双曲拱桥主拱圈外包混凝土加固.pdf

双曲拱桥主拱圈外包混凝土加 固 窦勇芝 ， 梁或 ， 李东平 6 9 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 5 4 5 0 0 5 ) 摘要 ： 南渡大桥是 一座运营 了 4 2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 ： U4 4 8 2 2 1 ； U4 4 5 7 2 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 1 7 7 6 7 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 0 6 9 0 4 1 引 言 双曲拱桥具有结构新颖 、 美 观、 轻巧、 节省钢筋 水泥材料 、 施工方便等优点 ， 2 0世纪 6 O 、 7 O年代 在 我 国得到了广泛的应用 。但 由于建造之初设计荷载 等级低 、 施工技术水平低 以及 自身整体性差等方面 原 因， 在长期重车荷载、 大交通量的运营情况下 ， 都 出现了较为严重 的病害 ， 适应不了现行交通要求 ， 需 要 维 修 加 固 以提 高 桥 梁 的承 载 力 ， 其 中 承重 结 构主拱圈承载力的提高尤为重要r 1 。 2工 程概 况 南渡大桥位 于县道岑溪 一玉林 X 2 0 3线， 桥长 1 6 0 m， 桥宽 9 m， 上部结构布置为 2 5 2 m双跨双 曲拱桥 ( 见图 1 ) ， 下部结构为浆砌片石 u形桥台、 混 凝土重力式墩， 扩大基础 。设计荷载等级为汽一1 3 、 拖 一6 O。 1 6 0 图 1南 渡 大 桥 立 面 南渡大桥于 1 9 6 8年正式通车 。经过近 4 2年的 营运后 ， 2 0 0 9 年经检测发现该桥 主拱圈主要病害如 下 ： ( 1 )拱肋、 系梁均存在不 同程度渗水腐蚀 、 混凝 土剥落、 钢筋锈胀 、 横向裂缝 、 砂浆脱落。 ( 2 )经过对拱肋 回弹碳化测强 、 保 护层 厚度测 定和钢筋锈蚀测定 ， 推断主拱圈拱肋混凝土原设计 强度为 C 3 0 ， 原桥实际保护层厚度为 2 2 2 4 mm， 平 均最大碳化深度为 3 mm， 钢筋锈蚀最小 电位值 为 2 9 8 mV， 说明拱肋钢筋有锈蚀活动性。 ( 3 )桥面通过 1 0 t 以上重车时， 振感 明显， 跨中 位 置实 测最 大下 挠达 2 8 mm。 由此可知 ， 结构使用约 4 0年后 ， 主拱圈原混凝 土保护层厚度偏小 ， 随着表层混凝土的碳化 ， 大部分 钢筋处于锈蚀 临界点 。由于原桥修建年代较早 ， 受 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 构安全使用需求。并且 ， 由于车辆超载、 超重现象严 重 ， 加速了该桥结构性裂缝 的产生 、 扩展 ， 使原结构 承载力进一步降低， 给结构 的正常运营带来安全 隐 患。因此 ， 有必要对主拱圈进行维修加固， 提高拱肋 的承载能力 ， 加强横 向联系作用 ， 增强整体受力 ， 防 止因钢筋进一步锈蚀引起 的脆性破坏。并且 ， 在加 固同时提高大桥承载能力 ， 将荷载等级提高至公路 级 、 人群 荷 载 3 5 k N m。 。 针对主拱圈病害 ， 采取如下加 固措施 ： 拱肋外 包混凝土 ； 加大横系梁截 面， 改为横 向连接墙； 增 设 L 8跨 处系 梁 。 3 主 拱 圈加 固方 案 采用增大拱肋截面积和提高拱肋配筋率的方法 来提高拱肋抗弯承载能力和抗裂性能 。此方法 通过采用钢筋和混凝土外包原拱肋 ， 同时新增配主 筋来实现。外包混凝土加 固桥梁 的实质 4 就是增大 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 ： 2 0 1 1 0 1 1 7 作者简介 ： 窦勇芝 ( 1 9 8 1 一) ， 男 ， 工程师 ， 2 0 0 3年毕业于郑州大学道路与桥梁专业 ， 工学学士， 2 0 0 6年毕业 于郑州大学道路与桥梁专业 ， 工学硕 士 ( E ma i l ：d o u y o n g z h i 2 O O 5 1 6 3 c o m) 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 0 世 界 桥 梁 2 0 1 1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 连接 ， 需对原拱肋进行凿毛及植筋处理。 通过三 面外包 混凝 土增 大主拱 肋截 面 ( 见 图 2 ) ， 以提高其承载能力， 新增部分钢筋混凝土通过植 筋方式与原结构形成整体 ； 在设计计算中， 考虑极限 状态下 ， 外包混凝土后加钢筋的应力通过截面变形 条件下的应变确定 ， 该截面变形条件主要取决 于原 拱肋的配筋率。原横系梁底面外包混凝土以增大截 面， 系梁顶面改为横向连接墙( 见 图 3 ) ， 同时 ， 在L 8 跨处增设系梁 ， 增强横 向整体性 。 I l 、 、 、 、 ， 、 、 + 垫 单位：锄 图 2 拱肋外 包混 凝土示意 图 3 系梁外包混凝土 示意 在拱肋与拱 座连接处增设牛腿 ( 见图 4 ) ， 改善 连接处应力分布 ， 同时加强拱肋与拱座的整体受力。 通过植筋方式将拱肋主筋埋人拱座中。 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 ， 加固施工过程模拟采用 分阶段计算 叫 。一期荷 载效应( 自重及恒载效应 ) 由原拱肋承担 ； 二期荷载 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 确定 ， 该截面变形条件主要取决于原拱肋的配筋率。 最后着重对主要控制截面 ( 拱脚 、 跨 中) 部位进行验 算 荷载组合 ： 1 2 ( 恒载+二期恒载) +1 4 ( 公路 级) +1 4 ( 人群) 。验算结果见表 1 。计算时拱背 外包混凝土和原结构的混凝土采用联合截面进行验 算 。由于原拱肋病害较严重 ， 对于原拱肋的原有应 力状态难以评估 ， 故对加固后可增加利用的应力部 分难以准确计算 ， 因而本文以内力和抗力数据来证 明加固的有效性 。计算结果表明 ， 加固后的南渡大 桥控制截面承载能力满足公路 级荷载要求 。 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 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 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 ： 拱 下 吊架搭设采用的脚手管用量仅有满堂架钢管用量的 1 0 ； 施工期间受汛期洪水水位的影响较小 ； 使 用的钢管少 ， 可多孔同时搭设 ， 对施工工期的缩短有 利 。 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。 280 475 ， 2 8 0 4X 6 0,3 o 4X60 3 o 4X60 表 1 加固前 、 后主拱 圈截面 内力 图 5 拱下 吊架示意 单位：c m 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 w w w .x u e t u t u .c o m 双 曲拱桥主拱 圈外包混 凝土加固 窦勇芝 ， 梁或 ， 李东平 7 1 一 孔 拱下 吊架 纵 向分成 2 8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 1 3 5个 ， 吊点通过 z o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 C O 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 6 m的 4 8 3 5 mm 的脚手管搭接 ， 两端分别 对接 1根 3 m 的脚手管， 组成长 9 m 的并排横杆 。 横杆上搭设 1 1根长 2 m 的纵杆 ， 间距 为( 2 X 0 8 +6 X0 7 5 +2X 0 8 )m， 纵杆顺桥 向为 2 8段 ， 加强横 杆 间纵 向联 系。竹 脚 手板 横 向铺设 在 纵 杆 上 。 栏杆为 2 m脚手杆竖 向搭设在横杆上 ， 扶手横 向搭设在两竖向栏杆上 ， 栏杆 内侧设置竹脚手板挡 板 ， 两侧 各挂 安全 网 。 4 2 模板系统 吊挂 采用 吊架作为施工平台， 模 板采用拉杆吊挂 系 统进行支承( 见图 6 ) 。通过加工 1 2的螺纹拉杆挂 在拱肋侧面植筋上 ， 并点焊 固定 。拉杆通过底模 间 距 4 0 c m 的横 向方木压条、 蝴蝶扣和螺母将底模 吊 挂支承 ， 侧模底部通过问距 4 0 c m的步步紧支承， 在 侧模顶部采用铁丝将纵向方木压条捆绑 固定在拱肋 侧面植筋上 ， 拱肋 间模板增设横向上方木、 下方木和 斜向方木加强横 向支承。 7 9 0 。 6 5 3 0 。 1 2 6 3 0 1 2 6 3 O 1 单 位 ：c m 图 6吊挂模板示意 4 3 混 凝 土浇注 4 3 1 导流管和浇筑平台 由于吊架沿拱肋底轮廓搭设 ， 拱肋外包混凝土 浇筑需搭设浇筑平台， 并设 置导流管将桥面混凝土 输送到浇筑平台内 ， 浇筑平 台通过加工底托和储料 槽 ， 将储料槽平放在底托上 。另外 ， 导流管 由漏斗、 1 o铁管和带有 1 5 。 弯头 的 1 5铁管组成 ( 见图 7 ) ， 通过 声 1 O的铁管套在带有 1 5 。 弯头的 1 5铁管 中， 竖 直长度可 以根据桥面至吊架高度进行调整 。 4 3 2 自密 实混凝 土施 工 图 7混 凝 土 导 流 管 示 意 主拱 圈外 包混 凝 土 采用 C 4 0自密 实混 凝 土 ， 自 密实混凝土 不 同于一般 普通 混凝 土， 其 主要 特点 如下 ： ( 1 )自密实混凝土 由于坍落度较大 ， 自身收缩 也较大 ， 对于外包混凝土加固原构件 ， 需掺适量的膨 胀剂 ， 补偿其收缩 。 ( 2 )浇筑的 自密实混凝土应填充到钢筋、 埋设 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 浇注过程 中原则上不需要振捣。从消除表面气泡和 加强流动速度的角度考虑可 以对模板进行敲打 ， 或 用振动棒进行插捣 ， 并且敲打或插捣时间不宜太长 ， 防止 离析 。 ( 3 )自密 实混凝 土中 由于掺 了高效缓凝 减水 剂 ， 故其初凝 、 终凝时间较普通混凝 土长。另外 ， 自 密实混凝土胶凝材料较多， 混凝土的水灰比较小 ， 混 凝 土在终 凝前 的失 水 极 易 造 成 早 期 收缩 裂 缝 ， 因此 早期的养护尤为重要。为保证后期强度 的发展 ， 应 及时养护 ， 并适 当延长预养护时间， 养护时间不得少 于 1 4 d 。 ( 4 )由于主拱 圈外包混凝土施工采用拱下吊架 施工平台、 吊挂模板系统 ， 故外包的混凝土在浇注过 程中由原拱肋承受这部分荷载， 同时原主拱 圈在恒 载作用下受力是对称均衡 的， 因此 ， 主拱圈外包混凝 土也 需遵 循对称 、 均衡 的原则 ， 进 行混 凝土分 段对 称 浇注 。主拱圈整体分成 5段 ， 恒载负弯矩 区 2段对 称布置 ， 恒载正弯矩 区 1段 ， 中间设合龙段 ， 恒载负 弯矩至正弯矩过渡 区 2段对称 布置 ， 混凝土浇注顺 序纵 向 由拱 脚 至跨 中逐 段 对称 浇注 ， 同 时横 向 由边 拱肋至中拱肋逐段对称进行 。 5结语 南渡大桥作为已运营 4 O多年的双曲拱桥 ， 为提 高结构承载能力和整体刚度 ， 采用外包混凝土增大 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 2 世 界 桥 梁 2 0 1 1 年第 4 期 截面加固技 术 ， 工程质量 满足设计 和规 范要求 ； 同 时， 桥面行车产生的振感 明显得到改善。经现场试 验检测 ， 能满足公路 级荷载要求 ， 达到了预期加固 目的 。 参 考 文 献 ： 1 聂建 国， 李法雄 ， 陶慕轩 ， 等钢 一混 凝土组 合梁在 旧双 曲拱桥改造加固 中的应用 J 桥梁建 设 ， 2 0 0 8 ， ( 4 ) ： 9 1 9 3 2 交通部公 路科 学研 究所 南渡大桥桥梁病害调查 分析报 告 R 北京 ： 2 0 0 9 3 吕宏 奎 ， 刘炎海双曲拱桥在 线加 固技 术研究 与施工 组 织设 计 J 世界桥梁 ， 2 0 0 9 ， ( 1 ) ： 6 4 6 7 E 4 方德铭 ， 夏樟华 ， 左小 刚苏家坡石拱桥病 害原因分析及 套拱加 固 J 世界桥 梁， 2 0 1 1 ， ( 2 ) ： 6 4 6 8 I s 杨清明双 曲拱桥 加 固改 造施 工技术 J 建材 技术 与 应用 ， 2 0 1 0 ， ( I ) ： 2 5 2 7 E 6 谌 润 水 ， 胡钊 芳 ， 帅 长 斌 公 路 旧 桥 加 固技 术 与 实 例 M 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 2 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 ， 2 0 1 0 ， ( 1 7 ) ： 1 1 1 一l 1 3 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 ， 2 0 0 9 ， 9 ( 5 )： 6 16 3 9 赵川 I， 王起才 ， 王艳艳增 大截 面法进行双 曲拱桥加 固 的研究 J 水 利与建筑 工程学报 ， 2 0 0 9 ， ( 3 ) ： 1 0 7 1 0 9 1 O 陈旭勇 ， 樊建平 ， 张斌加 固后双 曲拱桥有 限元分析 与试验研究 J 武 汉理 工大学 学报 ， 2 0 1 0 ， 3 4 ( 2 ) ： 2 4 6 24 9 1 1 胡志坚 ， 王云阳 ， 胡佳安 ， 等大跨径双 曲拱桥提 载与拓 宽加 固方案设计 J 公路 ， 2 0 1 0 ， ( 1 1 ) ： 2 8 3 2 1 2 杨波既有拱 桥增大截 面法加 固改造技 术研究 J 湖南交通科技 ， 2 0 1 0 ， 3 6 ( 2 ) ： 9 3 9 5 Co ns t r u c t i o n Te c hn i q u e s f o r S t r e ng t he n i ng M a i n Ar c h Ri n g s o f a Two - W a y Cu r v e d Ar c h Br i d g e b y Co v e r i n g Co n c r e t e DOU Y o ng z hi ，LI ANG Yu，LJ Do n g pi ng ( Li u z h o u OVM En g i n e e r i n g Co ，Lt d 。L i u z h o u 5 4 5 0 0 5 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：The Na n du Br i dg e i s a t wo wa y c u r v e d a r c h b r i d ge t ha t ha s be e n i n o p e r a t i on f o r 4 2 y e a r s Owi ng t o t he de t e r i o r a t i on s f ou nd i n a n umbe r o f p a r t s a nd t he l ow o r i g i n a l d e s i g ne d l o a d l e ve l of t he br i dg e a nd t o s a t i s f y t he c ur r e n t o pe r a t i o n r e q ui r e m e nt ，t h e br i d g e wa s s t r e ng t h e ne d The c r o s s s e c t i o ns o f t he m a i n a r c h r i ngs we r e e nl a r g e d b y t h e me t ho d o f c o v e r i n g c o n c r e t e o ut s i d e t he a r c h r i ng s a nd a t t he s a m e t i me， t he r e i n f o r c e m e nt r a t i o i n t he a r c h r i b s wa s i n c r e a s e d Th e c r o s s s e c t i o n s o f t h e c r o s s t i e b e a ms we r e e n l a r g e d t o ma k e t h e m t h e t r a n s v e r s e c o n n e c t i o n wa l l s a n d t h e c r o s s s e c t i o n s o f t h e t i e b e a ms a t L 8 s p a n we r e a l s o e n l a r g e d I n t h e c o n s t r u c t i o n，t h e r e i n f o r c e me n t we r e s e t i n t h e ma i n a r c h r i n g s a n d t h e l i f t i n g p o i n t s we r e s e t t h e r e A s u s p e n d e d p l a t f o r m u n d e r t h e a r c h e s wa s l i f t e d b y t h e s t e e l r o p e s ，t h e s c a f f o l d i n g t h a t wo u l d s e r v e a s t h e wo r k i n g p l a t f o r m wa s s e t u p u n d e r t h e a r c h e s Th e f o r mwo r k we r e s u p p o r t e d b y t h e t e ns i l e m e mbe r s a n d s u s p e ns i o n s y s t e m a n d t he s e l f - c o m p a c t i ng c o nc r e t e wa s c a s t vi a t h e du c t s The br i d ge a f t e r i t wa s s t r e n gt h e ne d c a n m e e t t he de s i gn a n d c od e r e qu i r e m e n t s Ke y wo r d s：t wo wa y c u r ve d a r c h b r i dg e；s t r e n gt he n i ng b y c ov e r i ng c on c r e t e； c o ns t r uc t i o n t e c h ni q ue 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m