套拱法在石拱桥加固中的应用实例分析

2021-01-14江林

黑龙江交通科技 2020年12期

关键词：检算拱圈石拱桥

江林

(江西中煤建设集团有限公司，江西南昌 330000)

1 套拱法加固石拱桥原理及承载力计算

套拱法是通过在原主拱圈拱腹增设一层钢筋混凝土套拱形成复合主拱圈。由于混凝土结构与砌体结构两种材料的线膨胀系数相近，在温度变化时能协调变形，界面层不会产生较大的应变差，加之混凝土结构弹性模量大于砌体结构，新增的混凝土套拱能有效分担荷载。

1.1 一般截面受压承载力计算

石拱桥一般按承载能力极限状态设计，当构件的受压偏心距在限值范围内时，承载力按以下公式计算

γ0Nd<φAfcd

式中:γ0-结构重要性系数；Nd-轴向力设计值；A-构件截面面积；fcd-砌体或混凝土轴心抗压强度设计值；φ-构件轴向力的偏心距e和长细比β对受压构件承载力的影响系数。

当构件的受压偏心距在限值范围外时，承载力按以下公式计算

式中:A-构件截面面积；ftmd-构件受拉边缘的弯曲抗拉强度设计值；W-构件受拉边缘的弹性抵抗矩；e-构件轴向力偏心距；φ-砌体偏心受压构件承载力影响系数或混凝土轴心受压构件弯曲系数。

1.2 复合截面受压承载力计算

对于复合主拱圈，当构件的受压偏心距在限值范围内时，套拱后截面受压承载力可保守的按下式计算

式中:A0、A1-分别表示砌石拱圈和套拱混凝土截面面积；fc0d、fc1d-分别表示砌体拱圈和套拱混凝土轴心抗压强度设计值；φ-构件轴向力的偏心距e和长细比β对受压构件承载力的影响系数。

当构件的受压偏心距在限值范围外时，套拱后的截面受压承载力可考虑套拱内的顺桥向钢筋参与作用，按预混规5.3.4节计算截面受压承载力，复合截面以套拱混凝土截面面积为标准层截面面积按弹性模量比进行换算。

复合截面上部受拉，下部受压时，受压承载力为

复合截面下部受拉，上部受压时，受压承载力为

Nu=fcdbx-σsAs

式中:fcd-混凝土轴心抗压强度设计值；b-构件截面宽度；x-复合截面受压区高度；σs-复合截面受拉边顺桥向钢筋的应力；As-受拉区顺桥向普通钢筋截面面积。

2 工程实例

2.1 项目概况及加固设计要点

江西省内某桥全长51.4 m，桥面宽度为：6.0(行车道)+2×0.5 m(安全带)，上部构造为2×16 m实腹式圆弧线砌石板拱，桥梁矢跨比为1/5，下部构造为重力式墩台配扩大基础。桥梁原设计荷载等级为“汽—15，挂—80”，加固设计荷载等级为“公路Ⅱ级”。

经检测发现桥梁主要存在以下病害：(1)桥面铺装于桥跨拱脚、桥墩中心附近存在多条横桥向通长裂缝，局部铺装层龟裂，混凝土缺失形成坑槽；(2)上下游侧拱顶附近拱上侧墙与主拱圈脱裂；(3)主拱圈局部存在砂浆抹面脱落、砌块松动及局部渗水现象。

针对以上病害情况，提出主要加固设计要点如下： (1)对桥台前墙及桥墩两侧外包20 cm厚 C35钢筋混凝土以支撑主拱套拱；(2)主拱圈底部增设30 cm厚C40补偿收缩混凝土套拱；(3)拆除桥跨段拱顶附近拱上侧墙，采用C35素混凝土修复侧墙至设计标高；(4)拆除全桥桥面系，重做15 cm厚C40防水混凝土桥面铺装，下设10 cm～14.5 cm厚C15素混凝土垫层；(5)重做C35组合式钢筋混凝土防撞护栏。

桥梁加固施工步骤为：桥墩台前墙外包混凝土施工→主拱圈套拱施工→拆除桥面系施工→拆除并重做拱上侧墙施工→重做桥面系施工。

套拱施工工艺大致如下：清理拱底表面→清洗→植筋→布置钢筋网(或钢筋骨架)→浇筑混凝土→养生。施工时植筋设置在牢固、坚硬、未风化、经钻孔后不崩裂的石材上，加强套拱与原砌石拱圈间的黏结。套拱混凝土沿拱轴线方向分段对称、由拱脚自拱顶同步浇筑，并在浇筑套拱混凝土时预留灌浆修补孔供套拱混凝土终凝后通过修补孔压注水泥净浆来填塞新、老接合面间隙，确保套拱与原拱圈间的有效粘结。