桥台外包加固技术及工程应用
2015-06-09
1 引言
桥台的加固方法有很多种，应用较为广泛的方法有加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法、粘钢加固法、玻璃钢加固法、喷射混凝土技术。
国内外的很多科研机构对上述加固方法都已经进行了大量的研究工作，并且大都用于实际工程。然而，这些加固方法都有一定的缺陷，除去带有共性的化学腐蚀问题外，像粘钢加固法、加大截面法等，还会增加构件自重、节点不易处理、施工难度大、中断交通等。因此，在对现有成熟加固方法的基础上，不断探索更有效、合理、经济的加固方法和加固材料逐渐成为桥梁领域的研究热点。
2 外包混凝土加固法
2.1概念
外包混凝土加固法又称增大截面加固法，它是通过增大构件的截面和配筋，以提高构件的强度、刚度、稳定性并减小裂缝宽度。对于梁桥、拱桥、刚架桥、墩、台、基础等，在条件许可的情况下均可采用该方法加固。根据被加固构件的受力特点，综合考虑施工方便，可以设计为对构件单侧、双侧或三侧加固，以及四周外包加固。外包混凝土将使原结构增加一部分恒载重量，因而在拟定外包混凝土尺寸时，应同时考虑外包构件以下的结构承载能力是否足够，这是外包混凝土方案是否成立的前提。
2.2 设计要点
外包混凝土加固可分为三种类型:一是以加大混凝土受力面积为主要目的的加固;二是以加配受力钢筋为主要目的的加固;三是两者同时兼有的加固。第一种类型的加固位置应放在构件的受压区以提高受压区高度，或加固在墩台周边以提高墩台的稳定性。第二种类型的加固位置应放在构件的受拉区、受剪区，也可加固在受压区。
考虑到原结构的徐变已基本完成，因而新包混凝土的徐变问题在设计中应引起足够的重视。在设计中应对混凝土材料和加载龄期进行控制，保证新包混凝土的强度等级应高于原构件的混凝土强度等级。另外，在外包混凝土中应增大受力钢筋量，使之能够有效地减小混凝土徐变。
原有桥梁在外包混凝土加固后，力学特性呈现叠合梁(或组合梁)的特点。在同等弯矩作用下，二次受力叠合梁的受拉钢筋应力、混凝土应力、挠度、裂缝宽度等均与相同截面和配筋的一次受力整浇梁有很大的不同。例如，二次受力叠合梁在第一次受力时是由叠合前的原混凝土和钢筋受力，而在第二次受力时，却是由叠合后的全截面共同受力。因而外包部分的钢筋和混凝土的受力相对较小。
2.3 构造规定
采用外包混凝土加固桥梁时，一般情况下应符合以下规定。
(1)新浇混凝土的最小厚度不应小于40 mm，用喷射混凝土施工时不应小于50 mm，采用混凝土补强的受压区新浇混凝土厚度不应小于150 mm，且原混凝土表面应凿成凹凸深度不小于6 mm的粗糙面。
(2)配制混凝土用的石子宜用坚硬耐久的卵石或碎石，其最大粒径不宜大于20 mm。
(3)结合面的连结钢筋面积不应小于结合面面积的012%，否则应植筋加强。
(4)当采用钢筋补强时，纵向受力钢筋的直径不宜小于16 mm;封闭式箍筋直径不宜小于10 mm，U形箍筋直径宜与原有箍筋直径相同。
(5)当采用型钢和钢板补强时，应将其和原结构的钢筋进行连结，或采用锚栓与原结构联系，切实保证力的有效传递和能够参与原结构共同受力。
(6)加固的受力钢筋与原构件的受力钢筋间的净距不应大于20 mm，并应采用短筋焊接连接;
3 工程实例
3.1 工程概况
本工程始建年不详，于1972年对原上部结构进行了更换。更换后的上部结构形式为： 5×12.6m工字型简支钢筋混凝土梁，无横隔板，采用油毛毡放置在墩台顶；桥面板为预制微弯板，桥面铺装为5cm沥青路面；下部结构为：重力式墩、台，采用浆砌料石；基础均为扩大基础，采用浆砌料石。桥面布置为0.50m(护栏)+6m（行车道）+0.50m(护栏)。原设计荷载为汽-15，拖-60。
3.2 桥梁病害
该桥因修建年代较远，重载车辆多等原因，栏杆、桥墩基础、桥台和桥面铺装等主要部位或构件产生多种病害，严重影响正常使用，危及桥梁安全。桥梁技术状况评定等级为三类桥：
(1)桥面系：
a.该桥为简支结构，桥面系未设置伸缩缝或连续构造措施，采用连续铺装，导致在每跨的墩或台顶处桥面铺装出现横向开裂，桥面铺装其余部位也有较严重破损；
b.防撞护栏裂缝多而宽，多处出现混凝土大面积脱落、局部掉角，局部护栏缺失；
c.未见桥面泄水孔，桥面排水不畅；
d.原桥未见在桥台处设置伸缩缝，主梁纵向变形受限；
(2)墩台：
a.两侧桥台前墙与侧墙连接处出现较宽竖向裂缝，前墙外鼓，桥台台身台体砂浆脱落、砌体片石松动， 浆砌勾缝破损：
b.两侧台体体内及台背土体产生空洞或塌陷，侧墙变形严重；
c.桥台锥坡缺失；
d.桥墩基础存在局部冲刷现象，墩身少量勾缝破损；
3.3 加固原则
由于本桥缺少基本设计资料，依据桥梁结构理论计算及桥梁技术状况调查结论，按以下原则对桥梁进行加固设计：
(1)通过维修加固补强，维持原荷载设计标准，满足桥梁使用要求；
(2)消除桥梁现有病害，提高其耐久性；
(3)使改造后的桥梁达到一、二类桥梁要求。
3.4 加固方法
(1)桥面加铺整体钢筋混凝土层。将原有5cm沥青混凝土桥面铺装全部凿除，铺设10cm整体防水混凝土层。混凝土层中设置单层钢筋网。通过梁顶面浇筑整体化钢筋混凝土层，增大结构截面尺寸，提高结构的整体刚度和承载力；由于是防水混凝土，可防止雨水渗漏，避免钢筋锈蚀，提高结构的耐久性；
(2)原桥面未设置人行道，两侧仅设置50cm栏杆，将原有栏杆拆除改为人行道，两侧加宽25cm作为栏杆；
(3）各桥墩基础均采用外包混凝土法进行加固，加固完成后原基础基底注浆；
(4）桥台前墙及部分侧墙采用外包混凝土法进行加固；
(5)台后填土为密实度达95%以上的砂性土；
(6) 在一侧桥台设置1道简易伸缩缝；
(7)桥面增设泄水管，保证排水畅通；
(8)其他维修项目
l主梁混凝土表面缺陷处治；
l浆砌构件修补：对桥梁结构浆砌破损部位进行局部修补；
l对于桥梁结构中的辅助构件以及未发现病害的构件，应酌情予以处理。
3.5 加固主要材料
(1)混凝土
桥面改造采用C40防水混凝土，抗渗等级S6；
桥墩、桥台外包加固采用C30混凝土；
人行道、栏杆采用C25混凝土。
(2)钢材
普通钢筋：直径≥12mm的钢筋采用HRB335钢筋，直径≤10mm的钢筋采用R235钢筋。钢筋应符合有关规范的要求。
(3)伸缩缝
D80型简易橡胶伸缩缝。
3.6 加固施工顺序
a.桥墩基础维修加固；
b.台后填土换填，台身浆砌维修；
c.台身外包混凝土加固；
d.桥台锥坡施工；
e.拆除原有栏杆，浇注桥面混凝土整体层；
f.安装人行道板、伸缩缝、护栏及泄水管。
4 结论
该桥加固维修后营运至今4年多，结构刚度及耐久性状况良好，这进一步验证了本文采用的外包混凝土加固的方法是成功的。同时，桥梁病害复杂多样．影响桥梁承载能力的因素很多，在进行加固设计时要抓住主要矛盾，确定加固方案，在实施过程中必须认真执行相关标准、规范，严把质量关，这样才能收到预期的效果。
