刚架拱桥维修加固施工监控分析

姚响宇

（1、广东盛翔交通工程检测有限公司 广州511400；2、广东和立土木工程有限公司 广州511400）

0 前言

本文介绍了国道325线阳江段某大桥新桥维修加固方案，通过对拱桥维修加固主要过程的仿真分析掌握其特性，再通过对桥梁维修加固过程中的施工监控掌控其安全状况，为相关桥梁维修加固及施工监控提供参考。

1 刚架拱桥维修加固方案

某大桥新桥位于国道G325 线阳江段上，跨越漠阳河，桥墩台与线路呈正交布置，桥梁全长359.04 m，桥梁宽度12.1 m。上部结构采用刚架拱及现浇板梁组合形式，跨径为12.02 m+8×42.25 m+9.02 m，下部结构采用钻孔灌注桩和扩大基础2 种基础形式，2、6、7、8 号墩为单排桩基础，桥台为双排桩基础，3、4、5 号墩为扩大基础。设计荷载为汽车-20 级，挂车-100。

本刚架拱桥主要维修加固内容如表1 所示，主要施工顺序如下：

表1 刚架拱桥主要维修加固内容Tab.1 Main Maintenance and Reinforcement Content of a Rigid Frame Arch Bridge

⑴全桥横桥向对称分为左右中A、B、C 三块（见图1），每块分为2 条，全桥顺桥向每条同步拆除，由外侧往内侧对称拆除，先拆除左右2块，新增两侧拱片完成后，重建左右2 块桥面板，再拆除中间块，新增中间拱片，再重建中间桥面板，最后重建桥面铺装及桥面系。

图1 拆除分块分条示意图Fig.1 The Diagram of Remove Block and Strip （cm）

⑵单跨从跨中位置起向拱脚前后对称拆除。

⑶横桥向将桥面板分为3段（4.35+3.60+4.35）m，划分原则以拱片支点为中心划分，先拆除左右A、B 块4.35 m 宽桥面铺装与桥面板，采用风镐配合切缝机切成混凝土块，顺桥向各分为2 条，同时拆除A1、B1 块，再同时拆除A2、B2 块，依次拆除，并且前一条拆完运走后方可进行后一排的拆除。

⑷微弯板构件拆除采用吊装方式，采用人工凿除榫头，保留原榫头钢筋。

⑸采用双拼工字钢在横桥向与主拱腿用套箍固定，以加强拱片横向稳定性，数量及间距与横系梁和横隔板保持一致。

⑹在新增拱片施工前对横系梁摸查，探明其是否有预应力钢筋，对有预应力钢筋的横系梁进行钻孔；对无预应力钢筋的横系梁进行凿除作业，凿除A、B块处拱片之间横系梁和横隔板与新增拱片接触面的混凝土，保留原钢筋（见图2）。

图2 拱片横隔板与横系梁现状Fig.2 Present Situation of Arch Diaphragm and Transverse Beam

⑺以C 块为通道，进行A、B 块处新增拱片的施工，新增拱片按设计要求设置拱片预拱度。

⑻以新建桥面板后的A、B 块为通道，拆除C 块3.6 m宽的桥面铺装与桥面板。

⑼凿除C 块处拱片之间横系梁和横隔板与新增拱片接触面的混凝土，保留原钢筋。

⑽以新建桥面板后的A、B 块为通道，进行C 块处新增拱片的浇筑，新增拱片按设计要求设置拱片预拱度。

⑾待C 块处新增拱片达到95%强度后，浇筑中间5.477 m宽的桥面板。

⑿待C 块处桥面板达到95%强度后重建全桥桥面铺装、护栏等桥面系设施。

2 刚架拱桥维修加固仿真分析

2.1 全桥倒拆分析及整体稳定性验算

桥梁理论计算模型示意如图3所示。

图3 刚架拱桥有限元模型Fig.3 Finite Element Model of a Rigid Frame Arch Bridge

通过桥梁有限元分析［1-6］可知：全桥倒拆分析过程中，拆除桥面及横系梁前拱片最大横向位移0.21 mm（外偏），竖向挠度为-11.6 mm（往下）；拆除桥面及横系梁后拱片最大横向位移3.60 mm（外偏），竖向挠度为-5.5 mm（往下）。

将结构自重、桥面铺装作为荷载对其进行屈曲分析，拱桥一阶、二阶、三阶、四阶、五阶、六阶模态荷载临 界 系 数 分 别 为1.207、1.209、1.218、1.218、1.219、1.220，由此得到结构稳定性系数。一般情况下稳定性系数最小时结构发生失稳的可能性最大，经计算，原桥在拆除横系梁后结构的最小稳定性系数为5.04，结构稳定性满足文献［7］大于4.0的要求。

2.2 拱桥横梁拆除状况下承载力验算

经计算拱桥在横梁拆除状况下，拱桥承载力满足文献［8］要求，具体结果如表2所示。

表2 拱桥在横梁拆除状况下的承载能力验算结果Tab.2 The Checking Result of Bearing Capacity of Arch Bridge under the Condition of Beam Removal

2.3 预应力横隔梁最小保留高度验算

经计算有预应力的横梁需至少保留6 cm高度，方可确保混凝土压应力不超限，具体结果如下：横梁预应力筋张拉力为150 kN，C40 混凝土压应力允许值为13.4 MPa，剩余最小面积0.011 194 m2，横梁宽度为0.2 m，剩余最小高度为0.055 97 m。

3 拱桥维修加固施工监测

根据桥梁维修加固施工方案及现场条件，每跨墩顶、拱顶、1∕4L和3∕4L截面各布置3个垂直位移观测点；每跨拱顶、1∕4L和3∕4L截面各布置2个水平位移观测点［9-10］。

根据拱桥监测结果可知，拱桥在桥面系及横系梁拆除后实测最大横向位移为3.5 mm，小于计算值3.6 mm；实测最大竖向位移为4.2 mm，小于计算值5.5 mm（见图4）；由此可知拱桥维修施工处于安全及可控状态。

图4 拱桥维修加固施工时主拱沉降及水平位移曲线Fig.4 Main Arch Settlement and Horizontal Displacement Curve during Repair and Reinforcement Construction of Arch Bridge

4 结论

通过对拱桥维修加固过程中的主要工序进行仿真分析，从理论上掌握拱桥在各主要工序情况下的受力及位移情况：再通过理论计算与实际监测数据对比，分析充分评估拱桥在维修加固过程中的安全状况。