贵州省三沙大桥加固改造方案比较

建国以来,特别是改革开放以来,随着我国社会主义建设事业的发展,我国的桥梁建设取得了长足的发展。随着交通运输事业的发展,由于交通运输量大幅度增长,行车密度及车辆载重越来越大,尤其是推行拖挂运输和集装箱运输后,重型车辆日益增多,同时加上外界各种因素作用和影响,导致桥梁结构产生病害出现缺陷,严重影响桥梁正常使用。为了保证交通畅通,就需要对桥梁进行加固和改造。1 工程概况三沙大桥位于贵州省遵义县沙土—三合公路上,于1971年5月开始建设,1975年3月建成通车。全桥总长215.00m,由5个不同的跨径而且分属不同的桥型构成,加之修建年代久远,所采用的混凝土和石料标号偏低,同时原桥的设计荷载为汽—1级、拖—60。随着国民经济和交通运输的发展,车流量逐年增加车载重量越来越重,大量超载、超限车辆通过,原桥承载能力虽能满足原设计要求,但已不能满足日益增长的车辆荷载需要,多处呈现病害情况。2005年1月贵州省交通建设工程检测中心对该桥进行了检测,发现该桥存在大量病害和缺陷,承载能力不足,严重危及行车道及桥梁的安全,随后全桥封闭了交通,严重影响和制约了地方经济的发展。原桥总体布置图见图1。2 加固方案介绍2008年年底,贵州省公路局委托设计单位进行加固改造设计,共提出了三种加固改造方案。1)连续梁桥方案。该方案提倡拆除原桥上部结构,在原桥桥墩上,利用原拱圈作为支架,现场浇筑连续梁。待连续梁混凝土达到设计强度,张拉预应力后拆除原主拱圈。2)锚喷混凝土加固方案。锚喷技术起源于欧洲,常称新奥法(奥地利新的隧道修筑法的简称)。我国20世纪70年代才逐步将这一技术运用到隧道衬砌护壁,地下洞室衬砌,煤矿坑道作业中。80年代中期,重庆交通学院王世槐教授等科技人员将新奥法应用于拱桥加固,至今已成功加固了几十座旧桥。其加固机理在于:利用锚入原主拱圈的锚杆挂设钢筋网,再施喷加入适量速凝剂的混凝土至结构层面层,直至形成复合拱圈,并与原拱圈共同协调变形,分担部分活载,从而达到提高承载力的目的。3)释能法加固方案。该方案采用在主拱圈拱背新浇800cm-10cm的C30钢筋混凝土层,再新浇400cm-70cm的C30钢筋混凝土拱肋,将中性轴提升到原主拱圈顶面附近。在拱脚处用双层油毛毡将新浇拱肋与拱座横墙隔离,使原桥结构受力体系由无铰体系转换为平铰体系,形成释能拱,释能槽示意图如图2所示。3 加固技术分析针对上述三种加固方案,分别从技术性、施工难易程度、经济性等方面进行分析,比较其优缺点,为最终的方案选定提供参考。3.1 技术性1)连续梁。连续梁是一种古老的结构体系,它具有变形小,结构刚度好,行车平顺舒适,伸缩缝少,养护简易、抗震能力强等优点。20世纪50年代,悬臂施工法应用于连续梁桥的施工后,使连续梁桥具有更大的竞争力,逐步在40m~200m范围内占主要地位。针对三沙桥的实际情况,在原桥桥墩上,利用原拱圈作为支架现场浇筑连续梁,完全能够达到公路—Ⅰ级的要求。2)锚喷技术。为验证锚喷技术的加固效果,以王世槐教授为首的课题组早在1990年就做了CL=1/15的缩小模型试验,试验结果如表1所示。表1中,1号拱为未做加固处理的拱,2号和4号拱为无破损情况下进行加固的拱,3号拱为破损后再加固的拱。根据模型试验,结合课题组近年来加固的近80座桥的实践经验,采用锚喷技术加固拱桥可提高桥梁承载力10%~35%。针对三沙大桥目前的实际病害情况,经计算分析锚喷技术可提高桥梁承载力25%左右。3)释能法方案。释能法改造旧危拱桥成套技术是通过改变原桥主拱圈结构受力体系,释放拱脚过大的负弯矩,调整主拱圈的内力,在全拱内进行内力重分配,让整个主拱圈受力均衡,发掘主拱自身潜力,提高原桥承载力的拱桥加固新技术。针对三沙大桥目前的实际病害情况,采用释能法计算程序(SNGQ),经计算分析释能法可提高桥梁承载力35%左右。3.2 经济性三种加固技术经济性比较见表2。3.3 施工难易性三种加固技术施工难易性比较见表3。3.4 美观及环保三种加固技术美观性与环保性比较见表4。4 结语从技术性、施工难易程度、经济性、美观及环保性等方面综合考虑,释能法用于双曲拱桥的加固改造较其他方法是一种可行、安全、经济的环保方案。