1997年6月,我们根据养护部门的要求,对山东济宁王堰桥桥面进行抢修。该桥是省道——济鱼线上的1座5孔15米的双曲拱桥,始建于1968年,汽-13,拖-80。由于原桥设计荷载标准低,近年通行的车流量大,重载、超载车辆多,因此对桥梁造成严重的损害,影响了该桥的正常使用。经现场勘察发现,主要病害为:桥面拥包严重,行车颠簸剧烈,栏杆多处被撞倒;侧墙开裂,发生横向位移,局部侧墙变形外移达20多厘米,对应的桥面下沉10厘米左右。严重影响通行使用;拱波有漏水痕迹,有个别半悬波有脱落。由于桥面较高,未对拱肋、立柱进行仔细检查,未发现拱肋有明显的变形。未发现桥台产生位移的迹象。
经与养护部门协商,该路段即将进行改建、从维持目前通车的需要出发,该桥修复重点是桥面、侧墙,栏杆。因拱肋未发生变形,侧墙的修复仅需拆除重建。栏杆的修复,根据养护部门的要求改做护栏。该桥面的修复是关键,选择一个什么样的桥面修复方案,既经济又安全,这是设计时必须解决的。
修复方案的指导思想及理论依据
指导思想一:确保桥面恒载不增加
在未对桥梁结构进行检测的前提下,对桥梁结构进行修复或加固时,增加或减少原结构的恒载,都必须进行必要的结构分析。认识到这一点,对今后修复或加固桥梁工程的设计和施工,都十分必要。
由于该桥与相邻的另一座桥梁——门街桥,结构形式、荷载标准、修建年代均相同,都被列为修复项目。而相邻的门街桥的拱波断裂、拱肋出现裂缝,由此可以推知,该桥的主要构件不会存在较大的潜在承载力。因此在确定该桥的修复方案时,必须把握住不增加桥面恒载。
指导思想二:加强桥面横向联系
双曲拱桥是我国六、七十年代较常使用的一种桥梁结构型式,它的最大特点就是化整为零,即把桥梁结构的承重构件划分为拱肋、拱波、横系梁(或称拉杆)等构件。这种结构构件尺寸小,重量轻,运输安装都十分方便,对运输和安装的要求较低,比较符合当时的建桥条件。它的优点是经济、用钢量省、施工方便。便于群众掌握使用。它最显著的不足就是横向联系较弱、整体性能较差。
近年来,由于车辆载重吨位的不断提高,超载运输车辆十分普遍,致使双曲拱桥大都出现不同程度的损坏,主要表现为桥面沉陷,拱上侧墙(腹孔墩)变形外移,拱波断裂,半悬波脱落,拱肋裂缝,墩台发生位移等。
虽然该桥的病害是桥面和侧墙变形,但是在考虑桥面修复方案时,针对双曲拱桥的弱点,要尽可能地考虑加强桥面的横向联系。这对桥面修复设计提出更高的要求。
修复方案:钢纤维混凝土桥面
根据指导思想一,我们采用的修复方案,是在保证桥面恒载不变的前提下,挖除损坏的旧沥青路面,重做新沥青路面。这种修复方法,不能改善双曲拱桥的 整体受力性能,经过养护部门多年实践证明,该方法修复效果不好。
大家都知道,铺设钢板是提高结构物承载能力的一种方法,受这一道理的启发,又在指导思想二的思路指导下,我们提出了将双曲拱桥的柔性路{桥)面改变为刚性路(桥)面的方案。
提到刚性路面,我们势必想到混凝土路面。如果采用普通混凝土路面结构,在满足路面结构强度要求的前提下,则桥面恒载就增加太多。这样就促使我们想到了利用高强新材料——钢纤维即采用钢纤维混凝土桥面。
经过比较和分析,我们确定修复方案为:将原双曲拱桥面结构中填平层以上30cm的路面结构全部挖除,新做15cm的二灰碎石基层和12cm的钢纤维混凝土面层。
修复方案的理论依据:
类似于刚性路面理论目前,钢纤维混凝土路面的设计,都有严格的规定和技术要求。钢纤维混凝土在板梁类的桥梁结构的桥面中应用,已有成功的实例。同时,钢纤维混凝土在桥梁结构的受力复杂部位,比如拱梁组合结构的大结点、伸缩缝处的桥面等应用都是很普遍的,经工程实例验证,采用钢纤维混凝土能明显地改善、增强复杂部位的受力性能。
但是,把钢纤维混凝土应用在双曲拱桥的桥面中使用,这尚未见到有关介绍和实例。从理论上讲,这种修复方案,不同于板粱桥结构上的钢纤维混凝土受力模式,也不完全符合钢纤维混凝土路面的结构受力模式,但比较接近钢纤维混凝土路面的受力模式。由于基层下不是连续的土基,而是弹性不一的双曲拱及拱上填料,其强度要比土基大得多,从理论上讲,这种方案应该是可行的,不会出现问题。但还有待于工程验证。
施工要求
1材料要求
钢纤维要求采用剪切型纤维,体积百分比为12%。其他技术要求参照规范。
2施工要求
投料和拌和
对投料顺序、拌和方法和拌和时间要求:
(a)使用强制拌和机,采用先干拌后湿拌。
(b)投料顺序先碎石—1/2钢纤维干拌 1分钟——砂—水泥—1/2钢纤维干拌1分钟,再加水和减水剂湿拌15分钟左右。
(c)钢纤维在使用前应抖散,在进料口散布后投入,切不可成堆倒入。
(d)要严格控制拌和时间,不宜过短或过长。
摊铺
采用人工摊铺,应用锨反扣,严禁抛掷和搂耙摊铺中发现钢纤维结团,及时撕开抖散或予