淺談系桿拱橋加固施工技術(shù)
2015-06-01
1引言
系桿拱橋是梁、拱、板等組合而成的復(fù)合體系，因其造型優(yōu)美而廣泛應(yīng)用于橋梁工程當(dāng)中。我國早期建設(shè)的系桿拱橋，通常具有一定的歷史文化價值，不少橋在使用過程中, 由于橋梁修建時技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較低，加之交通量的迅猛增長、橋梁本身材料與結(jié)構(gòu)自然老化、以及使用環(huán)境變化，超重、超限車輛的破壞作用，其承載力很多已經(jīng)不足。采用適當(dāng)?shù)募庸碳夹g(shù)，恢復(fù)和提高舊橋的承載力及通行能力，延長橋梁的使用壽命及保持其歷史性和文化性，以滿足現(xiàn)代化物質(zhì)文化生活需要，具有重要意義。
2 鋼筋混凝土系桿拱橋病害
鋼筋混凝土系桿拱橋既會產(chǎn)生一般橋梁會出現(xiàn)的病害，也會因自身獨(dú)有結(jié)構(gòu)而出現(xiàn)比較獨(dú)特的病害。
2.1上部結(jié)構(gòu)（含橋面系）主要病害情況
?、俟袄邔儆谑軌簶?gòu)件，拱軸線變形；混凝土結(jié)構(gòu)拱肋產(chǎn)生裂縫，混凝土剝落、碳化嚴(yán)重，露筋或鋼筋銹蝕。
?、谙禇U產(chǎn)生裂縫，混凝土碳化嚴(yán)重，露筋或鋼筋銹蝕，預(yù)應(yīng)力系桿鋼絞線銹蝕或預(yù)應(yīng)力損失嚴(yán)重；預(yù)應(yīng)力系桿斷裂。桿防護(hù)不到位、鋼絞線銹蝕；吊桿頸縮、斷裂。
?、巯盗骸M梁產(chǎn)生裂縫，露筋或鋼筋銹蝕，預(yù)應(yīng)力鋼絞線銹蝕或預(yù)應(yīng)力損失嚴(yán)重。
?、軜蛎嬗袡M縱向裂縫、局部坑槽、橋頭跳車，伸縮縫部位裂縫發(fā)展。
⑤支座移位或銹蝕，照明、欄桿、排水等設(shè)施損害。
2.2 下部結(jié)構(gòu)主要病害情況
①橋墩、橋臺平面位移或沉降，混凝土產(chǎn)生裂縫，混凝土剝落、碳化嚴(yán)重，露筋或鋼筋銹蝕，混凝土強(qiáng)度降低。
?、诨A(chǔ)底部有沖刷、侵蝕及淘空。
?、塾捎谒蓜游灰啤⒊料莸仍蛟斐勺o(hù)坡頂高度下降狀況以及斷裂和破損狀況，河涌內(nèi)漂流物堵塞現(xiàn)象。
3鋼筋混凝土系桿拱橋加固常用方法
3.1 擴(kuò)大截面法
加大截面加固法也稱為外包混凝土加固法,是用增大混凝土結(jié)構(gòu)物的截面面積和配筋進(jìn)行加固的一種方法。加大截面加固法一般采用兩種方式:一種是加厚橋面板;另一種是加大主梁梁肋的高度和寬度。該法工藝簡單、適應(yīng)性強(qiáng),具有成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn),適用于較小跨徑的T梁橋或板橋的加固。采用此法加固后橋梁剛度明顯提高,承載能力也能取得較好的效果。但現(xiàn)場施工的濕作業(yè)時間較長,加固后的建筑物凈空有一定減小。
3.2 置換吊桿法
目前系桿拱橋吊桿更換采用的方法都是設(shè)置臨時構(gòu)件，將被更換吊桿的索力先轉(zhuǎn)移到臨時構(gòu)件上，再拆掉舊吊桿和安裝新吊桿，最后將臨時構(gòu)件上的力轉(zhuǎn)移到新吊桿上來。吊桿更換經(jīng)過索力由舊吊桿向臨時構(gòu)件上轉(zhuǎn)移再從臨時構(gòu)件上向新吊桿上轉(zhuǎn)移的兩次體系轉(zhuǎn)換。目前所使用的臨時構(gòu)件大致可分為臨時支架、臨時吊桿和臨時兜吊三種方法。
3.3 碳纖維材料加固
粘貼碳纖維增強(qiáng)塑料加固法采用專門的樹脂將碳纖維粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)受拉表面,與原結(jié)構(gòu)形成新的受力整體,與鋼筋共同承受荷載,降低了鋼筋應(yīng)力,從而使結(jié)構(gòu)達(dá)到加固和補(bǔ)強(qiáng)效果。此法幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重和截面尺寸,不改變凈空高度,施工方便,對原結(jié)構(gòu)幾乎不會造成新的損傷,具有良好的耐腐蝕性、耐久性和抗疲勞性能,根據(jù)受力分析可進(jìn)行多層粘貼進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),其方向性也可以靈活掌握。
4 梅江橋加固施工
4.1 工程概況
4.1.1 工程概況
廣東梅州市梅江橋始建于民國二十三年（1934年），位于梅州城區(qū)中心地段，北接?xùn)|門塘廣場，南接梅江大道，是連接梅城江北老城區(qū)與江南城區(qū)的重要橋梁之一，也是梅州市的標(biāo)志性建筑之一。由于梅江橋服役時間較長，橋梁各部分構(gòu)件均有不同程度的損傷，有些構(gòu)件甚至已退出工作，致使橋梁的整體結(jié)構(gòu)性能嚴(yán)重下降，橋梁的強(qiáng)度及剛度均不能滿足要求，存在嚴(yán)重的安全隱患。
梅江橋幾經(jīng)修繕，1966年曾進(jìn)行加固和擴(kuò)建，現(xiàn)梅江橋全長360m，主橋約226米，橋面寬度為12.08m，行車道橋面凈寬5.8m。梅江橋主橋?yàn)?1孔跨長19m～22m的下承式鋼筋混凝土系桿拱
橋，拱肋與吊桿均為混凝土構(gòu)造，吊桿為普通鋼筋。
4.1.2 加固方案
本次加固大修在維持原橋風(fēng)格的基礎(chǔ)上，采用加固拱肋和系梁、更換吊桿等技術(shù)措施，恢復(fù)橋梁的承載能力，并對橋梁損傷構(gòu)件進(jìn)行修補(bǔ)。
加固措施：對梅江橋引橋墩柱采用加大截面、板底采用粘貼碳纖維加固的方法進(jìn)行加固。主橋主要通過增大原橋拱肋及系梁的截面、更換原鋼筋吊桿為φ32預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼吊桿的方式進(jìn)行加固。拆除原30年代的拱肋欄桿，在原位安裝鋼桁架，并通過掛網(wǎng)批蕩恢復(fù)原來的形狀。在新增系梁的支座位置安裝剛性盆式支座，支座設(shè)計(jì)為三向受力支座，可以提供豎向承載力外，還提供豎向拉力、橫橋向的抵抗力，以解決漲水而引起的漂流物的撞擊力和水浮力引起的落梁問題。
4.2主要施工技術(shù)
4.2.1 下部結(jié)構(gòu)加固
梅江橋橋墩承載力充足并有一定的安全儲備，橋墩不需要進(jìn)行承載力的加固，僅進(jìn)行防沖刷保。施工時，放干西陽水電站蓄水以降低河水水位，便于對基礎(chǔ)周邊河床底進(jìn)行清淤處理。清淤后，在基礎(chǔ)周邊預(yù)埋混凝土灌漿管，待形成一定坡度后，采用預(yù)埋的混凝土灌漿管灌注水下不擴(kuò)散混凝土，最后形成基礎(chǔ)周邊河床的防沖刷保護(hù)層。
4.2.2 網(wǎng)架支架
施工支架是支撐橋梁的關(guān)鍵，本工程網(wǎng)架為橋面的施工提供平臺的同時亦是吊桿置換的臨時支架。為保證度汛安全及汛期前后的快速裝拆要求，施工支架采用鋼管柱加空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式。鋼管樁施工支架符合放水后河床的地質(zhì)條件（軟基），不易產(chǎn)生變形，防止突發(fā)洪水災(zāi)害造成支架損毀。為保證施工支架有足夠的強(qiáng)度及穩(wěn)定性，支撐前需對支架支頂位置處進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓力為單點(diǎn)250KN，一跨8點(diǎn)。
4.2.3 拱肋、系梁加固
梅江橋30年代拱肋下緣鋼筋銹蝕非常嚴(yán)重，全部進(jìn)行拆除。原30年代拱肋為中空的桁架式結(jié)構(gòu)，桁架腹桿間空隙為后期砂漿填充，并不受力，考慮種種因素，把30年代T型拱肋的翼緣加肋以下的部分拆除，拆除后重新澆筑新的拱肋截面，并使拱肋截面底面與30年代拱肋高度相同，并覆蓋60年代拱肋底面。施工時，拆除30年代拱肋的相應(yīng)部分后，先對60年代拱肋與新增截面接觸面混凝土進(jìn)行鑿毛、鑿槽處理，并在拱肋截面上植筋增加新舊混凝土間抗剪作用，在新增拱肋位置預(yù)埋預(yù)應(yīng)力管道與預(yù)應(yīng)力鋼筋。
系梁加固采用了擴(kuò)大截面法、植筋加固等多種方法。梅江橋加固過程中將30年代系梁部分拆除，拆除后在30年代系梁側(cè)新增系梁并與60年代系梁連接成整體。對新舊接觸面混凝土進(jìn)行鑿毛和鑿槽處理，并植抗剪鋼筋。在新增系梁位置預(yù)留預(yù)應(yīng)力孔道（原有人行道挑臂位置通過鉆孔后埋置鋼管，鋼管與混凝土間灌注環(huán)氧）。
4.2.4 植筋加固法
梅江橋加固工程中，系梁和拱肋都采用了植筋加固法，其施工工藝流程為：定位→鉆孔→清孔→鋼筋處理→配膠注膠→錨固鋼筋→固定養(yǎng)護(hù)→檢查驗(yàn)收。
植筋加固中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)要求：①清理原結(jié)構(gòu)：清除原基材表面松動雜物，混凝土表面溫度及濕度達(dá)到膠體的要求；②標(biāo)定孔位鉆孔：按照圖紙尺寸標(biāo)定孔位；③鉆孔：孔深與錨筋埋設(shè)深度相同，孔徑孔深宜按設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，孔位應(yīng)避讓構(gòu)造鋼筋，孔道應(yīng)順直。④清理鉆孔：孔道先用硬鬃毛刷清理，再以高壓干燥空氣吹去孔底灰塵、碎片和水分，孔內(nèi)應(yīng)保持干燥。⑤灌膠：將植筋膠由孔底灌注至孔深約2/3處，待插入錨筋后，膠即充滿整個孔洞（孔內(nèi)膠量以插入鋼筋后溢出少許為宜）。⑥插入錨筋：將鋼筋插入已注膠的孔并固定，確保植入深度，錨筋插入前應(yīng)清除插入部分的表面污物，若有新舊銹斑，應(yīng)用砂紙擦干凈；應(yīng)旋轉(zhuǎn)插到孔底，孔口多余的膠應(yīng)清除；污物應(yīng)先以鋼刷清除，再用丙酮擦凈，并予拭干。⑦在環(huán)氧材料完成固化過程之前，不得對結(jié)構(gòu)有較大擾動。植筋后12小時內(nèi)不得擾動鋼筋，若有較大擾動宜重新植筋。
4.2.5 吊桿置換
通過在拱肋、系梁增大截面部分預(yù)留管道，安裝精軋螺紋鋼預(yù)應(yīng)力吊桿。吊桿上端預(yù)埋在新增拱肋，下端在系梁底面作為張拉端。吊桿位置通過局部植抗剪鋼筋加強(qiáng)新舊混凝土之間的共同作用。
精軋螺紋鋼采用一端張拉方式：拱肋端預(yù)埋在新增拱肋混凝土內(nèi)，通過預(yù)埋管道延伸至新增系梁下部，施工時在系梁底部進(jìn)行張拉，張拉完成后進(jìn)行封錨。吊桿布置與30年代吊桿布置相同，每跨單側(cè)12根吊桿，每根吊桿為單根Φ32精軋螺紋鋼，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為930MPa。
吊桿更換施工采用臨時支架法，在系梁下設(shè)置網(wǎng)架支架，利用千斤頂，將作用在原吊桿上的力轉(zhuǎn)移到網(wǎng)架支架上，在吊桿卸載后，臨時支架代替被更換吊桿，支撐住橫梁而防止橫梁過大的變形，確保橋梁處于安全狀態(tài)。
吊桿預(yù)應(yīng)力張拉采用內(nèi)力和線形雙控制控制方法，在上部結(jié)構(gòu)全部施工完畢混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%后，單跨24根吊桿同時進(jìn)行。初張拉分二級進(jìn)行（均勻分配），二次張拉分三級進(jìn)行（均勻分配）。張拉過程中嚴(yán)格對梁體的撓度、60年代吊桿、新舊砼結(jié)合部位進(jìn)行監(jiān)控。
4.2.6 碳纖維布加固
工程項(xiàng)目中對原60年代系梁、拱肋、引橋部分采用了碳纖維加固方法。碳纖維片材采用300g/m2、0.167mm厚的碳纖維布。粘貼好后涂刷聚氨酯防護(hù)漆，施工時粘貼碳纖維布在鑿除30年代系梁前完成。
碳纖維布加固施工工藝：砼表面處理→涂刷底膠→構(gòu)件表面殘缺面修補(bǔ)→粘貼碳纖維→養(yǎng)護(hù)固化→表面涂裝。
粘貼碳纖維材料之前，首先應(yīng)確認(rèn)粘貼表面干燥，氣溫宜在-10℃以上，相對濕度RH≤85%。碳纖維材料運(yùn)輸、儲存、裁切和粘貼過程中應(yīng)注意保護(hù)：宜用鋼直尺與壁紙刀按規(guī)定尺寸切斷碳纖維材料，每段長度一般不超過6m，材料的裁切數(shù)量應(yīng)按當(dāng)天的用量裁切為準(zhǔn)。碳纖維縱向接頭必須搭接20cm以上。
4.2.7 裂縫處理
對結(jié)構(gòu)上、下部存在的所有可見裂縫進(jìn)行處理，對于裂縫寬度w<0.15mm且深度較小的細(xì)小裂縫可采用表面涂刷封閉膠進(jìn)行處理，對于裂縫寬度w≥0.15mm的裂縫采用高壓裂縫灌漿處理。裂縫灌漿膠采用無溶劑型改性環(huán)氧樹脂類灌注樹脂。施工時不得摻加任何溶劑，不得含有任何填料。
環(huán)氧樹脂灌縫處理流程：裂縫調(diào)查→裂縫處理→設(shè)置灌漿嘴→封縫膠封縫→封縫檢查→配置膠液→壓力注膠→固化→檢驗(yàn)。
施工要點(diǎn)：
?、倭芽p混凝土表面處理：用鋼絲刷反復(fù)刷裂縫表面左右4cm的混凝土直至表面浮漿脫落，用無油壓縮空氣除塵，用丙酮試劑擦洗表面。
②粘貼注入器底座：首尾各一個，中間按間距20～30cm布置，縫寬則疏，縫窄則密。在一條逢上必須有進(jìn)漿孔，排氣孔，出漿孔。
③裂縫表面封閉：用密封膠封閉裂縫表面，膠泥厚不小于lmm，寬度2～3cm。
?、苊芊鈾z查：從最下或左的進(jìn)漿孔輸入0.4 MPa無油壓縮空氣，相鄰或右孔排氣時逐個關(guān)閉所有閥門，再沿縫附近涂刷肥皂水檢漏；若有氣泡冒出說明該處漏氣，作好標(biāo)記。用裂縫表面封閉膠對漏氣的區(qū)域進(jìn)行封閉，待達(dá)到強(qiáng)度后再氣檢，如此反復(fù)直至不漏氣為止。
?、莅凑展?yīng)商提供的產(chǎn)品說明書要求配制裂縫灌注膠，用低速攪拌器攪拌均勻。
?、蘖芽p灌漿：用有恒壓作用的注入器自動灌注裂縫封閉膠，當(dāng)相鄰孔不夾氣冒膠時關(guān)閉該閥，逐一排氣冒膠關(guān)閥，直至最后一個閥。
?、叻饪诮Y(jié)束：待縫內(nèi)漿液達(dá)到初凝而不外流時可拆下灌漿嘴，再用封閉膠抹平封口。
4.3 加固后橋梁運(yùn)行效果
梅江橋加固工程于2008年10月中旬開始施工，2010年元旦開放通行。加固大修后的梅江橋消除了病害，結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，重新恢復(fù)了橋梁的使用功能，能夠滿足12座以下（含12座）客運(yùn)車輛、兩輪摩托車和自行車、行人通行的要求，并解決了管線架空懸掛等問題。梅江橋加固大修，最大程度地保留了結(jié)構(gòu)特色和建筑風(fēng)格，延續(xù)了其歷史性和文化性，取得了一定的經(jīng)濟(jì)和文化效益。
5 結(jié)語
本文通過梅江橋加固大修施工中采取的擴(kuò)大截面法、預(yù)應(yīng)力法、植筋法、粘貼碳纖維布法等多種方法實(shí)例，說明鋼筋混凝土系桿拱橋加固一般方法及其施工技術(shù)。舊橋檢測、評定與加固技術(shù)是一項(xiàng)既綜合復(fù)雜又在不斷發(fā)展和更新的技術(shù)，施工技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)也在不斷積累和探索中，其工藝的可靠性、可行性、合理性、耐久性等必須經(jīng)過反復(fù)的科學(xué)試驗(yàn)和實(shí)踐論證且需經(jīng)受時間的考驗(yàn)。通過大量實(shí)踐，進(jìn)一步探求其規(guī)律，不斷更新和發(fā)展加固技術(shù)，是工程技術(shù)人員不懈的追求。
