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混凝土雙曲拱橋管道敷設(shè)安全性評估
楊消亭
(重慶交通大學(xué),重慶　400074)
收稿日期:2017 -04 -01 作者簡介:楊消亭(1991 - ),男,河南開封人,碩士研究生,主要研究
方向:橋梁工程。
摘　要:隨著交通量、荷載等級的不斷增大和提高,早期發(fā)展
起來的雙曲拱橋因其存在先天的不足和缺陷,在現(xiàn)代交通作
用下出現(xiàn)各種病害,危及橋梁結(jié)構(gòu)的行車安全。本文先對人
和小學(xué)混凝土雙曲拱橋進(jìn)行外觀檢查和結(jié)構(gòu)的承載能力驗(yàn)
算,然后分析拱橋一側(cè)的人行道上鋪設(shè)電纜在各個施工工況
下的承載能力驗(yàn)算,并分析了在各個工況下承載效應(yīng)的變
化,進(jìn)而對人和小學(xué)混凝土雙曲拱橋鋪設(shè)電纜施工過程進(jìn)行
安全評估并提出施工建議。
關(guān)鍵詞:混凝土;雙曲拱橋;外觀檢查;安全評估
中圖分類號:U445 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B
文章編號:1672 -4011(2017)08 -0094 -03
DOI:10． 3969/ j． issn． 1672 -4011． 2017． 08． 049
1　工程概況
人和小學(xué)混凝土拱橋?yàn)樯铣惺娇崭观毓るp曲拱橋,拱上
建筑由腹拱及拱上填料組成,材料以圬工為主;拱肋上總共8
個腹拱,因竣工年代久遠(yuǎn),施工圖紙缺失;橋面鋪裝混凝土多
處開裂、磨損露石,局部破損露筋;拱肋多處存在橫向裂縫,
橫隔板多處存在麻面、破損。
本文對人和小學(xué)1 ×630 kVA 配電工程電源電纜引入通
道新建工程子項(xiàng)的安全性進(jìn)行評估。電力線為縱向穿越橋
梁,在橋面人行道下敷設(shè)6 孔Φ167 ×8 管道。開挖橋面一側(cè)
人行道路面,縱向穿越橋面人行道,對道路交通及環(huán)境的影
響較少。施工采用人工開挖作業(yè),施工段橋梁為20 世紀(jì)80
年代修建,從其結(jié)構(gòu)來看不能采用大型機(jī)械施工作業(yè)?，F(xiàn)場
施工的工藝流程為拆除人行道路面磚及打掉找平層混凝土,
開挖人行道下填充土層,形成溝道,從橋頭兩側(cè)向中間同時
開挖施工;余土放置在橋外指定地方,人行道路面下挖溝完
成經(jīng)檢查合格后,進(jìn)行電力管線敷設(shè),并用混凝土包封電力
管接頭部分,混凝土接頭部分包封長度為50 cm;除了電力管
線接頭處,其余部分回填土,最后找平并恢復(fù)路面磚。本文
通過外觀檢查和結(jié)構(gòu)荷載驗(yàn)算進(jìn)行安全評估。
2　外觀檢查
通過橋梁外觀檢查,了解橋梁自身缺陷和損傷(既存或
潛在)的性質(zhì)、部位、嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢,編制的內(nèi)容和深
度按照相關(guān)規(guī)定和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行[1] 。研究評估以實(shí)現(xiàn)工程安全
為目的,綜合運(yùn)用有關(guān)的技術(shù)評估原理和方法,專業(yè)理論知
識和工程經(jīng)驗(yàn),在對工程中存在的安全風(fēng)險點(diǎn)進(jìn)行數(shù)值分析
的基礎(chǔ)上,研究電力管線在施工過程中橋梁的內(nèi)力和位移變
化情況,從而為施工安全控制措施提供依據(jù)。
2. 1　外觀檢查
外觀檢查以目測為主,結(jié)合儀器觀測進(jìn)行,接近各部件
仔細(xì)檢查其缺損情況,評定結(jié)構(gòu)、構(gòu)件破損和使用的總體狀
態(tài),為結(jié)構(gòu)整體狀態(tài)的評定提供依據(jù),為管線施工開展提供
針對性指導(dǎo),并附檢查圖片。
2. 2　檢查結(jié)果
人和小學(xué)混凝土拱橋是一座雙跨上承式空腹雙曲拱橋,
本橋外觀檢查內(nèi)容如下:拱上建筑表面有大量水跡或長有青
苔,腹拱內(nèi)有大量堆積物,拱波有縱向裂縫。
現(xiàn)場測得主拱計算跨徑11. 7 m,矢高2. 5 m,由7 個拱
肋組成,每個拱肋厚26 cm,寬18. 5 cm,拱肋與拱肋質(zhì)心間距
1. 49 m。橋面寬9. 0 m,人行道寬1. 3 m。拱肋與腹拱圈混
凝土強(qiáng)度采用電子回彈儀測定,拱肋換算強(qiáng)度平均值為50. 4
MPa,腹拱圈換算強(qiáng)度平均值為32. 1 MPa,立柱和拱波換算
強(qiáng)度平均值為31 MPa。對拱肋側(cè)面、底面進(jìn)行鋼筋分布和保
護(hù)層厚度檢測,測得鋼筋規(guī)格為Φ22,保護(hù)層厚度為40 mm。
3　結(jié)構(gòu)檢算
3. 1　計算參數(shù)及模型
采用Midas civil 有限元計算軟件,以實(shí)測拱軸線及材料
參數(shù)建立模型,根據(jù)JTG D60 - 2015《公路橋涵通用設(shè)計規(guī)
范》中規(guī)定計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力及抗力并進(jìn)行比較。模型參數(shù)選
取:由外觀檢查結(jié)果可知,拱肋混凝土選取C50,拱肋截面取
26 cm ×18. 5 cm(高× 寬),立柱、腹拱、拱波混凝土強(qiáng)度取
C30,拱肋按照規(guī)范最優(yōu)配筋選取,橋面寬9 m,跨徑11. 7 m,
混凝土容重26. 0 kN/ m3 ,欄桿取10 kN/ m 考慮,汽車活載按
公路- II 級車道荷載計算,拱波作為荷載加載到拱肋,人群
荷載按3 kN/ m,橋面鋪裝和欄桿用均布線荷載模擬,車道荷
載和人群荷載作用于橋面梁單元,通過立柱傳遞至腹拱或
拱肋[2] 。
人和小學(xué)混凝土拱橋人行道下電力管道敷設(shè)方案:在人
行道一側(cè)人工開挖橋面50 cm ×70 cm(高× 寬)的槽,槽內(nèi)敷
設(shè)6 孔Φ167 × 8 管道,管道6 m 設(shè)有接口,在接口處用混凝
土澆筑加固,接口處澆筑長度50 cm;槽內(nèi)其他開挖面利用原
土回填,開挖槽回填至找平層鋪5 cm 厚的混凝土層,找平層
上邊鋪人行道磚塊。管線荷載為1. 5 kN/ m,混凝土找平層
荷載0. 875 kN/ m,接口混凝土荷載0. 467 kN/ m,橋跨模型如
圖1 所示。
圖1　混凝土拱橋橋跨模型圖
3. 2　截面抗力驗(yàn)算
通過有限元軟件以相關(guān)規(guī)范對拱肋進(jìn)行荷載組合檢算,
設(shè)計外荷載根據(jù)不利影響進(jìn)行加載對主要受力構(gòu)件拱肋進(jìn)
行承載能力驗(yàn)算[3] ,見表1 ~3。
·94· 萬方數(shù)據(jù)
表1 拱腳截面使用階段正截面軸心/ 偏心抗壓承載能力驗(yàn)算結(jié)果
單元位置類型驗(yàn)算rNd/ kN Nn/ kN 安全系數(shù)
1 I[1] 偏心- Fxmin(My) OK 362. 00 1 133. 80 3. 13
1 I[1] 偏心- Mymax OK 362. 00 1 133. 80 3. 13
1 I[1] 軸心- Fxmin OK 362. 00 1 356. 49 3. 75
1 I[1] 偏心- Mymin OK 300. 79 1 147. 27 3. 81
20 I[20] 偏心- Fxmin(My) OK 374. 07 1 137. 71 3. 04
20 I[20] 偏心- Mymin OK 374. 07 1 137. 71 3. 04
20 I[20] 軸心- Fxmin OK 374. 07 1 356. 49 3. 63
20 I[20] 偏心- Mymax OK 310. 88 1 131. 81 3. 64
41 I[43] 偏心- Fxmin(My) OK 361. 55 1 141. 59 3. 16
41 I[43] 偏心- Mymax OK 361. 55 1 141. 59 3. 16
41 I[43] 軸心- Fxmin OK 361. 55 1 356. 49 3. 75
41 I[43] 偏心- Mymin OK 300. 42 1 155. 37 3. 85
81 I[85] 偏心- Fxmin(My) OK 359. 79 1 141. 03 3. 17
81 I[85] 偏心- Mymax OK 359. 79 1 141. 03 3. 17
81 I[85] 軸心- Fxmin OK 359. 79 1 356. 49 3. 77
81 I[85] 偏心- Mymin OK 298. 96 1 154. 94 3. 86
表2 拱頂截面使用階段正截面軸心/ 偏心抗壓承載能力驗(yàn)算結(jié)果
單元位置類型驗(yàn)算rNd/ kN Nn/ kN 安全系數(shù)
6913 I[10] 偏心- Fxmin(My) OK 140. 93 1 137. 60 8. 07
6913 I[10] 偏心- Mymax OK 140. 93 1 137. 60 8. 07
6913 I[10] 軸心- Fxmin OK 140. 93 1 356. 49 9. 63
6913 I[10] 偏心- Mymin OK 108. 17 1 092. 23 10. 10
6919 I[52] 偏心- Fxmin(My) OK 321. 35 1 286. 68 4. 00
6919 I[52] 偏心- Mymax OK 321. 35 1 286. 68 4. 00
6919 I[52] 軸心- Fxmin OK 321. 35 1 356. 49 4. 22
6919 I[52] 偏心- Mymin OK 272. 94 1 295. 57 4. 75
表3 1/4 截面使用階段正截面軸心/ 偏心抗壓承載能力驗(yàn)算結(jié)果
單元位置類型驗(yàn)算rNd/ kN Nn/ kN 安全系數(shù)
6911 I[5] 偏心- Fxmin(My) OK 194 771 3. 9
6911 I[5] 偏心- Mymin OK 194 771 3. 9
6911 I[5] 軸心- Fxmin OK 194 1 356 6. 9
6911 I[5] 偏心- Mymax OK 156 715 4. 5
6916 I[7213] 偏心- Fxmin(My) OK 201 651 3. 2
6916 I[7213] 偏心- Mymax OK 201 651 3. 2
6916 I[7213] 軸心- Fxmin OK 201 1 356 6. 7
6916 I[7213] 偏心- Mymin OK 162 622 3. 8
　　注:偏心- Mymax:主彎矩最大時的偏心受壓驗(yàn)算;偏心- Fxmin(My):軸力最小時偏心受壓驗(yàn)算;偏心- Mymin:主彎矩最小時偏心受壓驗(yàn)
算;軸心- Fxmin:軸力最小時軸心受壓驗(yàn)算;Nn:抗壓承載能力。
3. 3　施工過程驗(yàn)算
根據(jù)JTGD61 -2005《公路圬工橋涵設(shè)計規(guī)范》中第5. 3.
2 條規(guī)定,對施工階段安裝過程中拱肋截面強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)
行驗(yàn)算[4] 。
施工階段1:單側(cè)人行道挖出50 cm ×70 cm(高× 寬)的
槽;施工階段2:管線施工;施工階段3:全橋運(yùn)營階段。
圖2 ~4 為三種工況下橫載效應(yīng)的對比圖。
計算表明,按照管線敷設(shè)方案施工,三種工況下恒載效
·95· 萬方數(shù)據(jù)
應(yīng)變化不大,關(guān)鍵截面抗力最小安全系數(shù)1. 85,發(fā)生在三種
工況的1/4 拱腳截面,施工方案較合理。
圖2　三種工況下拱腳
截面恒載效應(yīng)對比圖
　
圖3　三種工況下1/4
截面恒載效應(yīng)對比圖
圖4　三種工況下拱頂截面恒載效應(yīng)對比圖
4　評估結(jié)論和建議
4. 1　評估結(jié)論
通過理論分析、數(shù)值計算、經(jīng)驗(yàn)判斷等方法,進(jìn)行了人和
小學(xué)混凝土拱橋人行道下電力管道敷設(shè)方案對橋梁結(jié)構(gòu)的
安全影響分析,根據(jù)主要受力構(gòu)件拱肋的拱腳、拱頂和1/4
截面使用階段正截面軸心/ 偏心抗壓承載能力驗(yàn)算,該施工
方案總體可行。
4. 2　施工建議
1)施工過程中,應(yīng)與相關(guān)部門加強(qiáng)溝通協(xié)調(diào),對現(xiàn)場地
形、地貌和既有橋梁現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查,并加強(qiáng)監(jiān)控量測,一旦發(fā)
現(xiàn)影響上跨橋運(yùn)營的情況,應(yīng)立即停止施工,并采取相應(yīng)可
靠措施進(jìn)行處理。
2)該方案施工時應(yīng)重視對原橋梁結(jié)構(gòu)的保護(hù),施工過程
中應(yīng)按照“多分步、勤量測”的原則,減弱施工對橋梁原有結(jié)
構(gòu)的影響。
[ID:004553]
參考文獻(xiàn):
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高度達(dá)291. 6 m,地下4 層,地上72 層。重慶奉節(jié)巫江長江
大橋,跨度達(dá)460 m,是目前我國跨度最大的鋼管混凝土
拱橋。
4　核心區(qū)混凝土缺陷
核心區(qū)混凝土缺陷主要分為三種:孔洞、脫空和蜂窩。
鋼管中存在空氣無法排除,導(dǎo)致局部沒有混凝土,即是孔洞,
孔洞一般存在鋼管內(nèi)加強(qiáng)環(huán)的下側(cè)。當(dāng)混凝土振搗不到位、
混凝土澆筑質(zhì)量不好時,會出現(xiàn)蜂窩狀的非密實(shí)區(qū)域,這些
區(qū)域叫蜂窩。當(dāng)混凝土收縮過大,溫度變化導(dǎo)致鋼管與混凝
土發(fā)生不同變形,或者是鋼管內(nèi)含有銹跡時,鋼管與核心區(qū)
混凝土接觸面分離的現(xiàn)象叫脫空。4. 1　核心區(qū)混凝土缺陷的檢測
檢測核心區(qū)混凝土缺陷的方法有很多,例如超聲法、沖
擊回波法、紅外熱成像法、鉆芯取樣法、人工敲擊法、光纖傳
感監(jiān)測法等。目前最常用的方法是超聲法。
超聲法即在鋼管混凝土一側(cè)安裝發(fā)射裝置,另一側(cè)安裝
接收裝置,通過接收并分析超聲波的波速、波幅、頻率等,來
判斷鋼管混凝土核心區(qū)混凝土的質(zhì)量。超聲法是一種無損
檢測的方法,其設(shè)備要求低、操作便利、成本較低。有關(guān)實(shí)驗(yàn)
結(jié)果顯示,無缺陷混凝土的波速最快,波幅最高,當(dāng)內(nèi)部存在
缺陷時,波速降低,波幅也降低。但當(dāng)脫空值超過一定范圍
后,超聲法的檢測結(jié)果不再準(zhǔn)確。4. 2　核心區(qū)混凝土缺陷的預(yù)防與補(bǔ)救
解決核心區(qū)混凝土缺陷問題,應(yīng)從預(yù)防和補(bǔ)救兩個方面
去考慮。
在鋼管混凝土的設(shè)計階段,要盡量保證排氣孔可以有效
排盡空氣,不存在空氣逃逸臨界角。選擇密實(shí)無收縮混凝
土。自密實(shí)混凝土的配合比要合理,不能出現(xiàn)離析、分層、砂
漿和骨料分離、內(nèi)部不均勻等情況。在選用膨脹劑時,應(yīng)選
擇儲能延遲膨脹劑,混凝土大體積的收縮是在7 ~10 d 后,普
通混凝土膨脹劑7 d 左右膨脹能即消耗殆盡,無法有效改善
混凝土收縮問題。使用儲能延遲膨脹劑,能夠在混凝土大體
積收縮基本完成后釋放膨脹能,也可補(bǔ)償混凝土因徐變導(dǎo)致
的收縮。在施工階段時,鋼管應(yīng)在澆筑混凝土前檢查有無銹
蝕。灌注過程中應(yīng)嚴(yán)格按照鋼管混凝土規(guī)范規(guī)程進(jìn)行。
針對已經(jīng)出現(xiàn)缺陷的鋼管混凝土構(gòu)件,可采取二次灌漿
法進(jìn)行補(bǔ)救。二次灌漿法即在已經(jīng)出現(xiàn)脫空的鋼管混凝土
中灌入水泥砂漿或者填充液,補(bǔ)充混凝土和鋼管之間的空
隙,重新恢復(fù)鋼管混凝土的承載力,但二次灌漿法也可能再
次出現(xiàn)脫空問題,應(yīng)在使用后仔細(xì)檢查。
[ID:004606]
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·96· 萬方數(shù)據(jù)

文檔作者：楊消亭文檔來源：重慶交通大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月16日
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