浅谈拱桥加固工程中气泡混凝土的应用
2015-05-20
镇西大桥是位于文成县百丈漈水库库区长镇线K5+962处的一座1×65m钢筋混凝土双曲拱桥，设计荷载为汽-15，挂-100，桥梁全长76.5m，桥面净宽4.7m，两侧2×0.3m栏杆，全宽5.3m，矢跨比1/8，三肋两波，主拱圈高度为1.3m，拱上设8个净宽为4.2m的腹拱。桥台为重力式桥台。该桥拱肋采用300#混凝土，拱波、拱板、均为200#混凝土，拱上立柱、盖梁、柱座均为250#混凝土。经桥梁特殊检查，结论为桥跨结构刚度和强度能够满足汽车-15的使用要求，校验系数都接近于1.0，结构的安全储备不大。结构在试验荷载作用下基本完全处于弹性工作状态，主要挠度测点的实测挠度值远小于挠度容许值，满足刚度要求。实测频率大于理论频率，填料对增加结构刚度有一定的效果，实测频率比理论频率为1.08，说明结构处于较好状态。结构阻尼比为0.39，属于小阻尼振动，结构振动衰减正常。实测冲击系数最大为1.18和1.21，均大于按照规范计算的理论冲击系数1.09，安全系数略微偏小为1.24，小于最小安全系数为1.40，结构的安全储备不大，综合评定等级为3类桥梁，需要进行加固。根据现有检测资料及现场勘察，针对桥梁目前存在的影响桥梁安全性、使用性、耐久性的主要病害有针对性的进行维修加固，确保桥梁原设计功能、增强安全性和耐久性，采取更换拱上填料，重建桥面系，拱上填料采用气泡混凝土换填。
一、气泡混凝土特点及公路工程应用情况
①气泡混凝土特点
气泡混凝土，是通过气泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。它属于气泡状绝热材料，突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化。气泡混凝土具有以下特点：
1）轻质性：干体积密度为300-1600KG/M3，相当于普通水泥混凝土的1/5～1/8左右，可减轻建筑物整体荷载。
2）整体性：可现场浇注施工，与主体结合紧密，不需留界隔缝和透气管。
3）低弹减震性：气泡混合轻质土的多孔性使其具有低的弹性模量，从而使其对冲击载荷具有良好的吸收和分散作用。
4）抗压性：抗压强度为0.6-25.0MPA。
5）耐水性：现浇气泡混合轻质土吸水性较小，相对独立的封闭气泡及良好的整体性，使其具有一定的防水性能。
6）耐久性：与主体工程寿命相同。
7）施工速度快：只需使用简单的机器可实现自动化作业，可实现800米的远距离输送，工作量为150—300M3/工作日。
8）环保性：气泡混合轻质土所需原料为水泥和起泡剂，起泡剂为中性，不含苯、甲醛等有害物质，避免了环境污染和消防隐患。
9）经济性：综合造价低。
②公路工程应用情况
公路工程主要在新建公路桥台背路基换填，以有效解决软基路段预压不充分遗留的工程沉降问题；在旧路改造的桥台背路基换填，可一次性彻底解决工后沉降引起的桥头跳车问题；在道路扩建中的加宽路基填筑，更好解决新旧路基差异变形问题，并可节省征地，避免拆迁；在山区陡峭路段的路基填筑，避免高填高挖带来的施工技术难题；以及用于地下大跨度结构工程的覆土减荷等以减轻荷重或土压等。
二、气泡混凝土实施效果
镇西大桥加固工程中更换拱上填料采用轻质高强的气泡混凝土，一方面能够减轻主拱圈所受荷载，另一方面还能够有效改善和加强桥面荷载的扩散效应，具体加固工程拱上恒载变化见下表：
可以看出，上部结构换填后，虽然桥面结构厚度加强，导致恒载的增加，总体拱上恒载整体上还是减少了107T，均匀的减少拱上自重，尤其是拱上填料采用气泡混凝土就减少了150T，气泡混凝土施工工艺及质量管理简单可控，最大的好处是带来主拱圈内力减少，提高桥梁的承载能力。本桥上部结构换填约150立方米，相比换填普通砼C10单价成本约增加80元/每立方米计1.2万元，顶部增加钢筋网计0.8万元，镇西大桥全长76.5m，桥面净宽4.7m，桥面面积350平方米仅增加投入2万元经费，实施完成后满足原设计标准，采用气泡混凝土拱上填筑对于拱桥加固具有一定推广意义。
