橋梁下部結(jié)構(gòu)承臺加固設(shè)計驗(yàn)算與施工驗(yàn)證
2016-03-23
0 前言
從橋梁加固的部位來分，橋梁可分為上部結(jié)構(gòu)加固、下部結(jié)構(gòu)加固。橋梁下部結(jié)構(gòu)加固常用方法有：擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法、高壓旋噴注漿加固法、鋼筋混凝土套箍及外包鋼板等。需要說明的是，這些加固方法的應(yīng)用有的并不是單一的，必須根據(jù)實(shí)際情況來選擇加固的方法或者相互結(jié)合使用，并且在這些方法的使用之前，必須先將橋梁的裂縫、麻面等病害處理完之后方才進(jìn)行加固。
我國橋梁設(shè)計載重標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了標(biāo)準(zhǔn)由低到高的發(fā)展過程，原先設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)較低，加上日益增漲的交通量，船體噸數(shù)越來越大，內(nèi)陸河千萬噸級船越來越多，造成對下部結(jié)構(gòu)，尤其是橋墩承臺相當(dāng)大的破壞，一大批橋梁出現(xiàn)不同程度的病害，結(jié)構(gòu)老化、破損、變形較大、開裂現(xiàn)象嚴(yán)重，承臺的持荷能力明顯下降，有相當(dāng)一部分成為危橋，我國的橋梁安全狀況不容樂觀。
1 承臺加固設(shè)計參數(shù)調(diào)查
橋?qū)偕钏罂鐦颍L1264.98m。上部結(jié)構(gòu)為9×25m預(yù)應(yīng)力混凝土T型準(zhǔn)連續(xù)梁+35.4m+11×50m+35.4m預(yù)應(yīng)力混凝土箱型連續(xù)梁+17×25m預(yù)應(yīng)力混凝土T型準(zhǔn)連續(xù)梁，全橋分為5聯(lián)，部分墩為水中墩；下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土雙柱橋墩，墩柱及樁基之間以承臺連接，橋臺為肋型，下設(shè)承臺。承臺平面尺寸為6.4×5.2米，高2米，每個承臺下設(shè)4根直徑為φ1.5m的鉆孔樁，承臺底位于沖刷線以上，屬于高樁承臺。
橋下航道現(xiàn)在通行船舶在3000t，遠(yuǎn)大于設(shè)計五級航道標(biāo)準(zhǔn)，承臺多次受到撞擊，影響橋梁安全。
河道內(nèi)的承臺均有被船撞擊的痕跡，部分承臺最為嚴(yán)重，最大裂縫寬度達(dá)8mm；漲潮時裂縫浸沒在海水中。下游側(cè)裂縫存在典型的剪切縫；上游側(cè)出現(xiàn)八字縫；現(xiàn)場檢測有開合情況，表明裂縫還在發(fā)展中。
2設(shè)計理論計算
第一節(jié)1m混凝土澆注支反力計算結(jié)果
承臺頂支反力計算，最大支反力為8.6t，考慮支點(diǎn)墊混凝土強(qiáng)度達(dá)10MPa、承臺支點(diǎn)設(shè)計面積不少于100cm2能滿足使用要求。為保證頂層2m高混凝土的澆注，各支點(diǎn)位置需植筋澆注支墊抬高不少于50cm。
考慮吊模受力的第二節(jié)2m高混凝土澆注計算
計算假設(shè)：①考慮側(cè)面植筋機(jī)械錨固剪力，并承擔(dān)第一節(jié)和第二節(jié)混凝土的重量；②不考慮新老混凝土粘結(jié)剪切受力；③不考慮承臺底部混凝土的直接粘結(jié)作用；④考慮底部1m高混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到50%。
進(jìn)一步假設(shè)新澆注的2m混凝土的重量不由側(cè)面植筋承擔(dān)，而由吊模承擔(dān)，偏保守考慮為吊模結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)。
2m混凝土的重量為56t，由外圍12根φ25的精軋螺紋鋼筋承擔(dān)，每根鋼筋重約7.3t（考慮1.5的不平衡受力系數(shù)），單根φ25精軋螺紋鋼的設(shè)計安全系數(shù)為3.2。
承臺上橫梁最大承壓支反力為8.5t。承臺上橫梁最大拉應(yīng)力為92MPa，最大位移9.8mm，小于允許值14.8mm，滿足使用要求。
不考慮植筋機(jī)械錨固剪力及吊模受力的第二節(jié)2m高混凝土澆注計算
計算假設(shè)：①考慮底部1m高混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到50%；②考慮新老混凝土粘結(jié)剪切受力，并承擔(dān)新澆注混凝土的重量；③不考慮側(cè)面植筋機(jī)械錨固剪力；④不考慮承臺底部混凝土的直接粘結(jié)作用。
采用C40普通混凝土澆注后2m加固段（流動性相對較小，側(cè)模壓力相對較?。?。頂部2m混凝土澆注時，承臺新老混凝土截面粗糙度為2mm―2.4mm時，底部1m高混凝土抗壓強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到50%（不少于3天強(qiáng)度）時。按式（1）進(jìn)行新老混凝土粘結(jié)剪切強(qiáng)度的上限計算
?。?）
其中：ft1/MPa為老混凝土的抗拉強(qiáng)度；ft2/MPa為新澆自密實(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度；fc/MPa為新澆自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度；當(dāng)粗糙度為2mm―2.4mm時，k2取為0.367。
計算新老混凝土粘結(jié)剪切強(qiáng)度的上限為2.5MPa,不考慮承臺底部混凝土的直接粘結(jié)強(qiáng)度和剪力鋼筋的作用，承臺外新老混凝土結(jié)合面抗剪合力為2900t，(下部1m+上部2m)混凝土的重量為95t，計算安全系數(shù)為30。
計算表明，后期2m高混凝土澆注是安全的。
結(jié)論
?。?） 按各種不利工況計算，第一節(jié)、第二節(jié)混凝土澆注時現(xiàn)有的吊模機(jī)構(gòu)滿足相關(guān)規(guī)范要求，14#橋墩承臺外包混凝土采用吊模施工是可行的；
?。?） 施工時，建議在迎潮側(cè)增加模板內(nèi)支撐鋼筋；建議第一節(jié)1m混凝土澆注側(cè)模底部固定于承臺底部橫縱梁上，頂部采用承臺植筋拉桿固定；吊模安裝時，先下置吊模安裝模板，再整體提升吊模至設(shè)計位置，最后錨固吊桿固定。
3總體施工步驟
考慮到吊模鋼筋混凝土施工的安全性和施工過程中操作難度的影響，擬采用在承臺頂面設(shè)置C40混凝土墊塊，墊塊頂面預(yù)埋20mm后鋼板。吊架鋪設(shè)型鋼梁與承臺底面型鋼梁，用25精軋螺紋鋼筋作為吊桿，底模采用木模，采用在型鋼梁上鋪設(shè)工字鋼作為支撐，承臺底面植筋與底面鋼筋網(wǎng)連接。側(cè)模采用原有鋼模板，上下層模板間夾木方，在承臺側(cè)模種植鋼筋與拉桿進(jìn)行焊接固定。側(cè)模采用現(xiàn)有鋼模與木方相結(jié)合的方式。
承臺上吊模支架下設(shè)支架墊塊墊于承臺之上，并連接拉桿。利用拉桿支撐進(jìn)行模板下部吊模支撐的安裝，之后按照模板拼裝圖進(jìn)行模板拼裝。至此，吊模系統(tǒng)構(gòu)建完成。
在承臺頂面按實(shí)際要求布置C40混凝土墊塊，尺寸為20*20*80cm，支撐墊塊頂面預(yù)埋20mm后鋼板，墊塊及預(yù)埋鋼板控制在同一水平面。混凝土墊塊澆筑須在承臺鋼筋綁扎前進(jìn)行。
安裝時先進(jìn)行承臺頂面型鋼梁平拼裝，用支座反力將型鋼梁固定，安裝精軋螺紋鋼拉桿，最后安裝承臺底面型鋼梁，調(diào)平至同一水平面。
底模安裝：為方便施工，底模全部采用木模進(jìn)行拼裝，木模下部支撐采用滿鋪鋼管，鋼管用拉桿與承臺底面植筋連接。側(cè)模安裝：側(cè)模采用承臺側(cè)面種植拉桿鋼筋與模板外側(cè)鋼管進(jìn)行錨固。
承臺外包混凝土澆筑分兩次進(jìn)行，第一次澆筑高度為95cm的C40自密實(shí)抗?jié)B混凝土，待2～3天后澆筑余下部分205cm高C40普通抗?jié)B混凝土。
4 結(jié)束語
本文提出的承臺吊模施工方案，有效的解決了承臺混凝土強(qiáng)度不足、鋼圍堰施工困難及施工空間狹小等困難，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)有效安全的目標(biāo)，為相關(guān)工況下橋梁加固提供了較多經(jīng)驗(yàn)。
隨著舊橋年限增大及車船標(biāo)準(zhǔn)提高，舊橋越來越不能適應(yīng)現(xiàn)代社會交通壓力，通過各種橋梁加固方法，可以延長橋梁的使用壽命，用少量的資金投入，使橋梁能滿足交通量的需求。
