色尔古拱桥病害分析及加固探讨

陈艳玮,汤尚明,张 瑢

(1.西南交通大学土木工程学院,四川 成都 610031;2.甘肃省交通规划勘察设计院,甘肃 兰州 730030)

1 工程概况

色尔古拱桥位于凉山州S307线昭觉至美姑段的一座拱桥(图 1),桥梁结构型式为 1-净 20m实腹式拱桥,桥面净宽 6.88m,双向两车道。主拱圈材料由浆砌混凝土预制块和现浇片石混凝土两部分组成。该桥于 1991年建成通车,由于桥梁长时间超负荷运营,发现下游侧主拱圈开裂,随即封闭了全桥并进行检测。

图1 原桥总体结构立面图

2 桥梁病害情况及原因分析

2.1 主拱

2.1.1 纵向大裂缝

主拱圈拱腹处,在下游侧距侧面 50 cm处有全桥贯通的大纵向裂缝,裂缝长度贯通全桥拱圈,并延伸至昭觉侧桥台前墙,裂缝宽度 1～5 cm。其中,昭觉侧拱脚至拱顶处裂缝宽度最大,拱顶处至美姑侧拱脚裂缝宽度逐渐变小,该裂缝同时使该桥下游侧拱圈外倾。分析产生原因为:原桥拱圈由两种材料组成,即拱圈两侧为 50 cm宽浆砌混凝土预制块,拱圈中间为现浇片石混凝土。两侧浆砌混凝土预制块部分与中间现浇片石混凝土砌体部分接触面平齐,两者之间缺乏可靠的连接,不能使原拱圈形成整体受力。混凝土收缩时,首先在两者结合面产生裂缝,同时由于拱上填料土压力的作用下,使得侧墙外倾,原裂缝进一步加大,最终导致拱圈在预制部分与现浇部分结合面处分离成大裂缝,同时也导致预制混凝土块部分拱圈外倾。由于美姑侧桥台在原桥施工时进行过加固,加固砌筑的侧墙和前墙对原拱圈的约束作用,使得拱顶处至美姑侧拱脚处裂缝宽度逐渐变小。

2.1.2 拱腹不规则细小裂缝

主拱圈拱腹表面存在大量不规则裂缝,裂缝宽度达 5 mm,主要分布在拱顶两侧各 5m的范围内。现浇部分主拱圈大面积空洞,从空洞处将裂缝打开发现,拱腹下缘仅有 5 cm左右的混凝土,其上部片石与该混凝土之间有 5 cm左右的空洞,片石上存在泥土,混凝土与片石结合不密实,此为导致拱腹表面产生大量不规则裂缝的原因。

2.1.3 其他病害

主拱圈上游侧浆砌混凝土预制块部分,砌缝存在不饱满现象。主拱拱腹在两侧拱脚和拱圈外侧浆砌混凝土预制块附近有漏水现象,并泛碱白呈钟乳石状。美姑侧主拱圈在拱脚与拱座结合面处存在空隙,雨水从该处下漏,并产生钟乳石现象(图 2)。

图2 主拱圈结构损伤图(单位:cm)

2.2 桥台及基础

美姑侧桥台侧墙和下游侧前墙在本桥施工时曾进行过加固,方法为在桥台外侧用浆砌片石进行包裹。

昭觉侧桥台前墙在下游侧距外测 50 cm处有 1条大裂缝(图 2),系主拱大裂缝贯通至该处,并延伸至地面,宽达 5 cm。昭觉侧上游桥台侧墙存在砌缝不饱满、个别砌石松动现象。

两侧桥台无护坡,上游侧桥台侧墙附近泥土下滑至河道,大部分美姑侧桥台前墙被下滑泥土所埋。

两桥台基础无冲刷,但昭觉侧桥台有产生冲刷的趋势。

2.3 桥面系

桥面铺装层未发现裂缝,局部铺装层缺失,路面不平整。

该桥上游侧栏杆完好,下游侧栏杆外倾变形,系主拱圈外倾所致。

2.4 桥梁评定

根据现场检测,由于长时间超负荷运营和桥梁本身存在的缺陷,导致存在一定的病害,出现了程度较大的损伤。经对该桥进行综合评定,色尔古拱桥为三类桥梁,必须进行维修和加固,且要采取一定的加固措施,提高桥梁的整体承载能力,增强桥梁的使用性能,延长桥梁的使用寿命。

由于该桥存在较大的损伤,若拆除原桥后进行重建,估计全桥造价为 120万元,而加固费用约为 100万元,且重建桥梁工期增加,难度增大。综合考虑以上几点,决定对该桥进行维修加固。

3 加固方法

综合考虑该桥的病害情况与加固经济效益,全桥加固方法如下。

3.1 桥台、主拱、基础的裂缝和缺陷治理

(1)由于原桥出现纵向宽度为5 cm的贯通裂缝,为了提高桥梁构件受力的整体性和耐久性,对主拱圈、桥台前墙等砌体裂缝,采用高压压注M 20水泥砂浆的方式进行治理。

(2)由于原桥的主拱圈、桥台的浆砌混凝土预制块部分,存在砌缝不饱满现象。为了提高主拱圈受力的整体性,对主拱圈、桥台的砌缝不饱满的构件进行高压压注M 20水泥砂浆的方法进行治理。

(3)由于原桥的主拱圈现浇片石混凝土部分,存在空洞现象,为了提高主拱圈受力的整体性,对拱圈空洞的部分采用高压压注 M20的水泥砂浆的方法进行加固补强。

(4)由于昭觉侧桥台有产生冲刷的趋势,为了确保桥梁的安全,对桥下沟床用M 7.5浆砌片石铺砌的方法进行防护。

3.2 改变结构体系

(1)根据计算分析,本桥拱脚截面不能满足通行公路-II级荷载要求,为了提高拱圈的承载能力,将实腹式拱桥变为纵置桥面板的空腹式拱桥。具体做法为:首先对称拆除主拱上的填料和桥面铺装层、栏杆;然后现浇桥台前墙部分的混凝土,对台帽底以上的桥台侧墙进行重筑,现浇垫墙、横墙、墙帽、台帽、支座垫石;再安放支座,现浇桥面连续板;最后浇筑桥面铺装层、台后搭板、防撞栏杆。

(2)由于原桥主拱圈两种材料间缺乏可靠的连接,导致该处产生纵向大裂缝。为了提高桥梁的承载能力,确保拱圈共同受力,在拱脚套箍段施加横向无粘结预应力,同时在新增的横墙位置通过在原拱圈上植入连接钢筋后现浇钢筋混凝土横墙的方法,使得主拱圈两种不同的材料共同受力。这样,既减轻了结构的自重,又可确保两种分离的材料共同受力。

(3)由于昭觉侧桥台前墙下游侧出现宽度较大的裂缝,为了确保桥台受力的整体性,对该桥台采取钢筋混凝土套箍带加固的方法进行治理(图 3、图 4)。

图3 加固后桥梁总体结构立面图

图4 套箍加固示意图

4 加固效果

改变原桥结构体系后,对加固后桥梁按照公路 -Ⅱ级车道荷载等级要求进行建模计算。在承载极限能力极限状态下,主拱圈各截面结构抗力与结构内力之比都大于 3,桥梁结构的承载力满足。在正常使用极限状态下,主拱圈各截面均受压,桥梁结构的刚度满足。

通过加固,色尔古拱桥能够满足规范的要求,桥梁恢复正常运营,桥梁加固效果显著。

5 结束语

拱桥的类型多种多样,不同的结构类型,病害表现有所不同,产生的原因也有很大的差异,而处理病害的方法手段也是多种多样。在实际工程中,需要对问题进行具体分析,针对病害情况与加固经济效益做出研究,以获得显著的加固效果。本文对同类桥梁的维修加固提供了参考。

[1]JTG D 60-2004公路桥涵设计通用规范[S]

[2]JTG D 61-2005公路圬工桥涵设计规范[S]

[3]JTG H 11-2004公路桥涵养护规范[S]

[4]王振领,李丽.南部嘉陵江特大桥裂缝治理方法探讨[J].华东公路,2004(8):32-35