地震灾后桥梁恢复重建工程设计与施工要点

祁富辉，李映才，罗维东，吴超

（西南交通建设集团股份有限公司，昆明 650000）

1 工程简介

茅沙坪电站桥位于断山线上， 桥梁全长52.0 m， 全宽5.0 m，上部结构为预应力混凝土空心板，下部结构为双柱式桥墩，重力式桥台，桥面铺装为水泥混凝土铺装，作为大漾云高速公路施工便道，于每跨跨中加临时钢桥墩加固。 2021 年5月，云南大理州漾濞县发生地震，云南多地州震感强烈。 在此次地震灾害影响下，茅沙坪电站桥出现了一定程度的损坏，桥梁梁板开裂比例较高，大部分空心板有断续纵向裂缝，支座顶面完全脱空，承载能力不满足通行荷载要求，使用功能受损。该桥继续采用加固方式提升上部结构承载能力的作用不大，针对该桥的实际情况，决定对该桥进行拆除重建。

漾濞彝族自治县地处低纬高原， 属亚热带和温带高原季风气候类型，具有干湿季分明、垂直差异大、水平差异不大、冬无严寒、夏无酷暑、昼夜温差大等气候特点。 随海拔升高降雨量逐渐增大，山区降雨量大于平坝区及河谷地带。 境内有大小溪流117 条，均属澜沧江流域漾濞江水系，拟建场地位于漾濞江流域。 工程区属构造、河流侵蚀堆积成因的河谷斜坡地貌单元，地势总体陡峭，局部平坦。 勘察场地区域上位于地处扬子准地台西部，青藏—滇缅—印尼巨型 “歹” 字形构造体系的滇西构造褶皱带，周围10 km 以内无发震断裂通过，可以不考虑地震动参数的近场影响。 漾濞县横跨两个不同的构造单元，新构造运动强烈， 东侧的红河断裂带和北部的乔后断裂带上的地震经常波及县境，因而强感地震经常发生。 根据综合调查结果，该区处于区域地壳次不稳定区。 为了确定本场地各地层的物理力学指标， 对各地层的原位测试以及土工试验数据进行了分层统计，综合得出各地层主要物理力学指标设计参数值。

2 地震灾后桥梁恢复重建工程设计要点分析

2.1 桥梁结构设计

桥梁全长48.08 m，平面位于直线上。 上部结构设计为简支梁式桥，采用预应力混凝土空心板作为主要承载结构，预制空心板高0.95 m，中板宽1.24 m，边板宽1.49 m，顶板和底板厚度为12 cm。 在下部结构设计上，采用柱式桥墩和重力式桥台，基于建设场地的工程地质条件，基础均为桩基础，采用摩擦桩，能够保证受力的可靠性和稳定性，桥台两侧设置D80 伸缩缝。 在横断面设计上，相对比较简单，由两边的防撞护墙和中间车行道组成。 防撞护墙厚度为0.5 m，车行道宽度为7 m，横断面宽度合计为8 m。 使用Civil2020 空间有限元程序进行结构分析，按照单梁模型建立中梁、边梁模型，荷载横向分布系数按铰接板法和杠杆原理法计算。 注意防落梁设计，通过在端部铰缝处设置防震锚栓可以有效解决， 能够对侧向位移产生很好的限制作用。 桥梁支座采用板式橡胶支座，每块板按四支座设计。 支座的材料和力学性能均应符合相关要求，能够满足荷载作用下的变形需求。 柱式桥墩由承台、柱式墩身、盖梁等部分组成，沿桥横向布置，可设计横系梁加强柱身的横向联系。 墩台基础设计为桩基础，需要满足桥梁结构对地基强度、变形、稳定性的要求，其中，桥墩摩擦桩基础有效桩长不能低于20 m，桥台摩擦桩基础有效桩长不能低于15 m[1]。

2.2 附属工程设计

桥面铺装采用8 cm 沥青混凝土+ 聚合物改性沥青防水涂料+10 cm 现浇混凝土的结构设计， 合理设置纵横坡度，保证排水和通行能力。 主桥桥面采用泄水管直排，计算泄水管数量和管径，泄水管纵向间距5 m，设置在桥面横坡较低的两侧护栏内侧，设置1.5%的横坡、0.3%纵坡，选择合适的坡度设置方式。 横坡主要通过墩、台帽及垫石调整而成，纵坡通过调整板底梁靴形成，支座不能安装倾斜。 加强细节处理，根据桥梁横坡、纵坡及支承总高度要求，对垫石高度、梁靴尺寸进行计算。 伸缩缝通常在梁端之间、梁端与桥台之间、铰接位置设置，保证在平行和垂直两个方向都能自由伸缩。 本桥梁采用FD-80 型伸缩缝， 保证伸缩缝主要构件和易损构件的使用年限能够满足要求。 桥面铺装和栏杆也要根据伸缩缝设计做相应调整。 防撞护栏采用钢筋混凝土墙式护栏，护栏高度1.2 m，护栏底宽45 cm，防撞等级SB 级。 为防止桥头跳车，台后设置桥台搭板，横桥向在行车道范围内设置搭板，厚35 cm。搭板底部铺设30 cm 厚C20 素混凝土，台后填土压实度不小于96%。

3 地震灾后桥梁恢复重建工程施工要点分析

3.1 预制空心板施工

本桥梁工程上部承载结构采用后张法施工， 即先浇筑混凝土，后张拉预应力筋，主要依靠预应力筋两端的锚具传递预应力，比较适合用于现场施工。 在制作混凝土构件时，采用了钢模板，先安装底模，然后安装钢骨架、支模，最后埋管制孔。浇筑混凝土，严格控制浇筑、振捣、养护施工质量，当混凝土强度达到一定要求后，才能拆模，清理孔道，这样能够有效避免板边棱破损和裂缝的产生。 钢筋的加工安装都要按规范进行，焊接必须符合技术规范，如果钢筋位置出现冲突，可以适度调整，明确工序间的相互关系，做好相关预埋预留工作。 张拉孔道的留设可以采用不同方式，除了常规的钢管成型工艺，还可以采用橡胶充气气囊成孔。 在使用前，要严格进行质量检查，不能出现鼓包、漏气等问题，保证气囊压力稳定。 在浇筑混凝土的过程中，要保持均匀性和平衡性，着重控制气囊内模的移动。 底板采用粒径较小的骨料，通过交频插入式振捣棒振捣，防止振捣棒刺破内模产生漏气。 加强混凝土施工质量检测，底板厚度要满足设计要求。 预制空心板堆放时，应该做好临时支撑，如果场地有限，可以采用多层堆放的方式，但不能超过3层。 利用方木连通支撑，保证受力均匀，防止因负弯矩过大导致产生裂缝[2]。

3.2 预应力张拉施工

预应力张拉是本桥梁工程施工的核心内容， 也是技术控制重难点。 常用的预应力钢筋种类有高强度钢丝、冷拉钢筋、热处理钢筋、钢绞线等。 高强的预应力钢绞线、钢丝是预应力混凝土结构的主力钢筋。 本工程采用的是钢绞线，必须按有关规定抽检钢绞线的相关技术参数，不得使用不合格产品。 根据实测的截面积和弹性模量数据，修正计算钢绞线的伸长量。 严格按照相关标准保存、 加工钢绞线， 不能采用气焊或电焊切割，一般使用圆盘锯机械切割。 同时，加强夹片和锚板硬度检测，必须能够和钢绞线匹配，避免出现滑丝或断丝的情况。 空心板钢束张拉施工主要步骤包括初张拉力、持荷3 min、测伸长量、张拉到总吨位、持荷3 min、测伸长量、锚固。 其中，伸长量的测量需要测定钢绞线直接伸长值， 不能以千斤顶油缸变位为准，应直接测量钢绞线在不同状态下的伸长值。 预应力钢筋应该以板跨中心线对称布置， 当需要对多根钢绞线同时进行张拉时，需要通过有效措施保证各钢绞线均匀受力。 后张法施工需要保证预制混凝土构件的强度和龄期能够满足相关规范要求，对称施加预应力进行张拉，并按要求做好记录。 为了保证主梁预应力钢束张拉质量，加强张拉吨位和伸长量控制，以张拉吨位为主。 将伸长量误差控制在6%之内，如果达不到要求，可以通过灌中性肥皂水，或提高张拉吨位的方式加以解决，但必须在灌浆前将肥皂水冲洗干净。 如果预应力管道和普通钢筋出现位置干扰，需要确保管道位置准确，适当调整普通钢筋位置。 若钢束封锚端钢筋影响预应力施工，可以将其适度弯折， 等到施工完成后及时复位。 一旦预应力筋出现滑丝问题，可以通过夹具机械锚固等方式进行固定。 对于预应力筋有效长度之外的部分，可以用硬塑料管套住，使混凝土和预应力筋不产生握裹作用。

预应力筋张拉后，要随即进行孔道灌浆，应保证孔道内水泥浆饱满、密实，还应防止预应力筋锈蚀，以有效增加结构的耐久性和抗裂性。 严格控制灌浆用水泥浆，采用合适的水泥、水胶比以及灌注时间。 本工程孔道灌浆采用循环智能压浆法施工，配备专业人员和设备。将水灰比控制在0.3 左右，满足泌水性要求。 浆体初凝时间控制在3~6 h，终凝时间不超过24 h。做好灌浆孔数、位置记录，防止出现漏灌问题。 储浆罐的容量要合适，保证灌浆工作的连续性和稳定性。

3.3 桩基础施工技术

本桥梁工程墩柱及桥台基础均为摩擦桩基础， 主要通过桩侧摩阻力承担上部结构荷载，根据成孔方式的不同，又可以分为钻孔灌注桩、挖孔灌注桩、沉管灌注桩、冲孔灌注桩等，本工程施工采用机械成孔钻孔灌注桩，不得采用人工挖孔桩，这样能够保证施工效率和安全性。 在正式施工前，应认真核对桩基础的相关技术参数，如果发现存在与设计不符的情况，需要联合相关部门进行复查。 由于桥梁处于灰岩区，岩溶较发育，所以，在施工时要逐桩检测桩底地质条件，检验深度为桩底高程以下8 m，待检测合格后才能进行施工。施工过程中，如果发现实际情况与设计文件不符，需要及时通知相关部门，根据现场情况优化调整， 保证施工的顺畅性。 严格控制泥浆护壁质量，泥浆性能要符合相关规范，控制失水率，泥皮厚度要在一定范围内。 采取有效措施防止塌孔掉钻，成孔后应及时进行清孔作业，保证沉渣厚度不能超过5 cm。对孔位、孔径进行测量，检查桩底岩层高层，必须满足允许偏差控制要求。 为了保证成桩质量，需要对桩基进行无破损检验。 检测桩的均质性，在浇筑混凝土前预埋混凝土质量检测管。

3.4 墩柱、桥台施工

本桥梁工程采用柱式桥墩， 由基础之上的承台、 柱式墩身、盖梁组成，必须严格控制墩身垂直度，保证施工尺寸精确、表面光滑平整。 在钢筋施工时，桩基墩柱的受力主钢筋接头应该错开布置，采用机械连接方式，严格控制接头数量，墩帽纵向钢筋应预先焊接成骨架， 直接将骨架安装就位后， 绑扎钢筋，浇筑混凝土。 严格控制混凝土浇筑质量，优先选用火山灰水泥、矿山渣水泥，不宜使用高标号普通水泥，采用水平分层浇筑的方式， 尽可能保证施工的连续性。 在墩柱和盖梁交界处，全面清理柱头浮浆，接触面凿毛处理，并冲刷干净，使新老混凝土有效结合。 支座搁置处应粗糙、平整、干净，按规定浇筑支座垫石，控制支座垫石的高程和位置，以及顶面平整度。 为了防止桥台因单向受力出现位移， 桥台周围锥坡应均匀对称填筑，满足分层填土和夯实要求。 一般情况下，分层厚度不能超过30 cm，压实度应该超过95%。在台后填土时，不能使用大型机械推土筑高和填压， 选择使用水性好的砂性土效果会更佳。 在进行桥台侧墙顶混凝土浇筑时，需要通过一定处理，保证混凝土间的结合度。 桥台背墙浇筑施工时，应根据实际纵坡调整台背倾角，保证伸缩缝宽度能够满足要求。 在板梁架设就位后，浇筑桥墩盖梁、桥台台帽外侧防震挡块。

4 结语

综上所述，地震灾害对桥梁工程影响较大，可能会产生一系列病害，影响正常通行功能。 对于采取加固措施仍然不能解决问题的工程，应该积极进行恢复重建。 通过对建设场地气候条件、地质水文、交通需求等方面的勘察分析，结合技术和经济指标， 科学进行方案设计， 保证桥梁工程的适用性和可靠性。 同时，还应加强施工质量控制，重点关注容易产生病害的关键环节，保证施工效果能够符合设计要求。