公路改扩建工程中旧桥涵的调查和加固利用浅析
2015-08-17
控制公路工程造价的主要因素有：征地拆迁的费用、路基土石方数量、桥涵及挡土墙等构造物及防护工程的数量、路面工程的结构形式等。比如“以旧路改造为主”的原则，就是要求尽可能在原有公路上布线，以便充分利用原有路基，尽量减少征地拆迁的费用和路基土、石方数量，进而降低工程造价。因此，原有桥梁、涵洞的充分利用，对于进一步降低和控制工程造价，具有十分重要的作用。
一、旧桥涵现状的调查
目前我国在原有公路上使用权的旧桥涵大多数修建于20世纪六七十年代，少部分建于八九十年代，还有极少一部分建于50年代，甚至更早。受当时的技术水平及施工条件的限制，这些旧涵的型式大部分为石拱桥（涵）、双曲拱桥、钢筋硷简支梁（板）桥及石盖板涵等，采用预应力结构的桥梁几乎没有，钢筋硷箱涵也极少见。因此，本文将只对较为常见的旧桥涵进行论述。
1.石拱桥。原有石拱桥的调查主要从以下几个方面着手：首先要仔细检查拱圈是否裂缝，尤其要重点检查拱顶及拱脚部位，若拱顶较高时，可借助望远镜或经纬仪观察，或通过是否有渗水现象进行判断。同时要特别注意区分建桥时使用的砂浆（灰浆）材料和维修养护时使用的砂浆材料的不同之处，因为往往在维修养护时会把旧桥原有的无法根除的病害掩盖起来，从而造成错误的判断。检查过程中一旦发现这种情况，可以有选择地把维修养护的砂浆材料部分清除干净后再进行检查。检查拱圈以后，接下来就检查桥台及桥墩，同样也从检查是否有裂缝着手，并重点检查墩、台与基础的结合部位，然后检查墩、台基础，着重检查局部冲刷的情况、深度及是否出现基础淘空的现象。并在局部位置人工开挖，检查基础的埋置深度，为以后的水文冲刷验算提供依据。同时，还要调查河床、河道的情况，对于水流尤其是紊流产生的冲刷要特别予以重视。上述外观检查完毕后，即可对旧桥进行详细测量，包括拱圈厚度，所用材料，桥墩、桥台、基础的材料及尺寸，拱顶填土厚度（可采用挖探的方式进行），砂浆或灰浆的强度等。这里着重说明一下，就是砂浆或灰浆强度的检查，由于石拱桥承受荷载的能力除了与石料的标号有关外，更主要的是与砂浆强度有关。但当时的施工记录大多无从查找，只有在现场采用一些简单的方法进行判断。可以用铁钉的钉头在砂浆处用力划刮，若砂浆随之脱落或出现较为明显的刮槽，则该砂浆或灰浆的强度较低，最多只有2.5号。若用钉子用力划刮后只出现轻微划痕，再用铁锤击打，也不易破碎的话，则该砂浆标号可以达到5--7.5号。这些数据的收集，可为验算旧桥承载力提供依据。
2.双曲拱桥。双曲拱桥曾经有过一段辉煌的经历，但由于它的横向联系较差、结构偏于单薄等因素，目前已经很少采用。正是由于这个原因，旧路改造时会经常遇到此类桥型，且它们的通病也大多相同。因此，在实地调查时除了采用前述的检查石拱桥的方法进行检查外，还应着重检查拱肋与拱波之间是否有裂缝、拱波自身的整体性如何、是否出现横桥向的裂缝、横系梁的状况如何等。
3.钢筋硅板梁桥。对于这类桥型，桥墩、桥台等坛工砌体的检查方法同前所述，而上构则应着重检查是否有露筋现象、跨中部分是否有横桥向的裂缝、其延伸高度是多少、在支座附近是否存在斜向裂缝。对于预制安装的，要检查桥梁的整体性如何、铰缝处是否开裂。另外，还要注意检查伸缩缝和支座的情况。对于硷标号除了使用回弹仪检测之外，还可采用下面的方法，即用钢钎敲凿硷，若比较容易凿出碎块，则硅的标号不高，最多有20号。若敲凿时感觉较为坚硬，凿出的碎块较小，则硅的标号较高，可达25--30号。但该方法的随意性较大，最好只做为参考。
4.石拱涵。石拱涵的结构特点与石拱桥大体相同，检查方法也与之相同，具体调查时可参照上述的方法进行。此外，有所不同的就是要注意测量拱顶填土高度，以及进、出水口处的导流结构物如八字墙等。对于干砌片、块石拱涵，一定要重点检查基础情况，同时在侧面检查拱圈是否有不均匀的下沉或突起，若拱圈底的弧面较为圆顺、平整，片、块石无风化，无破碎，就可初步判断其状态良好。下面介绍一种间接判断石拱涵状态的方法。当涵顶填土不高，在l米左右，且公路路面为沥青路面，此时如果涵顶处的路面情况与前后不一致尤其是有修补过的情况时，则可判断涵洞有病害。这是因为如果涵洞有病害，会导致涵顶填士下沉或流失，从而反映到路面上来。这种现象对于其他型式的涵洞如石板涵、钢筋硷盖板涵等，也同样适用。
5.石板涵及钢筋硅盖板涵。由于受到材料特性的限制，石板涵的净跨一般不会很大，在1米及1米以下的情况较多，且填土高度多在2米以下，除了按照前述的方法进行检查外，还要特别检查石板的厚度及其风化程度。而钢筋硷盖板涵的检查方法也基本相同，并可参照前述的检验钢筋硅板梁桥的硷标号的方法检测硷板的标号。
二、桥梁改扩建设计的技术特点
1.桥梁的基础工程普遍受新旧基础沉降差异的影响，进而影响着桥梁拼接加宽的结构受力，尤其是预应力混凝土梁桥，新旧预应力混凝土的变形对桥梁拼接施工具有重大的影响。
2.新旧桥梁拼接区域的构造及施工技术直接影响着桥梁拼接区域的细部构造和施工质量。
3.预应力混凝土连续箱梁拼接加宽的影响因素更为复杂，如新旧箱梁混凝土收缩、徐变差异、基础沉降、拼接连接型式和拼接部位荷载作用等，因此结构分析计算非常重要。
4.改扩建设计应为全过程动态设计，施工期间根据具体的实际结构特点、施工方案作出必要的调整。
5.桥梁加宽的形式选择与老路改扩建期间的交通组织关系密切，桥梁加宽设计应与施工期间的交通组织协调确定。
三、桥梁拼接加宽的型式
1.新旧桥梁的上、下部结构均分离。这种加宽方式是新老结构之间留工作缝，其特点是施工难度小，工程质量容易控制，在活载作用下拼缝处会出现挠度差，不同步变形将会造成连接部位沥青铺装层破坏形成纵向裂缝。
2.新旧桥梁的上、下部结构均连接。这种加宽方式是加宽桥与原桥之间联系成为整体，减小各种荷载作用下新老桥连接处产生过大的变形。但加宽桥基础沉降大于老桥基础沉降时，产生的附加内力较大，将会使下部构造中帽梁、系梁等连接处产生裂缝，上部构造连接处也可能产生裂缝。
3.新旧桥梁的上部结构连接、下部结构分离。这种加宽方式是加宽桥与原桥的下部结构相互不产生影响，仅上部构造连接在一起，上部构造连接对下部构造产生的内力影响很小。但新老桥下部的不均匀沉降将直接影响上部结构拼接位置的受力，需采取措施减小新建结构的沉降量。
四、勘测设计及施工中应注意的几个问题
旧桥涵的利用最好采用单边加宽的利用方式，一方面可使新建的部分整体性较好，另一方面在施工时可尽量减少对旧桥涵基础的扰动，保证旧桥涵的正常使用。而新旧桥涵之间要做好沉降缝，避免新建部分的正常沉降影响旧桥部分。另外，对于在现场即可判定需要拆除重建的旧桥涵，也要做好详细调查记录，在重新设计时作为必须注意的问题来考虑。如旧桥涵的病害为不均匀沉降，则新建桥涵的基础处理就要注意这方面的问题，避免重蹈覆辙。同时要注意新、旧部分之间的衔接要平顺，以防止产生紊流，避免产生意想不到的冲刷危害。最后，施工的时候千万注意避免对旧桥涵基础的扰动，并尽量选择旱季进行基础施工，防止水害。
