旺盛江水库第三溢洪道公路桥...闭机房工作桥的加固设计优化_赖成联.pdf
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1、广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023(2)1工程概况旺盛江水库是一座以灌溉为主,结合防洪、发电、供水等综合利用的大(2)型水利工程,控制集雨面积133 km2,总库容13 396万m3。水库枢纽主要建筑物为2级建筑物,根据 水利水电工程施工组织设计规范(SL303-2017)规定,相应的施工导流临时建筑物为4级建筑物,洪水标准为10 a一遇。水库第三溢洪道设置有钢筋混凝土梁及盖板组成的闸室启闭机房工作桥,下游平行设置钢筋混凝T梁公路桥。2公路桥和工作桥技术状况评定及加固方案本次加固的主要对象为第三溢洪道公路桥及启闭
2、机房工作桥。为了保障工程能够继续安全使用,有必要结合已有的第三溢洪道公路桥及启闭机房工作桥的检测数据,对既有的缺陷和损伤进行技术状况评定,并提出合理的加固方案。2.1公路桥及工作桥技术状况评定第三溢洪道公路桥桥面为混凝土铺装层,上部结构采用钢筋混凝土T梁,桥面未设置伸缩缝及限速标志,设有混凝土栏杆护栏。经检查,公路桥主要病害有:桥面铺装层存在纵向和横向裂缝,混凝土局部出现剥落、和破损,护栏部分缺失、破损严重;上部结构桥面板存在麻面、蜂窝和混凝土表面剥落、露筋等缺陷;主梁及横隔板局部出现渗水污染、麻面、蜂窝和混凝土表面剥落、露筋等缺陷;下部结构桥台基本完好,但护坡及墩身受到河水浸泡冲刷,也存在灰
3、缝局部脱落和长有杂草现象。第三溢洪道启闭机房工作桥桥面为混凝土楼板,经检查,启闭机房桥结构主要病害有:楼板周围栏杆护栏及相关设备设施已拆除;上部结构楼板底部、主梁及横隔板处存在麻面、蜂窝、网裂、混凝土剥落和污染露筋等缺陷;下部结构桥台基本完好,但护坡及墩身受到河水浸泡冲刷,灰缝局部有脱落和长有杂草现象。综合检测结果和 公路桥梁技术状况评定标准(JTG/T H21-2011)有关规定分析可知:第三溢洪道公路桥的总体技术状况评分为70.83,桥梁技术状况评定标度为3类;第三溢洪道启闭机房工作桥的总体技术状况评分为69.25,桥梁技术状况评旺盛江水库第三溢洪道公路桥及启闭机房工作桥的加固设计优化赖成
4、联(广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司,南宁530023)摘要以旺盛江水库第三溢洪道加固工程为例,介绍了溢洪道公路桥及启闭机房工作桥的优化加固方案内容。依据公路桥梁及启闭机房工作桥梁的技术状况评定材料提出了拆除的加固方案,但工程实际情况表明,原加固方案已影响到整个工程的安全度汛。为了缩短第三溢洪道加固工程的施工工期,确保旺盛江水库安全度汛,提出了保留公路桥梁及启闭机房工作桥梁的优化加固方案,并依据其混凝土材质分析和结构承载力验算结果两方面内容,验证了优化加固方案的可行性。分析与验算结果表明,公路桥梁及启闭机房工作桥梁具有足够的安全余量,保留二者能够最大程度的满足施工需求,且具有节约经济成本
5、的优势。关键词加固方案;公路桥梁及启闭机房工作桥梁;混凝土;结构承载力;优化加固方案中图分类号U445.72文献标识码A文章编号1003-1510(2023)02-0051-06 规划设计 收稿日期2022-08-01作者简介赖成联(1982-),男,广西北流人,广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司高级工程师,学士,主要从事水利工程设计及项目管理工作。51DOI:10.16014/ki.1003-1510.2023.02.009赖成联:旺盛江水库第三溢洪道公路桥及启闭机房工作桥的加固设计优化定标度为 3 类。根据 公路桥涵养护规范(JTG5120-2021)规定,两座桥梁技术状况等级均为较差
6、状态,应进行修复养护、加固或更换较大缺陷构件,必要时可进行交通管制。2.2加固方案针对第三溢洪道公路桥和工作桥现状及存在的主要问题,对其进行加固,加固内容:拆除重建第三溢洪道控制段挡墙,对原进口段两侧浆砌石贴坡衬护采用C20砼进行护面;拆除原弧形闸门启闭房50.5 m高程以上结构及原检修闸门启闭排架,新建闸门启闭房并更换闸门及启闭设备,对闸室基底进行帷幕灌浆;拆除泄槽段底板砼,新建泄槽段C20砼底板;对原消力坎采用C20砼进行加高,加高0.8 m;拆除重建跨溢洪道公路桥。3加固设计优化旺盛江水库共有5座溢洪道,正常蓄水位46.87m,除第五溢洪道为自由出流外,其余4座溢洪道均为有闸门控制。其中
7、第三溢洪道校核工况下(P=0.05%)最大下泄流量达850.8 m3/s,在防洪度汛中承担着整个水库60%以上的泄洪任务。在其余溢洪道已完成加固施工并具备汛期排洪条件的情况下,在保证下游铁山港工业区、北海市城区及合浦沿线最低用水的前提下,即使提前腾空部分防洪库容以降低水库运行水位,当水库在5月21日8月31日主汛期内遭遇较大洪水时,仍不能保证工程的安全度汛,汛期洪水仍可能给水库和下游居民生命财产造成较大的威胁。为确保下游居民生命财产的安全,根据施工计划安排,第三溢洪道施工只能安排在一个枯水期内(11月次年4月)施工,需完成溢洪道施工围堰的填筑和拆除,以及整个溢洪道的加固内容。在主汛期到来前完成
8、主体工程施工,完成溢洪道弧形闸门安装,并拆除溢洪道上游的临时围堰,确保在主汛期到来前第三溢洪道具备挡水及泄水条件。然而受疫情等多种因素的影响,截至2022年2月10日,第三溢洪道泄槽底板尚未完成施工,工作闸门与检修闸门的门槽更换尚未开始,弧形闸门刚开始拆除,溢洪道整体施工进度已经滞后2个多月,按原加固方案的拆除并重建启闭机房工作桥及公路桥的项目内容,已不能确保旺盛江水库安全度汛。为缩短第三溢洪道的施工工期,确保旺盛江水库安全度汛,对第三溢洪道公路桥及启闭机房工作桥加固内容进行优化。主要优化内容:对公路桥上部结构桥面板、主梁及横隔板出现渗水污染处进行清洗处理,对局部蜂窝、麻面、混凝土表面剥落、露
9、筋等缺陷进行钢筋除锈并采用改性环氧砂浆进行修补处理;修复重建桥面栏杆护栏系统、桥面破损及开裂处,并在桥头两侧设置限制标志牌以限制超载车辆从桥上通行。同时应根据 公路桥涵养护规范(JTG 5120-2021)的要求对尚未提及的病害及时进行处理,并加强日常巡查与养护。对启闭机房工作桥上部结构楼板、主梁、横隔板等混凝土破损、露筋、钢筋锈蚀等病害进行钢筋除锈并采用改性环氧砂浆进行修补处理,并修复重建桥面栏杆护栏;同时进一步在该层减少荷载量或集中的荷载。为了校检加固优化方案的可行性,结合第三溢洪道公路桥及启闭机房工作桥的技术状况评定内容,对其主梁混凝土材质状况进行分析,并以多种不同荷载组合,分别按持久状
10、况承载能力极限状态和持久状况正常使用极限状态,对其结构承载力进行验算。4主梁混凝土材质状况分析对桥梁混凝土进行材质状况分析,分别对其混凝土强度和碳化深度进行检测及评定。混凝土强度检测结果见表1,推定强度匀质系数Kbt0.95,平均强度匀质系数Kbm1.00。混凝土碳化深度检测结果见表2,Kc(混凝土碳化深度/保护层厚度)0.5。根据 公路桥梁承载能力检测评定规程(JTG/TJ21-2011)有关规定,该混凝土强度评定标度为1,说明强度状态为良好;碳化深度评定标度为1,说明混凝土碳化程度不高。主梁混凝土材质状况分析结果表明,第三溢洪道启闭机房工作桥及公路桥的主梁混凝土强度状态良好且碳化程度不高,
11、符合加固并继续使用的标准。5公路桥及启闭机房工作桥承载力验算根据桥梁病害调查检测结果及相关设计图纸资料,采用有限元程序MIDAS对公路桥及启闭机房工作桥进行建模计算,分别按结构承载能力极限状态及正常使用极限状态对桥梁的承载力进行验算分析。根据 公路桥梁承载能力检测评定规程(JTG/T J21-2011)有关规定,桥梁结构检算时,应根据桥梁调查和检测情况确定检算所取用的技术参52广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023(2)数与桥梁实际的符合性。本次混凝土材质状况现场检测结果表明,公路桥主梁混凝土推定强度均不小于30 M
12、Pa,启闭机房工作桥主梁混凝土推定强度均大于25 MPa,综合新旧混凝土结构设计规范材料参数,本次公路桥主梁、启闭机房工作桥主梁混凝土强度分别采用C30、C20进行验算。5.1公路桥承载力验算公路桥梁全长为37 m,跨径为310 m,桥梁桥面总宽为6 m,混凝土路面宽4.5 m。由于旺盛江公路桥桥跨结构为钢筋混凝土T梁且桥面采用水泥混凝土铺装,以及交通量不多、重型车辆少且主坝道路为四级公路,所以根据现行 公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2015)相关规定,按公路-级荷载进行检算。5.1.1公路桥模型建立采用有限元软件MIDAS Civil进行整桥计算分析。因为桥梁横向尺寸与纵向尺寸相比较
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