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摘要:桥梁的使用寿命,需要进行维修加固和改造以提高荷载等级。本文研究了几种石拱桥上部结构加固技术,并对桥梁的管理提出建议 。
关键词:石拱桥;加固研究;结构性能
中图分类号:U448文献标识码: A
天上有彩虹、人间有拱桥,石拱桥是桥梁中最能接近自然的人工产物,除简易独木桥外,石拱桥是人类最先采用的一种结构形式,历史悠久。公元前250年已石拱建造,用于道路上的石拱桥我国已有二千多年历史,由于石拱桥造型优美、结构精巧、强度高、用料省、使用年限最长,其他任何一种材料与形式的桥梁都无法与其比拟的,凡有石料的地区,石拱桥均广泛采用,黄山市据不完全统计古石拱桥就有150余座,尚不包括解放后修建的公路石拱桥,从县志记载看现存的石拱桥为明清两代,最早的已有五百多年,一般都有一百多年历史,这些古石拱桥除点缀多娇的江山,入诗入画给人们以美的感受以怀古幽情外,更重要的是其默默无声地蜷伏着任人践踏,有的还担起时代的交通重负,为繁荣经济和旅游事业,还在鞠躬尽瘁、“死”而后己。
目前还有一些古石拱桥存在着令人忧虑而不容忽视的问题:年久失修、风化严重、水流冲刷而导致墩台下沉拱圈变形,如何保护维修这些带病负荷的石拱桥,尤其是一些大型古石拱桥是刻不容缓的课题。
歙县河西太平桥现另建过境公路于以保护,休宁西门外古石桥、万安古城岩下的石拱桥,都由公路部门投资或由当地政府集资于以重新加固修复,这些大桥仅以造价的20%~30%的资金,使几百年的古石拱桥“返老还童”焕发青春,提高承载能力继续为交通运输服役,且为保护古文物做了有益的贡献。如何加固?怎么才能节约资金获得较好的效益?本文就已经加固的几座石拱桥的情况进行探讨,无疑是有一定意义的,不能说这些方法是完美无缺的,只作抛砖引玉,重在探讨借鉴提高。
一、基础工程加固
(一)、古石拱桥的基础状况:
1、凡直接建于岩石,复盖层浅,地上水位不高地下水位较低的基础,当年施工人工排水能满足施工要求的,此类桥梁基础一般完好。
2、虽建于岩层,但由于地面水位高,河床复盖较厚,地下水位高,排水量过大,当时排水能力低,不能满足施工要求,只能潜水干砌块石,此类基础与岩层接触部门空洞多不整齐,有的还缺砌成洞,有的因洪水冲刷个别块石已从基础中冲出,导致基础松动,拱圈纵向开裂。休宁西门外大石拱桥发生上述存在问题。
3、建于摩擦松木桩与纵横卧梁形成的排筏上,四周拋石以防冲刷。但现有的抛石被冲走,少数木桩外露,导致基础松动等。徽州区雅口桥在修复前就存在此问题。
(二)、加固方法:
1、塞补围基加固:当原桥基建于岩层上,仅仅是基础石块松动淘空,而河床比降小,流速V=1~3m/s以下,一般用混凝土塞补空洞,再沿大方脚(指与岩层接触的底层)浇0.5m宽混凝土,高度一般以第一层基础高为准;如河床比降大,流速V=3~5m/s时,则应在基础四周钻孔入岩层30cm,间距30~50cm锚入Φ16mm以上之短钢筋,钢筋长以第一层基础高为限,再以Φ6.5mm钢筋间距20cm围之,支模浇50cm宽混凝土,使桥基与岩层较好地固结,杜绝冲刷后患,国道205线南关桥均采用此法加固,效果甚佳。
2、基础外围挖基后浆砌块石或浇混凝土,再在原基础与新基础之间用砌片石护之。
(1)此法适用于原桥基未达到岩层,如前述第三种类型基础,现在冲深已超过原砼基础底,砼基础底的桩木间的土壤有流失现象,从而导致拱圈出现开裂,如不及时加固防护,则会使拱圈裂缝加速发展,甚至毁桥。在这以屯溪古石拱桥为例(如图1):
(2)加固措施(图2):原基础底未建在岩层,抗冲刷能力低,采取上述方法加固,仍不能防止基础冲空之弊,近靠原基开挖是困难的,必须在不影响原基安全的范围外开挖,最小B宽为现有冲深H与所选定的坡比来决定,如果原基底土壤开挖时有松动流失的可能,则可延原基础周围打桩预防,护基墙裙深度h大致为已经发生的集中冲刷深度以下1~1.5m,视开挖难易和资金的可能性决定,墙宽一般为0.6~0.7米,原大方脚与新墙裙之间铺砌块石h=0.4米之浆砌块石或干砌勾缝;如果桥孔小墩台基础加固范围已经重叠,则可全孔表面铺砌加做进出口墙裙,黟县双溪桥中墩基础水毁修复加固时即采用此方案,何者为佳?作经济比较取舍。
一般说来这样加固防冲刷保基础是能收到预期效果的,尤其是山前区河流汇水面积并不太大,原已发生之冲深是经过长时间的较大高洪峰流量考验的,现护基墙裙又在实际冲刷线以下1~1.5米,这本身就有安全度,但洪峰过后,应及时对冲刷情况检查,如发现问题应及时补救。
二、拱圈加固
(一)、在原桥拱圈上加固:
1、适用条件:侧墙凸出、开裂须拆除整理,需要保持原桥外形,拱圈石风化不甚严重,虽有纵横裂缝,而拱圈尚未变形。
2、加固方法:
(1)支支架,设计简易支架,布置并检查后进行下一步。
(2)支架就绪方可拆除拱上建筑,清洗干净,对有裂缝部位,用Ф14mm以上钢筋加工成特制扒钉,嵌入裂缝两边的砌体浆缝中,必要要钻眼锚入,扒钉略高出拱圈0.1米,以便与加固的钢筋结合。
(3)拱圈布筋,顺桥向Ф12mm以上钢筋间距,0.2m,横向用,用Ф6.5mm钢筋间距0.2m,按受力拱顶应在拱腹而处布在拱背,施工较困难,我们一般是布在中间加固层厚度的处。
(4)加固拱圈混凝土厚度在0.2~0.3米之间,老石拱桥L。一般为11~13m,原拱圈d一般在0.3m~0.6m,加固后为0.6~0.9m已满足汽—15,汽—20级荷载要求,实用中可根据拱圈损坏的程序,原拱跨径大小,原拱圈厚度尺寸,与荷载等级、合理抉择,一般不少于0.2米。
(5)加固是否要从起拱线部位开始,也要从实际出发,老石拱桥墩台有的是填三合土,有的是填块石,我们在实践中往往不拆至拱脚,而是在原中墩上加做支撑墩台帽。如图(3)。加固范围以略超过原跨处。如图徽州区西南古石拱桥原为=(L=11.2m)经过计算后,改为=,当拱顶承受荷载时,加固拱圈直接将一部荷载传给墩台,减少老拱圈受力,起到保护和加固之目的。
3、优缺点:优点是支架简易,操作方便,新老拱圈结合好,结构合理,能保护原古桥外貌;缺点是断绝交通,修便桥便道,增加投资,拱上建筑拆除工作量在费用高。
(二)、在拱腹下加固
1、适用条件:a.原桥侧墙与拱上建筑较完好,不必拆除重新修整;b.交通量大,不能终断交通,又不能半幅施工,便桥便道受地形限制无法施工或投资太大;c.原桥基础襟边有足够宽度,即能满足加固之拱圈传递荷载,不必大开挖拼宽基础的前提下采用。
2、加固方法:(见图4)
(1)利用原桥墩襟边浇筑钢筋混凝土以支承加固拱圈,用Ф16mm以上的钢筋锚入原桥砌缝内,或钻孔描入不少于20厘米,外留15厘米,然后以Ф6.5mm钢筋成网,筋距20厘米,原墩面打毛,以便新底模凝土与老墩台牢固结合;
(2)支架:支架设计时,不仅要考虑承受加固之拱圈钢筋混凝土重量,还要考虑震捣的震动和操作方便的因素,施工时,按设计图布置拱架支撑并牢固,否则,就会变形、漏浆、振捣不实;
(3)浇筑:底模自两拱脚对称向拱顶架设,边支底模(一次一米长为好)边浇筑混凝土,离拱顶面约一米时,再自上游至下游,支一段底模浇筑一段混凝土的办法,直至最后封侧面板,这样有利于振捣效果好。
(4)钢筋:钢筋布置型号及间距(有设计)同前不再述,但强调的是钢筋绑扎要牢固,不能影响后期底模的架设、振捣,否则,很难补救。
3、优缺点:优点是不终断交通,工作量大大减少,节省投资,缩短工期;缺点是新浇筑拱圈与原石拱圈结合困难,绑扎钢筋和振捣施工操作不方便,工效低,质量难控制。
关键词:石拱桥;加固研究;结构性能
中图分类号:U448文献标识码: A
天上有彩虹、人间有拱桥,石拱桥是桥梁中最能接近自然的人工产物,除简易独木桥外,石拱桥是人类最先采用的一种结构形式,历史悠久。公元前250年已石拱建造,用于道路上的石拱桥我国已有二千多年历史,由于石拱桥造型优美、结构精巧、强度高、用料省、使用年限最长,其他任何一种材料与形式的桥梁都无法与其比拟的,凡有石料的地区,石拱桥均广泛采用,黄山市据不完全统计古石拱桥就有150余座,尚不包括解放后修建的公路石拱桥,从县志记载看现存的石拱桥为明清两代,最早的已有五百多年,一般都有一百多年历史,这些古石拱桥除点缀多娇的江山,入诗入画给人们以美的感受以怀古幽情外,更重要的是其默默无声地蜷伏着任人践踏,有的还担起时代的交通重负,为繁荣经济和旅游事业,还在鞠躬尽瘁、“死”而后己。
目前还有一些古石拱桥存在着令人忧虑而不容忽视的问题:年久失修、风化严重、水流冲刷而导致墩台下沉拱圈变形,如何保护维修这些带病负荷的石拱桥,尤其是一些大型古石拱桥是刻不容缓的课题。
歙县河西太平桥现另建过境公路于以保护,休宁西门外古石桥、万安古城岩下的石拱桥,都由公路部门投资或由当地政府集资于以重新加固修复,这些大桥仅以造价的20%~30%的资金,使几百年的古石拱桥“返老还童”焕发青春,提高承载能力继续为交通运输服役,且为保护古文物做了有益的贡献。如何加固?怎么才能节约资金获得较好的效益?本文就已经加固的几座石拱桥的情况进行探讨,无疑是有一定意义的,不能说这些方法是完美无缺的,只作抛砖引玉,重在探讨借鉴提高。
一、基础工程加固
(一)、古石拱桥的基础状况:
1、凡直接建于岩石,复盖层浅,地上水位不高地下水位较低的基础,当年施工人工排水能满足施工要求的,此类桥梁基础一般完好。
2、虽建于岩层,但由于地面水位高,河床复盖较厚,地下水位高,排水量过大,当时排水能力低,不能满足施工要求,只能潜水干砌块石,此类基础与岩层接触部门空洞多不整齐,有的还缺砌成洞,有的因洪水冲刷个别块石已从基础中冲出,导致基础松动,拱圈纵向开裂。休宁西门外大石拱桥发生上述存在问题。
3、建于摩擦松木桩与纵横卧梁形成的排筏上,四周拋石以防冲刷。但现有的抛石被冲走,少数木桩外露,导致基础松动等。徽州区雅口桥在修复前就存在此问题。
(二)、加固方法:
1、塞补围基加固:当原桥基建于岩层上,仅仅是基础石块松动淘空,而河床比降小,流速V=1~3m/s以下,一般用混凝土塞补空洞,再沿大方脚(指与岩层接触的底层)浇0.5m宽混凝土,高度一般以第一层基础高为准;如河床比降大,流速V=3~5m/s时,则应在基础四周钻孔入岩层30cm,间距30~50cm锚入Φ16mm以上之短钢筋,钢筋长以第一层基础高为限,再以Φ6.5mm钢筋间距20cm围之,支模浇50cm宽混凝土,使桥基与岩层较好地固结,杜绝冲刷后患,国道205线南关桥均采用此法加固,效果甚佳。
2、基础外围挖基后浆砌块石或浇混凝土,再在原基础与新基础之间用砌片石护之。
(1)此法适用于原桥基未达到岩层,如前述第三种类型基础,现在冲深已超过原砼基础底,砼基础底的桩木间的土壤有流失现象,从而导致拱圈出现开裂,如不及时加固防护,则会使拱圈裂缝加速发展,甚至毁桥。在这以屯溪古石拱桥为例(如图1):
(2)加固措施(图2):原基础底未建在岩层,抗冲刷能力低,采取上述方法加固,仍不能防止基础冲空之弊,近靠原基开挖是困难的,必须在不影响原基安全的范围外开挖,最小B宽为现有冲深H与所选定的坡比来决定,如果原基底土壤开挖时有松动流失的可能,则可延原基础周围打桩预防,护基墙裙深度h大致为已经发生的集中冲刷深度以下1~1.5m,视开挖难易和资金的可能性决定,墙宽一般为0.6~0.7米,原大方脚与新墙裙之间铺砌块石h=0.4米之浆砌块石或干砌勾缝;如果桥孔小墩台基础加固范围已经重叠,则可全孔表面铺砌加做进出口墙裙,黟县双溪桥中墩基础水毁修复加固时即采用此方案,何者为佳?作经济比较取舍。
一般说来这样加固防冲刷保基础是能收到预期效果的,尤其是山前区河流汇水面积并不太大,原已发生之冲深是经过长时间的较大高洪峰流量考验的,现护基墙裙又在实际冲刷线以下1~1.5米,这本身就有安全度,但洪峰过后,应及时对冲刷情况检查,如发现问题应及时补救。
二、拱圈加固
(一)、在原桥拱圈上加固:
1、适用条件:侧墙凸出、开裂须拆除整理,需要保持原桥外形,拱圈石风化不甚严重,虽有纵横裂缝,而拱圈尚未变形。
2、加固方法:
(1)支支架,设计简易支架,布置并检查后进行下一步。
(2)支架就绪方可拆除拱上建筑,清洗干净,对有裂缝部位,用Ф14mm以上钢筋加工成特制扒钉,嵌入裂缝两边的砌体浆缝中,必要要钻眼锚入,扒钉略高出拱圈0.1米,以便与加固的钢筋结合。
(3)拱圈布筋,顺桥向Ф12mm以上钢筋间距,0.2m,横向用,用Ф6.5mm钢筋间距0.2m,按受力拱顶应在拱腹而处布在拱背,施工较困难,我们一般是布在中间加固层厚度的处。
(4)加固拱圈混凝土厚度在0.2~0.3米之间,老石拱桥L。一般为11~13m,原拱圈d一般在0.3m~0.6m,加固后为0.6~0.9m已满足汽—15,汽—20级荷载要求,实用中可根据拱圈损坏的程序,原拱跨径大小,原拱圈厚度尺寸,与荷载等级、合理抉择,一般不少于0.2米。
(5)加固是否要从起拱线部位开始,也要从实际出发,老石拱桥墩台有的是填三合土,有的是填块石,我们在实践中往往不拆至拱脚,而是在原中墩上加做支撑墩台帽。如图(3)。加固范围以略超过原跨处。如图徽州区西南古石拱桥原为=(L=11.2m)经过计算后,改为=,当拱顶承受荷载时,加固拱圈直接将一部荷载传给墩台,减少老拱圈受力,起到保护和加固之目的。
3、优缺点:优点是支架简易,操作方便,新老拱圈结合好,结构合理,能保护原古桥外貌;缺点是断绝交通,修便桥便道,增加投资,拱上建筑拆除工作量在费用高。
(二)、在拱腹下加固
1、适用条件:a.原桥侧墙与拱上建筑较完好,不必拆除重新修整;b.交通量大,不能终断交通,又不能半幅施工,便桥便道受地形限制无法施工或投资太大;c.原桥基础襟边有足够宽度,即能满足加固之拱圈传递荷载,不必大开挖拼宽基础的前提下采用。
2、加固方法:(见图4)
(1)利用原桥墩襟边浇筑钢筋混凝土以支承加固拱圈,用Ф16mm以上的钢筋锚入原桥砌缝内,或钻孔描入不少于20厘米,外留15厘米,然后以Ф6.5mm钢筋成网,筋距20厘米,原墩面打毛,以便新底模凝土与老墩台牢固结合;
(2)支架:支架设计时,不仅要考虑承受加固之拱圈钢筋混凝土重量,还要考虑震捣的震动和操作方便的因素,施工时,按设计图布置拱架支撑并牢固,否则,就会变形、漏浆、振捣不实;
(3)浇筑:底模自两拱脚对称向拱顶架设,边支底模(一次一米长为好)边浇筑混凝土,离拱顶面约一米时,再自上游至下游,支一段底模浇筑一段混凝土的办法,直至最后封侧面板,这样有利于振捣效果好。
(4)钢筋:钢筋布置型号及间距(有设计)同前不再述,但强调的是钢筋绑扎要牢固,不能影响后期底模的架设、振捣,否则,很难补救。
3、优缺点:优点是不终断交通,工作量大大减少,节省投资,缩短工期;缺点是新浇筑拱圈与原石拱圈结合困难,绑扎钢筋和振捣施工操作不方便,工效低,质量难控制。