湘子橋的歷史與現(xiàn)狀

湘子橋的歷史與現(xiàn)狀

湘子橋（又稱(chēng)廣濟(jì)橋）位于潮州古城東門(mén)外。它是一座建于宋代的著名古橋。它是一座著名的古橋，與中國(guó)的趙州橋和盧溝橋并列。橋全長(zhǎng)517m,分為東、中、西3段。西段始建于南宋乾道六年(1170),歷時(shí)57年建成;東段始建于宋紹熙元年(1190),歷16年完工。東西兩段橋共有18個(gè)橋墩。中段寬約100m,水流湍急,不能架橋。明宣德十年(1435)橋遭洪水沖毀而重修,并增建5個(gè)橋墩。明正德六年(1506)又增建1個(gè)橋墩,合24墩,并在橋中段用18艘梭形木船連成開(kāi)啟式浮橋。橋墩長(zhǎng)度由11～22m,寬度為6～13m不等。全部橋墩長(zhǎng)度達(dá)207m,約占全橋長(zhǎng)度的40%。廣濟(jì)橋結(jié)構(gòu)奇特,集石梁橋、拱橋和浮橋于一體,在中國(guó)橋梁史上別具一格。廣濟(jì)橋自建成以來(lái),歷經(jīng)洪水、颶風(fēng)、地震以及兵火焚毀、飛機(jī)轟炸等天災(zāi)人禍。在清末,橋上的樓臺(tái)基本被毀壞殆盡。1958年,由于交通需要,拆除了古橋中間的“十八梭船”浮橋,改建為直通大橋(三孔鋼架及兩個(gè)高樁承臺(tái)式的鋼橋)。目前廣濟(jì)橋橋體已損壞嚴(yán)重,大部分橋墩出現(xiàn)淘空、傾斜與沉降,雖經(jīng)多次搶修,仍難排隱患。1958年改建的高樁承臺(tái)式鋼架梁也已超過(guò)了設(shè)計(jì)年限。隨著韓江水利工程的建成,韓江水位將上升,一方面會(huì)造成廣濟(jì)橋難以通航,給粵東的水運(yùn)帶來(lái)難題;另一方面宋代遺存至今的古橋墩也將會(huì)常年被淹沒(méi)在深水中,給日后的修繕帶來(lái)極大困難。為保護(hù)這一接近千年的重要文物,對(duì)該橋梁按“修舊如舊”的原則,進(jìn)行加固和維修。將把1957年和1966年所修建的鋼桁梁、鋼筋混凝土橋面以及當(dāng)時(shí)所修建的部分橋墩拆除,接高原有橋墩,使水利樞紐工程完工后,橋面仍然在常水位之上,并預(yù)留今后修復(fù)橋上亭屋的荷載。并根據(jù)勘探結(jié)果,對(duì)橋位場(chǎng)地進(jìn)行地震安全度分析。1工程地質(zhì)和地下水條件廣濟(jì)橋位于潮州東側(cè)(E116.6519°,N23.6649°),其原始地貌單元屬韓江三角洲沖洪積平原。近場(chǎng)區(qū)及附近,歷史上曾發(fā)生過(guò)多次破壞性地震,大于6°的地震6次,8°的地震2次。工程場(chǎng)地鉆探資料揭示,土層主要由中粗砂、粉土、含卵石粗砂、粘土、殘積砂質(zhì)粘性土及強(qiáng)風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖組成,覆蓋層平均厚度約為40m,下伏凝灰?guī)r和火山角礫巖,巖芯多呈塊狀,巖石堅(jiān)硬完整;尚未發(fā)現(xiàn)有活動(dòng)斷裂在本場(chǎng)地直接經(jīng)過(guò)。距本工程場(chǎng)地最近的斷裂是普寧-潮州斷裂(F1)和韓江斷裂(F4),約1km,不會(huì)對(duì)場(chǎng)地穩(wěn)定性造成直接影響。但工程場(chǎng)地地下夾有厚度2～7m的中粗砂(平均約10m),在地震力的作用下,可能發(fā)生砂上液化現(xiàn)象,對(duì)建筑物的抗震產(chǎn)生不利影響。因此,必須采取相應(yīng)措施對(duì)大橋進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)。2主梁支架修復(fù)(1)為使修復(fù)后的廣濟(jì)橋能“修舊如舊”,上部構(gòu)造按古橋原貌采用花崗巖石梁設(shè)計(jì),并開(kāi)槽張拉預(yù)應(yīng)力鋼束。考慮到地震的影響,主梁支座采用隔震橡膠支座。(2)橋墩修復(fù),將原1957年、1966年所加建的墩身拆除,所余墩身按文物部門(mén)的要求將其修復(fù)。之后,加建鋼筋混凝土芯柱墩身,外側(cè)砌筑與原墩身一致的花崗巖,墩面也鋪砌同樣的花崗石,之上修建石雕欄桿、石雕燈柱,并預(yù)留橋上亭屋基礎(chǔ)。(3)主梁與墩身之間不設(shè)伸縮縫,采用墩面鋪砌侵入主梁20cm,蓋住伸縮縫的方式處理。3結(jié)構(gòu)分析(1)多遇地震作用下風(fēng)場(chǎng)分析①采用振型分解反應(yīng)譜法和水平/豎向輸入Taft波、El-CentroNS波和兩條人工合成地震波的時(shí)程分析,利用ANSYS程序?qū)蚨?上部結(jié)構(gòu)組成的串聯(lián)自由度體系和調(diào)整結(jié)構(gòu)模型,沿橋梁縱、橫向進(jìn)行了多遇地震作用下的內(nèi)力和變形分析,按設(shè)防概率10%(50年)調(diào)整地面運(yùn)動(dòng)加速度峰值;②采用彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析方法,水平輸入Taft波、El-CentroNS波和兩條人工合成地震波,利用NERAP程序?qū)蚨?上部結(jié)構(gòu)組成的串聯(lián)自由度體系和調(diào)整結(jié)構(gòu)模型,沿橋梁縱、橫向進(jìn)行了罕遇地震作用下的彈塑性變形分析,按設(shè)防概率10%(100年)和2%(100年)調(diào)整地面運(yùn)動(dòng)加速度峰值。計(jì)算結(jié)果:在抗震性能上,不低于維修前的原橋梁結(jié)構(gòu);如遇基本烈度為8°的破壞性地震(歷史上潮州曾發(fā)生過(guò)2次),在抗震支座的作用下、采用深層高壓旋噴固結(jié)液化土層,仍能保證橋墩不破壞。(2)力場(chǎng)比承受負(fù)荷比較本次計(jì)算對(duì)施工圖設(shè)計(jì)的加高橋墩,及1957年加高橋墩的重量進(jìn)行比較,如表1。最大荷載的確定現(xiàn)對(duì)本次設(shè)計(jì)的加高橋墩,及1957年加高橋墩的水力進(jìn)行比較,具體見(jiàn)表2。結(jié)論:本次設(shè)計(jì)荷載為1957年荷載的14615/13593=1.08倍,結(jié)構(gòu)安全,設(shè)計(jì)可行。結(jié)論:本次設(shè)計(jì)水力為1957年的10.8/25.6=0.42倍,結(jié)構(gòu)安全,設(shè)計(jì)通過(guò)。4對(duì)結(jié)構(gòu)的處理建議根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果,并考慮工程場(chǎng)地地震安全性勘察結(jié)果,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用:設(shè)計(jì)荷載—500KPa,橋梁寬—4.50m,地震烈度—Ⅷ度。最終確定的湘子橋加固與維修設(shè)計(jì)方案:(1)上部結(jié)構(gòu)為花崗巖石材,為增加其抗彎能力及延性,在石梁下側(cè)開(kāi)槽張拉部分預(yù)應(yīng)力。但其本質(zhì)上屬于脆性材料,其特性是結(jié)構(gòu)剛度大、滯回耗能能力差,特別是在較大的地面運(yùn)動(dòng)作用下,上部結(jié)構(gòu)更表現(xiàn)出較大的地震反應(yīng)。鑒于結(jié)構(gòu)外觀(guān)等方面的考慮,建議采用隔震性能較強(qiáng)的抗震盆式橡膠支座,即GPZ(KZ)DX單向活動(dòng)抗震盆式橡膠支座。該類(lèi)支座采取了剛、柔結(jié)合的方式獲有效抗震措施,增大了支座的耗能能力,改善了支座的抗震性能。因此地震發(fā)生時(shí)可提高橋梁的抗震能力,最大限度地限制了橋梁上、下部結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)位移,減小了地震動(dòng)力的放大系數(shù)。非地震時(shí)等同一般盆式橡膠支座使用。其減震原理是,當(dāng)支座水平力大于支座設(shè)計(jì)豎向承載力的20%后,消能板開(kāi)始滑移,起到第1道隔震效果,然后阻尼圈發(fā)揮第2道阻尼效果,支座起到抗震作用。當(dāng)輸入地震能量超過(guò)一定極限時(shí),支座的剛性抗震起到第3道抗震效果。(2)原橋墩墩身為圬工結(jié)構(gòu),目前,材料表面風(fēng)化、剝蝕嚴(yán)重,各墩上部結(jié)構(gòu)除承受主梁荷載外,還有預(yù)留亭臺(tái)等上部建筑荷載,故有必要采用加固墩身整體性的構(gòu)造措施,如深孔高壓注漿,同時(shí)在墩身周邊設(shè)置多根鋼筋混凝土構(gòu)造柱和多道圈梁是可行的。墩上部新增加的部分內(nèi)設(shè)鋼筋混凝土芯柱。(3)在加固與維修設(shè)計(jì)方案中,擬采取全部消除地基液化沉陷的工程構(gòu)造措施,采用高壓旋噴法結(jié)合旋噴固結(jié)體帷幕封閉方案加固地基,要求樁長(zhǎng)通過(guò)液化層并支承在非液化土層上,采用鉆探取芯法檢驗(yàn)旋噴樁和旋噴帷幕的質(zhì)量。5保巖墩、加固圈梁、壓漿封填墩(1)因?yàn)楣艠蛐迯?fù),施工時(shí)應(yīng)在文物部門(mén)的指導(dǎo)下,拆除加建的橋上建筑(混凝土梁、鋼桁梁、墩身等),拆除通航孔橋墩(十八梭船位置)至河床底面處,然后按文物部門(mén)的要求,修補(bǔ)墩身外側(cè)花崗巖砌塊、澆注水下鋼筋混凝土加固圈梁、壓漿封填墩身內(nèi)部砌塊。(2)精測(cè)各墩平面尺寸、各墩之間關(guān)系、各墩文物部分與加建部分分界面標(biāo)高,將精測(cè)結(jié)果上報(bào)上級(jí)文物主管單位用以永久存檔,抄送設(shè)計(jì)部門(mén)用以修正設(shè)計(jì)圖紙。(3)加建墩身芯柱細(xì)部尺寸可稍作調(diào)整以適應(yīng)橋墩的精確尺寸。(4)石梁加工,邊梁外側(cè),仍按原石開(kāi)采粗糙面,不作鑿平處理,盡可能接近古橋風(fēng)格。其余石梁各面鑿平之后,梁底朝上,開(kāi)鑿預(yù)應(yīng)力槽,埋置預(yù)應(yīng)力管道、封槽,待封槽混凝土夠標(biāo)號(hào)后張拉預(yù)應(yīng)力到第1階段噸位,之后石梁翻轉(zhuǎn)至梁面朝上,張拉預(yù)應(yīng)力至設(shè)計(jì)噸位,然后封錨,最后開(kāi)鑿石梁其它槽口。6我們的責(zé)任