公路桥梁加固施工技术详解
2015-04-21
前言
随着我国交通量日益增加,单车重量也不断增大。为了适应道路运输载重量不断发展的要求,人们发现桥梁的混凝土开裂、剥落、衰变及钢筋的锈蚀(管道灌浆不饱满普遍存在)对桥梁的损害问题非常严重,需要大量的资金来维护或改建,现实使人们开始重视混凝土桥梁的耐久性。提高混凝土桥梁耐久性的技术途径有两个,一是采用高性能混凝土,以提高混凝土的抗渗性、匀质性、抗冻性,从而提高混凝土抵抗碳化和冷冻侵袭的能力；另外一种是提高既有桥梁耐久性的有效途径即对缺陷桥梁进行加固改造,延长其使用寿命。
一、工程概况
某桥为一斜腿刚架钢筋混凝土桥,1973年建成,通车至今已30多年。全桥在横桥向由六个刚架片组成,刚架片之间通过桥面连续以及横隔板连接,每个刚架片在拱脚和跨中铰接,形成三铰斜腿刚架桥。边跨梁一端直接搁置在桥台上,另一端搁置在中跨主梁端部的牛腿上。主桥计算跨径21.65M。全桥长26M,桥面净宽7M。设计荷载汽一26,拖一100。由于种种原因,桥梁结构出现了一些病害,主要有斜腿主筋、箍筋出现锈蚀,铁锈膨胀引起混凝土保护层剥落等。
二、桥粱加固的基本方法与原则
1、加固原则
加固设计以原桥为基础,在不改变原桥结构型式的前提下,对原桥主要受力构件进行加固,加固设计必须考虑以下几个重点：
1、下部结构具有足够的潜力。
2、加固后必须要达到能通过重吨的单车的要求。
3、因为下部是航道,所以在跨中腹板和斜腿加固过程中,应尽量保持原有净空,不得使下部空间削减过多。
4、对各开裂构件的表面进行修补,保证构件表面光滑而连续。
5、在补强的同时,应注意加固物本身自重对原桥的影响。
6、加固后保持桥梁的整体美观。
2、加固方法
根据目前该桥的交通情况,通过加固,将原桥设计荷载提高为能通过单车重车吨加固设计、加固施工完成后,还要对该桥进行静力荷载试验,以检测桥梁加固工程是否合格,确保其安全性。加固盖梁和桥墩,待桥墩压浆完毕,桥梁整体稳定后再进行封闭盖粱与桥墩裂缝,盖梁底部出现裂缝的部位作环氧硅,增加盖梁截面积,盖梁侧面粘贴钢板桥墩外侧先纵向粘贴碳纤维片,再环向粘贴碳纤维片将裂缝部位封住。
桥梁加固一般是通过对构件的补强和结构性能的改善来恢复或提高现有桥梁的承载能力,以延长使用年限,适应现代交通运输的要求。其改造的主要技术途径有加强薄弱构件、增加辅助构件、改变结构体系、减轻恒载、加固墩台及基础等。
三、加固理论计算
为了从整体上把握桥身在加固前各个部分在外部荷载作用下所产生的应力分布特征,找到最不利截面,为加固方案提供详细的理论依据,特利用大型有限元计算软件ANSYS对该桥梁结构进行了数值模拟分析。
1、计算模型采用数据
主跨、边跨型梁截面基本尺：T梁全高；H=800MM，上翼缘宽：B1=1250MM，翼缘高度：T=220MM；T梁下宽：B=250MM。
斜腿支点附近矩形截面基本尺寸：截面高度：H=500MM，截面宽度：B=250MM，材料特性：C30混凝土强性模量：E=3.0*10MPA；混凝土泊松比：V=0.1667。钢材泊松比：V=0.3。
2、有限元模型建立
全桥横向共由六榻梁组成,各棍梁的形态结构均一致,因此,先对单榻梁以及斜腿建立有限元计算模型。考虑到主梁结构复杂,斜腿截面沿纵桥向变化,为了能更真实的反映结构的空间特性,采用8节点的solid45空间实体单元进行模拟共划分节点6868个单元,4202个离散;如图1所示:
3、支承条件
由于加固将改变整个桥梁的支承条件,即将中跨跨中的铰接改回原设计方案中的固接,同时,将斜腿趾部的铰接改为固接,这会导致整个刚架片的应力重分布,而后的加固正是针对应力重分布后的结构进行处理的,因此,在有限元模拟加固前的结构应力分布时,各截面尺寸虽然按照加固前计算,但支承条件,在中跨跨中和斜腿趾部按照固接计算,而其他部位按铰接算。
四、加固措施
1、封缝处理
先用钢丝刷清除裂缝表面的灰尘、浮碴及松散物,确定需要封闭的范围,用气压0.2MPA的压缩空气清除缝内浮尘,用工业丙酮将裂缝刷洗干净。沿清理好的缝涂一层环氧树脂胶留出埋设灌浆底座的位置,待胶干后用树脂胶埋设灌浆底座。灌浆材料选用一灌浆材料,在干燥或潮湿环境下固化具有收缩性小、强度高、韧性好、可灌性好等特点,浆液配比均有说明。
施工顺序先将配制好的浆液吸人软管,装好注浆器,逐孔灌浆,如单孔不足可取下灌浆器补充后再继续灌注,灌后及时堵死灌浆孔。灌浆完毕待树脂初凝后凿除灌桨底座,并用环氧树脂胶封缝.
2、盖梁加固
盖梁侧面粘贴的钢板应预先设计尺寸裁出备用,在盖梁侧面放出粘钢位置大样用切割机沿边线切割砼深1CM,然后用钢钎凿毛,剔出带槽，在剔好的槽内按设计锚固间距钻孔,空乓机吹净孔内粉尘后用配好的环氧树脂在孔内植人螺栓。根据盖梁预埋螺栓情况确定钢带钻孔位置,用角磨机对钥板猫合面除锈并打出横纹猫结前用丙酮对钢板猫结面及硷表面进行擦拭,以去除灰尘及油渍。硅表面用毛刷涂一道环氧胶液,钢板翁结面涂抹配好的环氧砂浆,砂浆涂抹宜中厚外薄,均匀一致,然后对准孔位粘合到硅表面。钢板粘好后立即紧固螺母,交替间隔紧固,同时不断轻敲钢板使砂浆扩散,排出气泡,使钥板平整,浆体饱满密实。粘完钢板30H后,用小锤轻敲钢板表面,判断密实程度如钢板猫结面小于此应剥下重粘。钢板猫结合格后应及时刷防锈漆。钢板的环氧砂浆固化后,支立模板在盖梁底部浇筑环氧砂浆。环氧硷应浇筑密实,与原硅结为一体。
3、桥墩加固处理
设计要求桥墩侧面裂缝封缝后先在侧面纵向粘贴两层碳纤维片,再环向粘贴两层碳纤维片。碳纤维片与其他加固方法相比具有高强、耐腐蚀、不增加构件自重、便于施工等特点。加固前对加固桥面进行交通控制,尽可能对加固构件卸荷对加固底面的硅表层出现的剥落、空鼓、腐蚀等部位应先凿除,用角磨机、砂纸等除去硷表面的浮浆、油污,构件表面打磨平整,转角处打成圆弧状。硅表面清理干净并保持干燥。将底层树脂均匀刷于硷表面,待固化后以指触干燥为准,再将构件表面凹陷部位用找平胶填平。浸润胶调好后均匀涂于待粘贴部位,将裁好的碳纤维片粘于构件上用滚筒反复滚压去除气泡,将浸润胶充分浸透碳纤维片,待碳纤维片表面指触干燥后可进行下一层的粘贴。在最后一层碳纤维片表面均匀涂抹浸润胶。碳纤维片端部用横向碳纤维片固定。碳纤维片与硷的粘结质量可用手压碳纤维片表面的方法检查,总有效面积不应小于95%,当空鼓面积小于10000MM2时,可用针管注胶的方法进行修补,当空鼓面积大于10000MM2时应将空鼓部位的碳纤维片切除重新搭接等量的碳纤维片,搭接长度不应小于100MM。加固后的碳纤维片表面应涂一层水泥漆进行保护。
五、结束语
总之,公路桥梁加固技术是二十一世纪公路桥梁施工领域发展速度最快、用途最广的一门科学技术。然而加固施工工艺相对较复杂，要求桥梁加固工程取长补短,不仅延长了原桥的使用寿命,同时还增强了原桥的承载能力。因此,加速我国旧桥加固或改造技术的研究,不仅能更好地、及时地为现代交通运输服务,而且能为国家带来巨大的经济效益和社会效益。
