旧桥加固改造在我市公路养护中的应用

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旧桥加固改造在我市公路养护中的应用

山东茂隆新材料科技有限公司 2020-11-17 2258


大丰市公路养护里程538公里,桥涵448座,其中有124座建造于20世纪80年代前,仍在运营使用之中,经过逐年的改建、加固,全市公路桥梁中仍有三、四类桥梁57座,占整个桥梁总数的12%,这些危桥的存在,严重影响道路的使用安全,全部改建既需大量现金,也不科学,所以说老桥的加固改造是摆在我们公路管理者面前的一道课题。老桥加固是道路使用安全的需要,也是节省公路养护资金,以较小的投资,取得较大社会效益的需要,从已加固改造好的老桥来看,这种办法提高了旧桥的承载能力和改善了行车性能,延长了服务年限,笔者就多年从事公路养护中老桥加固改造的实践做个介绍:

  1、公路旧桥的检测、评定及病害造成原因分析旧桥加固一般来说是旧桥的承载能力不够,或结构病害而影响使用功能而进行修复。

  《公路养护规范》中明确规定公路管理养护单位每年按《桥梁技术状况评定标准》对公路桥梁进行检查,对已检查出的三类、四类危桥在改建或加固前进行定期的观测,通过对危桥检测了解危桥的技术状况,对缺陷和损伤进行全面细致的调查,查明病害的性质,所在部位、严重程度及发展趋势,弄清产生病害的原因,以便分析评价缺陷和损伤对桥梁质量及承载能力产生的影响,为桥梁是否有加固维修的可能性提供经济分析资料。

  一般情况下造成桥梁破坏的原因主要在以下几方面:

  1.1以前设计荷载等级和标准偏低

  1.2使用环境的作用,大交通量和超重车辆的行驶,经有关机构检测统计是公路桥梁损害的主要因素。

  1.3地质、自然环境条件的变化,包含大气腐蚀、温度、湿度的变化,水流的冲刷、淤积等。

  1.4材料的疲劳及局限,这和当时社会建材工业水平紧密相关,例如钢材紧缺,力学性能标准低;水泥的标号低而引起砼标号相应低等。

  1.5施工中存在不足,以及施工技术装备的简陋,施工工艺的简单。

  2、旧桥加固前的准备工作

  2.1查找旧桥的设计施工图纸,地质钻探资料,施工原始记录,调查原设计荷载标准,桥面净空、基础埋置深度等。

  2.2现场勘查旧桥各部构造完成程度,平面几何尺寸的变形,桥面高程的沉降量,上部结构挠曲变化情况,裂缝产生部位及裂缝的宽度和长度。

  2.3条件许可的情况,进行桥梁荷载试验,结构的变位情况,对桥梁的现有承载能力做出评价,对大中型桥更有必要。

  3、拱桥的加固维修

  公路老拱桥中结构型式通常的双曲桥、桁架拱、板拱具多,在20世纪80年代以后拱桥建设相对较少。它们的病害及损坏各有其特点,产生原因具备一定的共性。

  3.1拱桥的常见病害

  3.1.1上部结构常见的病害拱桥上部结构的病害相对来说较多,主要有:一是双曲拱的腹拱开裂,拱顶下沉,主拱圈和拱波分离,拱肋开裂,拱肋撞击损伤,侧墙外倾,横系梁开裂等。二是桁架拱的拱肋、立柱、横向联系开裂,拱顶下沉,横向变位大等。

  3.1.2下部结构常见病害各种型式的拱桥下部结构病害有:基础下沉,基础台身后移,基础下地基局部冲空,墙身竖向开裂,墙身横向开裂。

  3.2拱桥上部结构维修加固常用的方法

  3.2.1顶推加固法拱桥在自重及荷载的作用下,对基础对桥台会产生巨大的垂直力及水平推力,并产生台后填土的压缩及基础的沉降,从而引起拱桥拱轴线的变化及拱顶的下沉。

  顶推法加固的原理是:在桥跨一侧或两侧的拱脚处,安装传力结构(钢夹具或刚性横梁),通过千斤顶,施加推力(千斤顶的型号根据桥跨结构自重确定),并将千斤顶两夹具中间的拱肋凿离,在顶推过程中,测量并观察拱肋起拱及桥跨结构变化情况,直到达设计水平距离或拱上桥面出现裂缝,保持千斤顶压力在分离的拱肋间浇筑高标号环氧树脂砼,待砼形成强度,放松千斤顶压力,使桥拱轴线恢复。这种方法优点是使用维修材料较少,经济缺点是技术难以掌握,需专业施工队。

  3.2.2加强横向联系维修加固当横向联系损坏满足不了分布横向荷载的要求时,可采取增加横向剪刀撑及增加、加大横向联系梁的方式解决:增加剪力撑:一般适用于横向联系较差或向刚度较小的桁架拱桥。操作方法:两两拱肋间的拱脚处至五分点处加剪刀撑梁,梁的砼截面尺寸和配筋根据梁肋的大小来决定。剪力撑梁的钢筋需和肋的钢筋焊接,以加强接头的刚度。

  增加加大横系梁:根据旧桥跨径的不同及原横向联系的完好程度,可采用增加横向联系,一般可增设3-5道,增加的横向联一般情况下,砼截面大于老横系梁,新增的要包裹拱肋。

  3.3增加拱肋受力截面加固法该种办法在拱桥特别是双曲拱桥中使用最为普遍的一种方法,因为我国上业已六七十年建造的双肋拱桥往往含筋量较小或无肋的情况相当普通,中小跨径的双曲拱往往都存在着拱肋的强度及刚度不足的病害。其次,刚架拱、桁架拱桥的斜退、斜撑或弦杆的受压截面不够时,通常也用增大截面法。

  拓肋加固可分为下侧拓和三侧拓,通常采用U形拓,方法是清除拱肋裂缝破碎的砼保护层,露出厚主筋或箍筋(无筋肋只需清除即可),将箍筋接长,焊上新的主筋,然后立模浇筑新的砼,这样新的拱肋和旧肋连成整体,提高原桥的承载力。

  3.4更换桥面系更换桥面系主要包括:更换拱上填料,更换桥面铺装,更换扶栏等。

  更换拱上填料是将拱上强度低,防水性能差的填料换成二灰土、轻质砼等耐水轻质填料,清除拱上填料的顺序一般和施工时加载程序相反,后加的先御,先加的后御。桥面铺装易用钢筋砼结构,铺装层厚10cm左右,桥面钢筋用Φ10螺纹钢,间距不大于15cm,砼标号不低于C25。

  3.5拱桥加固实例拱桥出现的病害一般情况下较多,通常用几个加固办法的组合,下面将拱桥加固中的几个例子列表。

序号  桥名及线别  结构型式及主要损坏原因  加固方案  1  子午河桥 王大线  3-30m三肋桁架拱 病害: 1、车辆荷载通过横向位移较大(1.8cm) 2、桥面微弯板裂缝砼脱落 3、拱肋被撞坏  1、两肋间加两片剪力撑梁,全桥计12片 2、每跨加固横向联系5道,计15道 3、更换桥面伸缩缝 4、环氧砼修补拱肋破损处  2  新龙桥 新大线  1-50m四波三肋双曲拱 病害: 1、拱顶下沉严重 2、桥台后倾 3、拱肋裂缝  1、拱肋用6台200T千斤顶顶推恢复拱轴线 2、拱肋拓肋加固 3、简易桥面改成钢筋砼桥面铺装 4、加横系梁5道  3  海防桥 裕海线  3-18四波五肋双曲桥 病害: 1、腹拱断裂 2、立柱裂缝位移 3、侧墙外倾  1、更换腹拱,拱上填料,栏扶 现浇砼桥面铺装 2、拓肋加固拱肋 3、立柱更换 4、改善桥头弯道曲线元素  4  大龙桥 龙洼线 

土工格栅是一种主要的土工合成材料,与其他土工合成材料相比,它具有独特的性能与功效。常用作加筋土结构的筋材或复合材料的筋材等。土工格栅适用于各种公路、铁路、机场的路基增强路面增强。适用于大型停车场和码头货场等永久性承载的地基增强。适用铁路、公路的边坡防护。适用的涵洞增强。适用于单向拉伸土工格栅增强后的土坡的二次增强,进一步增强土坡,防止水土流失。矿山、坑道加固。

3-24m双曲拱 病害: 1、桥台地基冲空、竖向裂缝 2、拱肋被撞坏,腹拱开裂  1、压浆加固地基 2、环氧树脂砼加固修补拱肋 3、更换拱上填料,更换腹拱,现浇砼桥面铺装 

  4、梁桥上部结构的加固改造

  我市地处地下河软土地区,梁式桥相对于拱桥的病害少些。因结构受力和拱桥有明显的区别,所以梁桥常见的病害和拱桥有一定的区别,主要体现在上部结构因承载能力低,出现梁的竖向、斜向裂缝;砼强度低导致钢筋锈蚀裸露,桥面系特别是伸缩缝在车辆荷载作用下易于损坏等。另因道路竖曲线的改变需对梁桥的竖曲线作调整。梁桥常用的加固改建办法有:

  4.1粘贴钢板、碳纤维片补强当主梁承载力不足或纵向主筋出现严重腐蚀时,梁板式的主梁会出现严重裂缝,粘贴钢板或碳纤维体法主要是采用粘结剂(粘贴钢板也用锚栓),将钢板及碳纤维片粘贴锚固在砼结构的受拉边缘或薄弱部位使其与结构形成整体,以钢板、碳纤维片代替补强强筋,承受一定拉应力,减少裂缝发展,达到提高梁的承载力的目的。

  工艺流程归纳为:混凝土基底处理→涂底层涂料→构件表面残缺面的修补→粘贴钢板式或纤维片→养护,该办法加固结构的关键工艺是粘结材料的配比及涂刷。

  4.2外包砼加固梁桥上部结构外包砼加大截面加固一般适用于肋梁上部结构,加大受拉区的受力面积,使新增加的钢筋能承受梁体的一部分受力应力。

  外包砼法加固施工中应注意新老砼结合部应将旧砼打成麻面或沟槽,有条件时在受力筋焊接前采取卸荷或支顶措施,在钢筋焊接施工过程中减少原受力钢筋的热变形,使原结构不做大的改变。

  5、桥梁下部结构的加固

  桥梁下部结构的加固,主要分为基础增大砌体或砼损坏的加固、基础承载力不足的加固及基础周围支撑环境改变的加固三种类型。

  5.1桥台、基础增加砌体或砼损坏的加固当基础在桥梁自重或车辆荷载作用下地基应力严重不均匀时,桥台或基础砼或坊工砌体局部拉应力过大而出现裂缝,若非承载力不足的原因,只需对桥台、基础本身采取:凿除、重新浇筑砼;压环氧树脂砂浆灌缝的办法,处理裂缝;若裂缝已贯通,可用钢筋砼带或钢箍进行加固。

  5.2基础承载力不足的加固维修基础承载力不足,表现在墩台上为:基础不均匀沉降会产生自上而下的裂缝;沉降量超过设计规定值;墩台发生水平位移和倾斜。

  对于承载力不足而引起的桥墩台损坏,可用:扩大基础加固法,即扩大基础底面积来解决地基应力过大的问题;增补桩基加固法,适用于原桩深度不足,或水流冲刷引起桩的埋深不够的情况,用增大承台的办法将新老桩联成一个整体;在墩台基础之下,向墩台中心斜向钻孔或打入压浆管,在一定压力压注水泥砂浆,加热的沥青,大的固结剂,提高地基承载力。

  5.3基础周围地基环境变化加固(主要是基础地基被水流冲空)

  当地基局部被流水冲空的处理:周围堰将桥墩台周围的水抽干,以砌石或砼填充冲空部分;水下灌注砼,用灌浆机械在水下将砼灌注于空隙部分。

  6、实践与体会

  旧桥维修与加固是个系统工程,它能大量节约社会资源,又因桥梁病害的不同而决定加固方法的不同。加之旧桥加固是一个技术性强、危险性高的工作,所以决定了旧桥加固工作必须是一支技术全面施工管理水平高的施工专业施工队伍来完成,各基层公路养护单位应加以管理和培育。加固方案的选择对于加固的效果有着直接的影响,桥梁的经常性检测又为桥梁病害的早期发现提供保证。

  参考文献:

  [1]中华人民共和国行业标准JTJ5073-96.公路养护技术规范[S]。

  [2]湛润水,等编著。公路旧桥加固技术与实例[M]。

  [3]王灿,等。双曲拱桥病害原因分析及处理对策的研究[J]。公路。


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