橋臺外包加固技術(shù)及工程應(yīng)用
2015-06-09
1 引言
橋臺的加固方法有很多種，應(yīng)用較為廣泛的方法有加大截面加固法、外包鋼加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、粘鋼加固法、玻璃鋼加固法、噴射混凝土技術(shù)。
國內(nèi)外的很多科研機(jī)構(gòu)對上述加固方法都已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作，并且大都用于實(shí)際工程。然而，這些加固方法都有一定的缺陷，除去帶有共性的化學(xué)腐蝕問題外，像粘鋼加固法、加大截面法等，還會增加構(gòu)件自重、節(jié)點(diǎn)不易處理、施工難度大、中斷交通等。因此，在對現(xiàn)有成熟加固方法的基礎(chǔ)上，不斷探索更有效、合理、經(jīng)濟(jì)的加固方法和加固材料逐漸成為橋梁領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
2 外包混凝土加固法
2.1概念
外包混凝土加固法又稱增大截面加固法，它是通過增大構(gòu)件的截面和配筋，以提高構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性并減小裂縫寬度。對于梁橋、拱橋、剛架橋、墩、臺、基礎(chǔ)等，在條件許可的情況下均可采用該方法加固。根據(jù)被加固構(gòu)件的受力特點(diǎn)，綜合考慮施工方便，可以設(shè)計(jì)為對構(gòu)件單側(cè)、雙側(cè)或三側(cè)加固，以及四周外包加固。外包混凝土將使原結(jié)構(gòu)增加一部分恒載重量，因而在擬定外包混凝土尺寸時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮外包構(gòu)件以下的結(jié)構(gòu)承載能力是否足夠，這是外包混凝土方案是否成立的前提。
2.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)
外包混凝土加固可分為三種類型:一是以加大混凝土受力面積為主要目的的加固;二是以加配受力鋼筋為主要目的的加固;三是兩者同時(shí)兼有的加固。第一種類型的加固位置應(yīng)放在構(gòu)件的受壓區(qū)以提高受壓區(qū)高度，或加固在墩臺周邊以提高墩臺的穩(wěn)定性。第二種類型的加固位置應(yīng)放在構(gòu)件的受拉區(qū)、受剪區(qū)，也可加固在受壓區(qū)。
考慮到原結(jié)構(gòu)的徐變已基本完成，因而新包混凝土的徐變問題在設(shè)計(jì)中應(yīng)引起足夠的重視。在設(shè)計(jì)中應(yīng)對混凝土材料和加載齡期進(jìn)行控制，保證新包混凝土的強(qiáng)度等級應(yīng)高于原構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級。另外，在外包混凝土中應(yīng)增大受力鋼筋量，使之能夠有效地減小混凝土徐變。
原有橋梁在外包混凝土加固后，力學(xué)特性呈現(xiàn)疊合梁(或組合梁)的特點(diǎn)。在同等彎矩作用下，二次受力疊合梁的受拉鋼筋應(yīng)力、混凝土應(yīng)力、撓度、裂縫寬度等均與相同截面和配筋的一次受力整澆梁有很大的不同。例如，二次受力疊合梁在第一次受力時(shí)是由疊合前的原混凝土和鋼筋受力，而在第二次受力時(shí)，卻是由疊合后的全截面共同受力。因而外包部分的鋼筋和混凝土的受力相對較小。
2.3 構(gòu)造規(guī)定
采用外包混凝土加固橋梁時(shí)，一般情況下應(yīng)符合以下規(guī)定。
(1)新澆混凝土的最小厚度不應(yīng)小于40 mm，用噴射混凝土施工時(shí)不應(yīng)小于50 mm，采用混凝土補(bǔ)強(qiáng)的受壓區(qū)新澆混凝土厚度不應(yīng)小于150 mm，且原混凝土表面應(yīng)鑿成凹凸深度不小于6 mm的粗糙面。
(2)配制混凝土用的石子宜用堅(jiān)硬耐久的卵石或碎石，其最大粒徑不宜大于20 mm。
(3)結(jié)合面的連結(jié)鋼筋面積不應(yīng)小于結(jié)合面面積的012%，否則應(yīng)植筋加強(qiáng)。
(4)當(dāng)采用鋼筋補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，縱向受力鋼筋的直徑不宜小于16 mm;封閉式箍筋直徑不宜小于10 mm，U形箍筋直徑宜與原有箍筋直徑相同。
(5)當(dāng)采用型鋼和鋼板補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，應(yīng)將其和原結(jié)構(gòu)的鋼筋進(jìn)行連結(jié)，或采用錨栓與原結(jié)構(gòu)聯(lián)系，切實(shí)保證力的有效傳遞和能夠參與原結(jié)構(gòu)共同受力。
(6)加固的受力鋼筋與原構(gòu)件的受力鋼筋間的凈距不應(yīng)大于20 mm，并應(yīng)采用短筋焊接連接;
3 工程實(shí)例
3.1 工程概況
本工程始建年不詳，于1972年對原上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了更換。更換后的上部結(jié)構(gòu)形式為： 5×12.6m工字型簡支鋼筋混凝土梁，無橫隔板，采用油毛氈放置在墩臺頂；橋面板為預(yù)制微彎板，橋面鋪裝為5cm瀝青路面；下部結(jié)構(gòu)為：重力式墩、臺，采用漿砌料石；基礎(chǔ)均為擴(kuò)大基礎(chǔ)，采用漿砌料石。橋面布置為0.50m(護(hù)欄)+6m（行車道）+0.50m(護(hù)欄)。原設(shè)計(jì)荷載為汽-15，拖-60。
3.2 橋梁病害
該橋因修建年代較遠(yuǎn)，重載車輛多等原因，欄桿、橋墩基礎(chǔ)、橋臺和橋面鋪裝等主要部位或構(gòu)件產(chǎn)生多種病害，嚴(yán)重影響正常使用，危及橋梁安全。橋梁技術(shù)狀況評定等級為三類橋：
(1)橋面系：
a.該橋?yàn)楹喼ЫY(jié)構(gòu)，橋面系未設(shè)置伸縮縫或連續(xù)構(gòu)造措施，采用連續(xù)鋪裝，導(dǎo)致在每跨的墩或臺頂處橋面鋪裝出現(xiàn)橫向開裂，橋面鋪裝其余部位也有較嚴(yán)重破損；
b.防撞護(hù)欄裂縫多而寬，多處出現(xiàn)混凝土大面積脫落、局部掉角，局部護(hù)欄缺失；
c.未見橋面泄水孔，橋面排水不暢；
d.原橋未見在橋臺處設(shè)置伸縮縫，主梁縱向變形受限；
(2)墩臺：
a.兩側(cè)橋臺前墻與側(cè)墻連接處出現(xiàn)較寬豎向裂縫，前墻外鼓，橋臺臺身臺體砂漿脫落、砌體片石松動， 漿砌勾縫破損：
b.兩側(cè)臺體體內(nèi)及臺背土體產(chǎn)生空洞或塌陷，側(cè)墻變形嚴(yán)重；
c.橋臺錐坡缺失；
d.橋墩基礎(chǔ)存在局部沖刷現(xiàn)象，墩身少量勾縫破損；
3.3 加固原則
由于本橋缺少基本設(shè)計(jì)資料，依據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)理論計(jì)算及橋梁技術(shù)狀況調(diào)查結(jié)論，按以下原則對橋梁進(jìn)行加固設(shè)計(jì)：
(1)通過維修加固補(bǔ)強(qiáng)，維持原荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，滿足橋梁使用要求；
(2)消除橋梁現(xiàn)有病害，提高其耐久性；
(3)使改造后的橋梁達(dá)到一、二類橋梁要求。
3.4 加固方法
(1)橋面加鋪整體鋼筋混凝土層。將原有5cm瀝青混凝土橋面鋪裝全部鑿除，鋪設(shè)10cm整體防水混凝土層?；炷翆又性O(shè)置單層鋼筋網(wǎng)。通過梁頂面澆筑整體化鋼筋混凝土層，增大結(jié)構(gòu)截面尺寸，提高結(jié)構(gòu)的整體剛度和承載力；由于是防水混凝土，可防止雨水滲漏，避免鋼筋銹蝕，提高結(jié)構(gòu)的耐久性；
(2)原橋面未設(shè)置人行道，兩側(cè)僅設(shè)置50cm欄桿，將原有欄桿拆除改為人行道，兩側(cè)加寬25cm作為欄桿；
(3）各橋墩基礎(chǔ)均采用外包混凝土法進(jìn)行加固，加固完成后原基礎(chǔ)基底注漿；
(4）橋臺前墻及部分側(cè)墻采用外包混凝土法進(jìn)行加固；
(5)臺后填土為密實(shí)度達(dá)95%以上的砂性土；
(6) 在一側(cè)橋臺設(shè)置1道簡易伸縮縫；
(7)橋面增設(shè)泄水管，保證排水暢通；
(8)其他維修項(xiàng)目
l主梁混凝土表面缺陷處治；
l漿砌構(gòu)件修補(bǔ)：對橋梁結(jié)構(gòu)漿砌破損部位進(jìn)行局部修補(bǔ)；
l對于橋梁結(jié)構(gòu)中的輔助構(gòu)件以及未發(fā)現(xiàn)病害的構(gòu)件，應(yīng)酌情予以處理。
3.5 加固主要材料
(1)混凝土
橋面改造采用C40防水混凝土，抗?jié)B等級S6；
橋墩、橋臺外包加固采用C30混凝土；
人行道、欄桿采用C25混凝土。
(2)鋼材
普通鋼筋：直徑≥12mm的鋼筋采用HRB335鋼筋，直徑≤10mm的鋼筋采用R235鋼筋。鋼筋應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范的要求。
(3)伸縮縫
D80型簡易橡膠伸縮縫。
3.6 加固施工順序
a.橋墩基礎(chǔ)維修加固；
b.臺后填土換填，臺身漿砌維修；
c.臺身外包混凝土加固；
d.橋臺錐坡施工；
e.拆除原有欄桿，澆注橋面混凝土整體層；
f.安裝人行道板、伸縮縫、護(hù)欄及泄水管。
4 結(jié)論
該橋加固維修后營運(yùn)至今4年多，結(jié)構(gòu)剛度及耐久性狀況良好，這進(jìn)一步驗(yàn)證了本文采用的外包混凝土加固的方法是成功的。同時(shí)，橋梁病害復(fù)雜多樣．影響橋梁承載能力的因素很多，在進(jìn)行加固設(shè)計(jì)時(shí)要抓住主要矛盾，確定加固方案，在實(shí)施過程中必須認(rèn)真執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，這樣才能收到預(yù)期的效果。
