城市生态综合治理工程PPP项目探讨

摘要：合理的双曲拱桥加固改造方案，可有效提高结构的承载能力和刚度。本文以万年县城市生态综合治理工程PPP项目为研究背景，以4×20m的双曲拱桥—珠山桥为研究对象，建立主要受力构件的有限元分析模型，并利用现场试验及校验严格控制施工工艺，进行了双曲拱桥加固改造技术的研究。证明了增大截面法结合高质量的施工工艺，不仅有助于结构整体受力，更能有效提高结构的承载能力和刚度。为同类工程提供借鉴。

关键词：双曲拱桥；加固改造；有限元；施工工艺；增大截面法

20世纪60、70年代，我国修建了大量的双曲拱桥，距今已经服役近50年。当时设计荷载标准较低，已不适应交通量日益增长的需要，全部重建的思想既不现实，也不科学。实践证明，采用适当的加固改造措施，不仅可以恢复和提高旧桥的承载能力和通行能力，还能延长桥梁的使用寿命。因此有必要对双曲拱桥的加固改造技术进行深入研究。

一、工程概况

位于江西省上饶市万年县的珠山桥，是一座建于上世纪70年代的4×20m上承空腹式钢筋混凝土双曲拱桥，桥宽12.5m。主拱圈每跨由9片拱肋，8道拱波，7道横向联系组成。由于通车时间近40年，原施工图设计文件和竣工图文件均已丢失。且桥位所在地人口集中，交通量大。原珠山桥桥面系、拱圈等均出现不同程度的混凝土剥落，钢筋外露等严重病害，当地政府已采取交通管制措施。

二、桥梁病害情况

江西省万水生态资源开发有限公司于2019年5月委托湖南致力工程科技有限公司对珠山桥进行了桥梁检测工作，并形成检测报告。按《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/TH21－2011）“总体技术状况评定”的规定，珠山桥技术状况评分为55.31分，评定为4类桥梁，其中上部结构技术状况等级为5类，下部结构技术状况等级为2类，桥面系为4类，桥梁主要构件有大的缺损，严重影响桥梁使用功能；或影响承载能力，不能保证正常使用，需对原珠山桥进行加固改造。

三、病害原因分析

主拱拱肋、拱圈、拱波、横向联系梁及腹拱存在混凝土剥落、钢筋外露锈蚀、拱肋析白、结晶、拱肋水侵害、及杂草滋生等病害。（1）钢筋保护层厚度不足，经过长期使用后，混凝土产生风化和剥落，混凝土剥落后产生钢筋锈蚀；（2）部分小型船只经过桥下时，撞击边拱肋，造成混凝土剥落；（3）主拱拱波端部嵌固不牢靠，端部转角太大，使得拱波跨中位置弯矩大于设计值，从而导致下缘开裂；（4）腹拱构造不合理，腹拱拱肋截面高度不够；（5）施工质量较差，拱肋上的现浇层、拱波难以形成整体共同受力。根据以往双曲拱桥加固经验，很多危、旧桥桥面系拆除后发现，拱波仅搁置在拱肋上，拱上现浇层与拱肋剥离，拱上建筑难以形成整体受力，本桥建成时间较早，当时的施工技术水平与如今相差较大，可以推定本桥的拱上建筑也难以整体受力。

四、病害整治措施

原珠山桥上部结构技术状况达到了5类。需将拱上建筑全部拆除，对拱圈的加固方案及拱上结构的改造方案有较高要求。要求加固改造后的珠山桥满足承载能力要求，且桥梁外观与周围环境相匹配。增大截面法是在主拱肋截面上下缘现浇钢筋混凝土来加大结构的截面，同时采用喷射混凝土对拱波进行加厚，从而达到提高结构承载力和刚度的效果。为加强拱肋间的横向作用，提高拱肋的整体受力效果，对于原横系梁四周各外包10cm的钢筋混凝土，以提高主拱圈的横向刚度。1．采用有限元软件模拟增大截面后结构的受力利用通用有限元软件MIDASCIVIL2019，在原有限元模型的基础上，建立加固后的有限元模型。在使用材料与截面特性中添加compositesection中的命令，将新增部分混凝土强度等级设置为C40。经过分析计算，在主拱肋截面上下缘现浇钢筋混凝土加大结构的截面后，拱圈处于受压状态，承载能力、位移及应力均满足规范要求。2．采用植筋胶作为植筋用的粘结材料钢筋拉拔试验一般植筋72h后，可采用拉力计（千斤顶）对所植钢筋进行拉拔试验加载方式见图4。为减少千斤顶对锚筋附近混凝土的约束，下用槽钢或支架架空，支点距离≥max（3d，60mm）。然后匀速加载2~3min（或采用分级加载），直至破坏。破坏模式分为钢筋破坏（钢筋拉断）、胶筋截面破坏（钢筋沿结构胶、钢筋界面拔出）、混合破坏（上部混凝土锥体破坏，下部沿结构胶、混凝土界面拔出）3种，结构构件植筋，破坏模式宜控制为钢筋拉断。试验证明，采用植筋胶作为植筋用的粘结材料满足结构受力要求。3．采用喷射混凝土增加拱波截面采用模筑混凝土加大拱肋截面后在拱波处绑扎钢筋，钢筋绑扎完成后采用喷射混凝土对拱波进行加厚，并保证与拱肋的紧密粘连。由于拱波直径较小，在进行混凝土喷射操作时，严格控制好喷射的厚度，应保证厚度的均匀性。喷射混凝土厚度是反映其工程质量的重要指标之一，现场采用针探法对喷混厚度进行自检。经针探法检测拱波喷射混凝土厚度均在100mm左右，满足设计值要求。4．采用环氧砂浆补强混凝土剥落病害采用与拱肋等强度的环氧砂浆进行填补，具体实施如下：环氧砂浆混凝土剥落处砂浆补强均按上述步骤进行施工，均满足设计要求。

五、结语

本桥已经加固改造完成，并顺利通车，得出结论如下：（1）在主拱肋截面上下缘现浇钢筋混凝土加大结构的截面后，拱圈处于受压状态，承载能力、位移及应力均满足规范要求。（2）通过抗拔试验、针探法和现场观察，现场施工质量均满足设计要求，且桥梁外型美观，与周围环境相呼应。本桥的加固改造方案设计可为同类工程提供借鉴。

参考文献

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作者：李小雪 单位：中铁十一局集团有限公司勘察设计院