雙曲拱橋加固方案與施工控制
2011-09-29 
1工程概況

    1.1某橋該路段的交通流量達(dá)14000輛/d,其中重載車輛所占的比重達(dá)40%。為鋼筋混凝土雙曲拱橋,單孔、凈跨20m,5肋4波。橋面凈寬為2×1.5m人行道+7m行車道,矢跨比為1/7,重力式橋臺(tái),設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽車-13級(jí),拖車-60。曾對(duì)該橋進(jìn)行加寬,老橋部分成為主車道、部分成為非機(jī)動(dòng)車道。經(jīng)過多年的運(yùn)營(yíng),該橋已進(jìn)入大修期。

    1.2外觀狀況及病害分析

    該橋橋面為水泥混凝土結(jié)構(gòu),目前有1/4破損嚴(yán)重,導(dǎo)致橋面有積水現(xiàn)象,主拱肋底部保護(hù)層基本脫落,鋼筋外露,銹蝕嚴(yán)重,拱頂接頭處部分鋼板側(cè)面已外露;腹拱拱波頂部有貫通裂縫,裂縫最大寬度達(dá)2.5mm,腹拱橫墻墻身(特別是孔洞周圍)、拱墩表面有裂紋,并且在近兩年來的觀察中發(fā)現(xiàn),裂縫擴(kuò)展較快;主拱肋橫系梁基本完好,無明顯病害,橋臺(tái)基礎(chǔ)無沖刷變形。從外觀上判斷,該橋主要是由于主要承重構(gòu)件剛度不足,其承載力有限,從而出現(xiàn)以上病害。

    1.3試驗(yàn)檢測(cè)

    通過測(cè)試橋梁在試驗(yàn)荷載(依據(jù)《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》第3.2.1條規(guī)定,基本荷載試驗(yàn)要求試驗(yàn)效率系數(shù)在1.05≥η>0.8范圍內(nèi))作用下,其主要承力構(gòu)件主拱肋在控制處的強(qiáng)度與剛度,以及主要裂縫的開展情況,來進(jìn)一步準(zhǔn)確掌握該橋的實(shí)際受力狀態(tài),及該橋的承載能力。

    1.3.1靜載試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)

    靜載試驗(yàn)檢測(cè)的部分?jǐn)?shù)據(jù)見表1~3。

     表1跨中截面各測(cè)點(diǎn)撓度值

    b1.jpg

    1.3.2動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)

    通過對(duì)該橋脈動(dòng)的測(cè)試及跑車激振試驗(yàn),實(shí)測(cè)豎向基頻為2.5Hz,側(cè)向?qū)崪y(cè)基頻為0.6Hz,說明該橋的豎向與側(cè)向的振動(dòng)位移都較大。

    1.3.3檢測(cè)結(jié)論

    (1)撓度平均校驗(yàn)系數(shù)為0.92,應(yīng)力平均校驗(yàn)系數(shù)為0.98,校驗(yàn)系數(shù)小于1.0,表明結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度和剛度尚滿足規(guī)范要求,但最大校驗(yàn)系數(shù)達(dá)1.02,表明承載能力與當(dāng)初的設(shè)計(jì)能力接近,承載潛力已經(jīng)不大。

    (2)跨中截面在試驗(yàn)荷載作用下的最大撓度為0.96mm,小于撓度的最大限值L/800,滿足規(guī)范相關(guān)要求。

    (3)實(shí)測(cè)荷載橫向分布系數(shù)與理論分布系數(shù)的變化趨勢(shì)與數(shù)值都較接近,表明該橋橫向聯(lián)系較好。

    以上結(jié)論說明該橋滿足當(dāng)初的汽車-13級(jí)、拖-60的荷載要求,但通過動(dòng)載的檢測(cè),說明離現(xiàn)行的公路-Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)還有一定的差距。但鑒于該橋現(xiàn)有的病害,決定對(duì)該橋進(jìn)行加固處治,以達(dá)到現(xiàn)行的二級(jí)公路橋梁的公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn),滿足交通正常發(fā)展的需要。

    2加固方案分析

    2.1設(shè)計(jì)方案的選取

    外包鋼板加固是當(dāng)前拱橋加固中應(yīng)用得較多的一項(xiàng)工藝,過去在房屋建筑中應(yīng)用較多,其原理就是增加拱肋的剛度,讓鋼板與原拱肋共同受力,從而提高整個(gè)拱橋的承載能力。由于此項(xiàng)工藝相對(duì)而言施工較為簡(jiǎn)單,施工質(zhì)量較容易控制,工期較短,目前在橋梁加固中應(yīng)用較廣。其缺點(diǎn)是,應(yīng)注意對(duì)鋼板的防腐處理,后期對(duì)鋼板的腐蝕性應(yīng)密切關(guān)注,必須是專業(yè)隊(duì)伍施工。

    2.2拱肋外包鋼板片加固方案的準(zhǔn)備

    (1)對(duì)主拱圈拱肋及橫系梁采取錨固6mm厚鋼板加固,鋼板與原混凝土之間的縫隙采用專用材料填充,使之與原有拱肋形成一個(gè)整體,成為鋼混凝土組合結(jié)構(gòu),同時(shí)對(duì)橫系梁同樣進(jìn)行包鋼與主拱肋形成整體,大大增強(qiáng)整個(gè)橋梁的整體穩(wěn)定性。

    (2)對(duì)拱圈、橋臺(tái)和拱波表面裂紋較為集中部位,采取粘貼碳纖維布進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

    (3)對(duì)拱圈、橋臺(tái)和拱波的局部缺陷、混凝土破損的區(qū)域,采用環(huán)氧樹脂砂漿直接進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)、修復(fù)。

    (4)對(duì)原有的橋面局部破損進(jìn)行修復(fù)。

    (5)更換原橋泄水管。

    3施工工藝及注意事項(xiàng)

    3.1主要施工工藝

    (1)混凝土表面處理。按設(shè)計(jì)圖紙確定鋼材在構(gòu)件表面的位置。鑿去構(gòu)件與鋼板結(jié)合面處不良混凝土,若表面嚴(yán)重凸凹不平,可用環(huán)氧膠泥修補(bǔ)。將處理后的混凝土結(jié)合面打磨平整,構(gòu)件四角(或兩角)應(yīng)打磨出小圓角。用酒精清洗混凝土結(jié)合面。

    (2)鋼材表面處理。鋼板與混凝土粘接面應(yīng)除銹、打磨出金屬光澤,然后用酒精清洗干凈。

    (3)焊接鋼板骨架。將鋼板用內(nèi)爆螺栓固定在構(gòu)件預(yù)定結(jié)合面,鋼板之間通過焊接形成鋼骨架。

    (4)密封及粘貼灌漿嘴。用密封材料將鋼骨架全部構(gòu)件邊緣密封。在鋼骨架邊緣適當(dāng)位置鉆孔,粘貼灌漿嘴并留出排氣孔。

    (5)配制結(jié)構(gòu)膠。將ZLPJ-B包鋼灌注結(jié)構(gòu)膠A、B兩組按比例(A∶B=4∶1)混合,用電動(dòng)攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢杈鶆?,每次攪拌量不宜過多,應(yīng)1次用完。

    (6)壓力灌膠。將灌漿管與灌漿盒接通,啟動(dòng)空壓機(jī),檢查灌漿系統(tǒng)和鋼材周邊密封是否完好。將配制好的液態(tài)結(jié)構(gòu)膠裝入灌漿罐內(nèi),啟動(dòng)空壓機(jī)向鋼材與混凝土表面之間的空腔內(nèi)灌漿,待出漿盒溢膠后將其封閉。再繼續(xù)壓注幾分鐘即可停止灌漿。待空腔內(nèi)膠體達(dá)到初凝而不外流時(shí)拆下灌漿盒,再用結(jié)構(gòu)膠將灌漿盒處抹平、封口。

    (7)養(yǎng)護(hù)、固化。結(jié)構(gòu)膠可在常溫下養(yǎng)護(hù)、固化,環(huán)境溫度保持在20℃以上時(shí)24h具有一定強(qiáng)度,3d后可受力使用。

    (8)拱肋包鋼鋼板表面防碳化。鋼板面應(yīng)除銹、打磨出金屬光澤,然后用酒精或丙酮清洗干凈,用有機(jī)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)膠均勻涂在鋼板表面,再用已準(zhǔn)備好的干砂均勻?yàn)⒃谟袡C(jī)膠上使鋼板表面粗糙,最后用無機(jī)膠攪拌成的水泥漿刮在鋼板上,將鋼板面密封使之不被銹蝕。

    3.2主要注意事項(xiàng)

    (1)混凝土表面必須打磨至漏出砂石新面層為宜,然后用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)找平,鋼板打磨粗糙要徹底,有油污的地方要用丙酮清洗干凈。

    (2)調(diào)試膠水前要根據(jù)當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)的環(huán)境、溫度和工藝條件進(jìn)行膠水的試驗(yàn)調(diào)制,以確定最佳配比。

    (3)粘貼時(shí)必須緊壓鋼板,使之固定,壓緊后再在鋼板外表面上粘1層粗砂,再涂1層環(huán)氧樹脂密封,干硬后再涂1層水泥凈漿,使之與原橋顏色保持一致。

    (4)壓緊螺栓必須埋設(shè)牢固,具有可靠的抗減性。

    (5)鋼板內(nèi)隙采用專用建筑結(jié)構(gòu)膠填充密實(shí)。

    4加固后的效果

    4.1加固后的試驗(yàn)檢測(cè)

    通過測(cè)試該橋在試驗(yàn)荷載(與加固前相同的試驗(yàn)荷載)作用下,其主要承力構(gòu)件主拱肋在控制截面處的強(qiáng)度與剛度數(shù)值,以及裂縫的開展情況,來掌握加固后該橋的實(shí)際受力狀態(tài),判斷該橋在加固后的承載能力(見表4~6)。

    表4跨中截面各測(cè)點(diǎn)撓度值

    b4.jpg

    4.2檢測(cè)結(jié)論

    (1)撓度平均校驗(yàn)系數(shù)為0.923,應(yīng)變平均校驗(yàn)系數(shù)為0.96,校驗(yàn)系數(shù)小于1.0。

    (2)跨中截面在試驗(yàn)荷載作用下的最大撓度為1.08mm,小于理論計(jì)算最大撓度1.19mm,遠(yuǎn)小于撓度的最大限值L/800,其中跨中最大撓度測(cè)點(diǎn)的殘余撓度為0.01mm,相對(duì)殘余撓度值為0.9%,遠(yuǎn)小于規(guī)范允許值20%。

    (3)實(shí)測(cè)荷載橫向分布系數(shù)與理論分布系數(shù)的變化趨勢(shì)與數(shù)值都較接近。

    (4)試驗(yàn)過程中未出現(xiàn)裂縫,車輛跑過時(shí)的振動(dòng)響應(yīng)明顯減弱(豎向基頻為1.6Hz,側(cè)向基頻為0.4Hz,加固前是加固后的1.5倍)。

    通過對(duì)加固后該橋的檢測(cè),及對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的全面分析,說明該橋行車時(shí)的動(dòng)力響應(yīng)明顯減弱,橋梁的整體性與動(dòng)剛度得到了加強(qiáng),該橋的承載能力得到了提高,達(dá)到了現(xiàn)行二級(jí)公路橋梁公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn),選擇的加固方案可行。
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