２０１０年第２５期 ｆ总第１６０期） 两 （ＣｕｍｕｌａｔｉｖＮｅｔ０．ｙＮ２Ｏ５．２０１ ０ ．１ ６０） 塘河大桥加固与评定 陈军，黄光清 （招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆４０００６７） 摘要：文章论述了塘河大桥进行旧桥检算，确定该桥无法满足 该桥原设计、竣工资料均已遗失。 现行交通荷裁通行要求，并对此桥进行加固设计，最终对该桥 加固后进行承载能力评定，确定其达到通行公路一ＩＩ级荷栽 的要求。 关键词：旧桥检测；加固设计施工；承栽能力评定；塘河大桥 中图分类 Ｕ４４８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２３７４（２０１０）２５—０１４４—０３ 图１塘河大桥总体布置图 当前由于交通的迅猛发展，新建和改造路网已经成为满 ２旧桥检算分析 足运输需求的必要手段，桥梁是确保公路畅通的Ⅱ因喉，其承载 ２．１现场实测 能力和通行能力更是沟通全线的关键。而对于西部山区大量 通过现场外观检测，该桥存在桥面铺装破损严重：边拱、 使用的石拱桥，由于交通量的增大及自然作用，很多桥梁存在 主拱和腹拱拱圈开裂：拱圈渗水严重等病害。为确定主拱实 较多病害，局部位置更是严重缺损，无法满足通行现行荷载标 际的矢跨比、拱轴线形及拱圈的扭转情况，采用电子全站仪对 准的要求，只有拆除重建或者对旧桥进行加固补强。由于旧 拱轴线进行了观测，在上游侧面主拱圈下缘处观测２６个点， 石拱桥拆除耗费的人力、物力大，而且新建桥梁费用大。故采 在下游侧面主拱圈下缘处观测３４个点。通过对主拱圈、桥 用对既有旧石拱桥进行检算，并采取相应的维修和加固措施， 面等实测数据坐标进行拟合（如下图２～５），得出以下结论： 具有十分重要的现实意义。 桥梁中间段下陷最大约２４ｃｍ，如果加上桥面纵坡，可以推测 １塘河大桥简介 主拱跨中段的下沉在５０ｃｍ以上。由于跨中段桥面填料厚度 较小，不可能产生如此大的沉降，因此可以判断造成桥面下沉 塘河大桥建成于１９７８年（图１）。桥面实测净宽为 的主要原因是主拱圈的下沉。而从现场观察到的情况和主拱 净一７．３ｍ＋２Ｘ０．６５ｍ，桥梁全长１ １５．７ｍ。该桥主拱为空 圈拟合情况来看，整个主拱圈范围内并没有比较大的曲线突 腹式等截面悬链线石板拱，净跨Ｌ０＝７Ｏｍ，矢跨比约１／６，主 变，拱腹以及拱圈侧面都没有发现比较严重的裂缝，因此可以 拱圈厚１．３ｍ，宽８．１ｍ。拱上构造由拱上横墙、腹拱、拱上填 判断沉降应该是在整个主跨范围内发生的，并且是越到跨中 料及桥面构造组成。拱圈石材为砂岩，砌缝采用水泥砂浆。 越严重：从当地村民了解到，桥面在桥梁修成后不久就发生了 职负责监测模板及支撑系统的稳定性，发现异常应立即暂停 预案等安全技术措施，在施工过程中，模板及其支架未发生任 施工，迅速疏散人员，及时采取处理措施，待排除险情并经现 何问题，确保了工程竣工顺利。 场安全责任人检查同意后方可复工。 构件允许偏差见下表： 参考文献 序号 项目 允许偏差 检查工具 ［１］建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范（ＪＧＪ１２８—２０００）［Ｓ】 １ 立杆钢管弯曲３ｍ＜Ｌ≤４ｍ ≤１２ 钢板尺 ４ｍ＜Ｌ≤６ ５ｍ ≤２０ ［２】土木结构设计规程（ＧＢ５￣５—０３）【Ｓ】． ２ 水平杆、斜杆的钢管弯曲 ≤３０ 钢板尺 Ｌ≤６ ５ｍ ［３】混凝土结构工程施工质量验收规范（５０２０４—２００２）【Ｓ】． ３ 立杆垂直度全高 绝对偏差≤１００ｍｍ 吊线和卷尺 ［４】建筑工程施工质量验收统一标准（ＧＢ５０３００—２００１）ＩＳ】． ４ 立杆脚手架高度Ｈ内 相对值≤Ｈ／４０ｏ 钢板尺 ［５】建筑施工计算手册【Ｍ］．２００４． ８ 结语 作者简介：葛建行（１９６７一），宁波建工股份有限公司工程师，经 该大厦主体结构于２００７年６月施工完毕，由于高支模 济师，研究方向：项目管理。 方案的慎密编制，并制定了严格的施工管理监测措施及应急 －１４４－ 明显下沉，而后没有出现进一步发展迹象：综合上述因素Ｎ１．Ｙ． 计算出拱圈各截面抗力效应设计值 。最后通过检算公式 塘河大桥主拱圈拱脚截面、边拱１，４Ｌ截面、腹 判断造成主拱圈下沉的主要原因可能是主拱圈合拢后落架过 验算结果表明：㈣ 咄 ¨ 呲 ５ ０ ５ ｌ ５ ２ ５ ｌ级荷载 早，砌缝砂浆强度不足以及收缩徐变的影响，在主拱圈及拱上 拱拱顶截面的正截面抗压强度均不满足通行公路一Ｉ建筑的自重作用及车辆作用下，砌缝发生了较大压缩变形。 图２上游侧拱轴线拟合图 图４跨中段缘石下缘实测曲线图 图５跨中段桥面实测曲线 根据《公路桥涵养护规范＞（ＪＴＧＨ１１—２００４）相关规定进 行评定，塘河大桥一般评定结果为五类。主拱圈、边拱拱圈、 腹拱圈、桥面铺装、排水设施的组合标度。Ｒｉ≥３，表示均出现 了严重缺损，需要维修、加固。 ２＿２结构计算分析及验算 根据实测得到的塘河大桥线形和材料性能，通过有限元 计算程序，对全桥结构进行计算分析。计算得到在恒载、温度 荷载作用下跨中、１／４及拱脚截面内力值及汽车荷载作用下 内力极值。根据《公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）》旧桥 检算公式： ，，Ｄ 、 － （ 。 ∑ Ｑ） Ｒｅｌ ，， ／ Ｉｚ。 州 即荷载效应不利组合设计值小于或等于结构抗力效应设 计值。 对以上计算的各种荷载内力值进行组合得到荷载效应 不利组合设计值 。根据（公路砖石及混凝土桥涵设计规范》 的要求，需进行加固设计施工。 ３维修加固设计 ３．１ 加固方案 （１）对主拱圈、腹拱圈、边拱圈不饱满灰缝压注１２．５号水 泥砂浆，以增强拱圈的强度。 （２）增大主拱圈、腹拱圈、边拱圈截面。为了有效地加强 拱圈截面，采用锚喷混凝土加固拱圈的方法，具体的加固方案 如下：在主拱圈拱腹喷射１ ０ｃｍ厚的钢筋混凝土，在主拱圈拱 脚和腹拱墩３（注：腹拱墩编号按拱脚一拱项排列）之间的拱 背现浇１０ｃｍ厚的钢筋混凝土，边拱圈和第一～四腹拱圈采 用在拱腹喷射８ｃｍ钢筋混凝土加固，第五腹拱圈由于在拱腹 下施工困难，改为在拱背现浇８ｃｍ钢筋混凝土，加固总体布 置方案见图６。为了增强新浇混凝土与原拱圈的联结，保证 原拱圈和新增拱圈能够协调受力，需要在原拱圈上植筋，植筋 密度为６０ Ｘ ６０ｃｍ，植筋为①１６ｍｍ。 图６拱圈加固总体布置方案 （３）由于原桥面铺装破损严重，因此将原桥面铺装全部清 除，现浇１ ０ｃｍＣ３０防水混凝土面层加５ｃｍ沥青混凝土铺装 （桥面横坡２％），并配置间距为１５Ｘ １５ｃｍ的Ｆ１２钢筋网。 （４）更换原有石栏杆为钢筋混凝土栏杆。 ３．２加固后主拱圈截面强度验算 加固后主拱圈截面为新增拱圈混凝土层与原拱圈块石砌 体组成的组合截面。 ３．２，１ 恒栽内力计算 考虑到加固时，原桥的全部恒载 已由原主拱圈承受，因此，在进行恒载内力计算时，经过加固 的主拱圈的截面刚度仍取原块石砌体主拱圈的截面刚度，将 新增的混凝土拱圈作为恒载作用于原拱圈上，然后利用有限 元程序建立模型，进行恒载内力计算。 ３．２．２活载及温度内力计算原主拱圈经过加固后，全 桥活载及温度荷载由新旧拱圈共同承受，因此，计算活载及温 度内力时，用加大后的拱圈组合截面刚度进行计算，即新旧拱 圈作为一个整体计算，对于新增的混凝土按其弹性模量进行 截面换算，计算组合截面特性后，利用有限元程序对拱圈跨 中、１／４及拱脚截面内力极值进行计算。 如主拱圈跨中组合截面（图７）特性计算如下： ±＊■ 图７加固后的主拱圈跨中段截面 一１４５－ 换算截面面积： ＝４加固后承载能力评定 本桥进行维修加固后，需对全桥进行评价，包括现状检 查、结构计算和静荷载试验等。以对桥梁加固效果进行检查； １ ０．５３＋３．９４７×０．８１＝１ ３．７２７ｍ 换算截面重心至全截面底边距离： ＝——１０．５３ｘ０．７５＋３．９４７ｘ０．８１×０．Ｏ５ — —一：０・５ ７ｍ 检验加固后桥梁的工作状态；为桥梁运营、养护及同类桥梁加 固提供科学依据。 ４．１ 病害处治效果检查 换算截面重心至全截面顶边距离： ＝０．８１３ｍ 换算截面重心轴的惯性矩： ［－－１．４８３＋１ ０．５３ Ｘ（Ｏ．７５—０．５８７） ＋３．９４７×（ｘ ８．１ Ｘ ０．１。＋Ｏ８１×０．５３７ ）＝２．６８７４ｍ ．桥面系各种病害基本上得到了处治：拱上填料已按照设 计要求进行开挖和回填。桥面重新铺装后，线形平顺，达到设 计要求。主拱圈采用增大截面法进行了加固处理，截面厚度 能达到设计要求。原存在的各裂缝已修补完善。 ４．２荷载试验 换算截面的回转半 ＝ √ ４４２ｍ （１）原拱圈等效活载、温度内力。由于加固后的主拱组合 利用有限元计算程序，按平面梁、板体系对全桥结构进行 截面仅承受活载及温度荷载，恒载仍由原拱圈截面承受，新增 混凝土拱圈不承受恒载，因此，对加固后的主拱组合截面内力 进行组合时，需要先得出活载及温度荷载下组合截面中由原 拱圈截面承受的等效内力，然后将此等效内力与恒载内力作 为原拱圈单独承受的内力按相关规范进行组合。 原拱圈活载或温度内力等效的具体步骤为： 求原拱圈截面上下边缘应力。已知组合截面的轴力Ｎ， 弯矩Ｍ时，按照弹性体假定及平截面假定，可以求出原拱圈 截面的上下边缘应力为： Ｎ Ｍ 上 —上 Ａ—一—Ｉ— 上 上 Ｎ Ｍ 下 一Ａ＋了 下 式中，轴力Ｎ受拉为正，弯矩Ｍ以拱圈下缘受拉正，应 力 以受拉为正：面积Ａ和截面惯性矩Ｉ为组合截面的换算 面积和换算截面惯性矩；Ｙ上和ＹＴ分别为组合截面的换算重 心轴到原拱圈截面上下边缘的距离。 求原拱圈截面的等效内力。求出原拱圈截面上下边缘的 应力后，即可按下式求出原拱圈截面的等效轴力 和等效 弯矩 ：＝— ＿ ０ Ｍ Ｉ ｏ 式中， 。和 分别为原拱圈截面的截面面积和截面惯性 矩，Ｈ为原拱圈截面受弯方向的高度。 （２）加固后原拱圈截面强度验算。根据《公路桥涵通用设 计规范＞对以上计算所得恒载内力、活载及温度原拱圈等效 内力进行荷载组合计算，然后根据《公路圬工桥涵设计规范》 （ＪＴＧ Ｄ６１—２００５）第４．Ｏ．４条规定检算公式： ｙｏＳ≤Ｒ ，口ｄ） 即荷载效应不利组合设计值小于或等于结构抗力效应设 计值。 对以上计算的各种荷载内力值进行组合得到加固后原拱 圈荷载效应不利组合设计值ｓ。根据（公路圬工桥涵设计规 范》（ＪＴＧＤ６１—２００５）计算出加固后原拱圈各截面抗力效应设 计值Ｒ。最后通过检算公式验算结果表明：各控制截面的受 压抗力都大于荷载效应的最不利组合。 ．．１４６－ 计算分析，为荷载试验和承载能力评定提供理论依据。本次 荷载试验为验收性试验，根据受检桥跨的结构特点，选取主拱 圈拱脚截面、Ｌ／４拱截面、３Ｌ／８拱截面和拱顶截面共４个截面 作为主要控制截面，观测其在最大试验荷载作用下的应力、挠 度以及结构裂缝情况。根据各控制截面设计内力计算结果和 《大跨径混凝土桥梁的试验方法》的相关规定，对桥梁进行针 对性地加载。利用测试仪器对各控制截面，分别进行挠度、应 变和裂缝观测。 ４．３荷载试验评定分析 第一，荷载试验过程中，试验桥梁无异常现象发生，主拱 圈各控制截面未发现裂缝扩展。第二，在试验荷载作用下， 主拱各控制截面的实测挠度均小于理论计算值，挠度校验系 数在０．４７～０．９２之间，相对残余变形均小于２０％，表明加 固后的塘河大桥的刚度满足（大跨径混凝土桥梁的试验方法） 所规定的要求。第三，主拱圈控制截面的实测应力校验系数 基本正常，表明加固后的塘河大桥主拱圈的强度满足通行公 路ｌＪ级、人群３．０ｋＮ／ｍ 荷载要求。 ５结语 通过对塘河大桥同一个桥梁，先后进行旧桥检算评定一 维修加固设计一加固后承载能力评定，反映了整个旧桥处治 过程，效果良好，取得较好的社会和经济效益，为桥梁运营、养 护及同类旧桥检算、加固与评定提供了相关经验和借鉴。 参考文献 【１】公路圬工桥涵设计规范（ＪＴＧＤ６１－２００５）【Ｓ】． ［２】公路旧桥承载能力鉴定方法［Ｓ］．北京：人民交通出版社， １９８８． 【３】公路桥梁加固施工技术规范（ＪＴＧ／ＴＪ２３－２００８）【Ｓ】． 『４１重庆公路工程检查中心．江津塘河大桥承栽能力评价检验 报告ｆＲ１．重庆：重庆交通科研设计院，２００５． 作者简介：陈军（１９７９一），男，招商局重庆交通科研设计院有限 公司动力所工程师，研究生，研究方向：业主项目管理、新旧桥 检测加固；黄光清（１９７３一），男，招商局重庆交通科研设计院有 限公司动力所高级工程师，研究生，研究方向：公路桥梁抗震和 新旧桥检测加固。
