù)合灌漿料的安裝為使原石拱橋和新加的鋼筋混凝土拱圈、橋臺緊密結(jié)合,設(shè)置螺紋錨桿;錨桿布置為梅花形。首先在橋臺、拱圈的料石中部鉆孔,孔深300mm,孔徑40mm,然后,用高壓水清洗鉆孔,將高性能復(fù)合灌漿料塞入孔中,再將?22螺紋鋼筋插入充滿灌漿料的孔中,要結(jié)合密實充分。高性能灌漿料,具有強(qiáng)度高,凝結(jié)快,收縮小等特點,使用效果良好。3鋼筋網(wǎng)、橋臺、預(yù)應(yīng)力網(wǎng)鋪設(shè)錨桿施工就位后,可綁扎橋臺鋼筋,各縱橫向鋼筋均與相應(yīng)的錨桿焊接,其余則綁扎成鋼筋網(wǎng);橋臺長度方向一次性澆筑,高度方向分兩次澆完;現(xiàn)澆振搗過程中,要保障鋼筋、錨桿的位置不移位,要使混凝土保護(hù)層厚度滿足設(shè)計要求。4保障鋼筋位置正確拱圈鋼筋應(yīng)與橋臺鋼筋有足夠的搭接長度,同樣要和錨桿焊接,保障鋼筋位置正確?；⌒文０鍛?yīng)連接可靠,橋跨滿堂縱向支模,由拱腳向拱頂采用噴射混凝土澆筑,