某渡槽部分孔拆除重建设计与施工方案研究

某渡槽部分孔拆除重建设计与施工方案研究
摘要：结合某渡槽拆除及新建工程实例，研究和分析了圬工砌体联拱渡槽施工方案的选择及拱顶加固计算，拆除过程中的抗推墩加固计算，阐述了施工方法及技术措施。

关键词：渡槽，圬工砌体，拆除，技术措施
Abstract: the combination of an aqueduct demolition and new projects, research and analysis of the masonry arch arch aqueduct construction scheme selection and reinforcement calculation, thrust pier reinforcement calculation of the demolition process, this paper describes the construction methods and technical measures.
Keywords: removal of aqueduct, masonry,, technical measures
某渡槽始建于上世纪70年代，为东西走向，所处附近地势为东高西低，渡槽两桥台均置于岩性较好的山体中，其主要用于引水灌溉。

附近均有居民居住，北侧约6m远有1条东西走向的Ⅲ级公路通过，同时该渡槽跨越多条乡村道路、1条Ⅰ级公路、1条铁路。

从混合交通交叉现状来看，渡槽均为上跨置先考虑，其余交通均为下穿置后设置。

在建高速公路从渡槽西侧51#墩中心处下穿，与渡槽中心线平面交叉角度为右偏102°。

渡槽为53孔连拱，1孔净跨径为20m，其上、下部均为浆砌块石结构，上部结构为上承式带有腹拱的石砌拱式结构。

（见图1）
图1
一、渡槽拆除的难点
渡槽建设年代久远，病害较多，自建成以来先后加固过两次。

由于加固的时间较早，同时受当时施工材料和施工技术的限制，原加固采用的钢筋混凝土斜撑和墩帽，均出现大面积露筋，钢筋锈蚀，表层砼脱落；各主拱圈均存在不同程度的砌缝砂浆脱落，个别主拱圈出现砌块外鼓，变形过大以及渗水现象，个别墩身存在不同程度的竖向剪切缝，个别墩身剪切缝自墩顶至墩底延伸，存在继续扩展趋势。

原加固方案主要为砌块砌缝重新砂浆勾缝，对若干主拱圈采取加混凝土拱肋加固，对若干墩身外包混凝土加固，对渡槽槽身底部更换防水层进行防渗加固。

渡槽横穿村庄，附近有居民居住且渡槽下有沿渡槽方向的三级路，路边是周围村子的集市，人员比较密集。

上跨多条乡村道路、一条交通量繁重的一级路和一条铁路。

在拆除重建期间，渡槽还在使用。

西侧几孔，地基土有轻微湿陷性，附近几孔沉降严重。

渡槽为自重较大的圬工砌筑的连拱结构。

横向推力较大。

二、上部结构计算
1、基本参数计算：
1）圆弧拱主拱圈基本参数计算
净跨径，净失高，失高比
计算失高，计算跨径，计算半径，
由《拱桥》[5]式（3-3），查附录（Ⅰ）表（Ⅰ）-4得：
弹性中心距拱顶距离：
主拱圈材料：M7.5号砂浆砌Mu50块石
抗压弹性模量
截面惯性距：
2）桥墩基本参数
桥墩材料：M7.5号砂浆砌Mu50块石
抗压弹性模量
2、弹性常数计算：
1）拱圈弹性常数计算
由《拱桥》[5]式（6-1），式（3-9）～（3-11）得：
式中：—为拱的抗推刚度，—为圆弧拱顶至圆心的连线与拱脚至圆心的连线交角，
由计算可知，，
代入上式，，
=
式中：—为拱的相干系数，—为拱的抗弯刚度，其余参数查《拱桥》[5] 由上式计算可知：，
2）纵桥向顶宽1.6m桥墩弹性常数计算
墩帽：高度较小，近似按等截面计算
墩身：由于墩身横向宽度变化较小，近似按等宽计算：
采用《拱桥》[5]表6-7中第4种图式：
，，
基础：近似按等截面考虑
合计：
弹性常数计算：
式中：—为桥墩的抗推刚度，—为桥墩的相干系数，—为桥墩的抗弯刚度，其余参数查《拱桥》[5]
3）纵桥向顶宽2.2m桥墩弹性常数计算
墩帽：高度较小，近似按等截面计算
墩身：由于墩身横向宽度变化较小，近似按等宽计算：采用《拱桥》[5]表6-7中第4种图式：
基础：近似按等截面考虑
合计：
弹性常数计算：
式中：—为桥墩的抗推刚度，—为桥墩的相干系数，—为桥墩的抗弯刚度，其余参数查《拱桥》[5]
由上述计算可知，桥墩抗推刚度与主拱抗推刚度之比为：
纵桥向顶宽1.6m桥墩：
纵桥向顶宽2..2m桥墩：
由《公路圬工桥涵设计规范》（JTG61-2005）第5.1.7条规定：对于多孔无铰拱桥，当桥墩抗推刚度与主拱抗推刚度之比大于37时，可按单孔拱桥计算。

3、单孔固端无铰拱计算：
计算模型单元划分图
注意：带圆圈的为单元号，圆圈外的为节点号
计算荷载参数：
(1)主拱结构自重，拱上填料自重，槽身自重；
(2)考虑满槽水重；
三、拆除方案
拆除前做好如下几点准备：
拆除的四孔下地基土有轻微湿陷性，对地基进行小导管注浆加固处理。

注浆采用混凝土浆液，配比通过实验确定。

渡槽为块石砌筑的连拱结构，横向推力较大，对拆除和不拆除接触的47#、
48#、49#墩进行外包钢筋混凝土加固，增大截面的承载力及抗推力。

对新旧桥衔接的两孔（第48、49孔）每孔增加三道钢筋混凝土拱肋进行加固。

48、49孔拆除时和50、51、52、53孔拆除及重建时均需要搭设支架，对支架下地基进行铺设混凝土避免支架沉降。

在渡槽西侧山脚做储水池，铺设引水渠道，潜水泵等解决渡槽临时输水问题。

组织好渡槽下各公路、铁路的交通问题，确保拆除期间周围建筑物、桥下居民、交通车辆及施工人员安全。

根据以上拆除原则及准备工作制定拆除方案：
由于原渡槽宽度仅4.6米，高度达15米左右，拆除支架设计要求稳定，便于施工，同时保证原有结构的安全。

建议采用拱架支撑，对于拆除孔和衔接孔应采用满孔整体支护，保证原有结构在拆除过程中的稳定性。

槽身拆除工作采用人工拆除，吊车吊运的方式进行施工。

1、支架设计应考虑水平向能抵抗当渡槽蓄水满槽时，拱脚的最大水平推力1817.7kN，竖向能支撑满槽时最大竖向力，同时应有足够大的安全系数。

2、支架搭设之前必须进行基础处理。

3、支架搭设后须进行预压，预压力为1.2倍恒载。

4、支架搭设范围第48、49、50、51、52、53孔。

另外，应严格按照《公路桥涵施工技术规范》的有关规定，满足强度、变形要求。

图2
支架架设好后按顺序进行拆除（见图2）
1.卸载拆除渡槽槽身。

2.由上至下，由跨中向墩柱方向对称地同时逐层卸载拆除腹拱上填料和主拱圈上的实腹段填料。

3.由跨中向墩柱方向对称地同时卸载腹拱圈。

4.由跨中向墩柱方向对称地同时卸载横墙。

5.由跨中向墩柱方向对称地同时卸载主拱圈。

6.最后拆除桥墩、基础。

在第51、52、53孔分别设定两个点，在拆除过程中，经常测量对应点的高程，用以指导施工。

为了掌握桥墩水平位移情况，在每个桥墩上安装两个百分表，观察其位移情况。

为观测桥墩的转动情况，在每个桥墩上悬挂一个垂球，标出其原来的竖直位置，以便观测偏角，用于指导下一步施工。

当高程、位移或偏角中的某一项变化较大时，要分析其原因，进一步采取加固措施。

四、新建结构设计和施工方案
渡槽部分新建结构应符合在建高速公路的净空、净宽及结构的外观协调。

在高速建好运营期间必须保证交通安全，因此上部采用梁式结构。

满足高速桥梁净空要求同时为今后改扩建预留宽度。

五、结语
本文通过对某渡槽部分孔拆除、重建的设计及施工方案学习研究，掌握了该结构形式的渡槽的拆除和重建过程中应该注意的各种事项。

目前，中国大量的交通工程基础设施建设繁荣发展，在不久的将来或者在当前建设过程中一定会涉及类似结构形式的桥梁、渡槽拆除重建或改扩建，本文想通过该渡槽的拆除重建设计及施工方案分析，为广大同行提供借鉴作用。

参考文献
1、《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)
2、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）
3、《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011)
4、《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)
5、《公路桥涵设计手册》（拱桥）。