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【摘 要】公路旧桥的维修加固同样属于桥梁工程,不能重建轻养,旧桥的加固比新建还难,因为旧桥的维修加固,没有现成的规范,更没有可供使用的标准图,桥梁的病害又错综复杂,病害原因又难以确定。因此,应充分重视公路旧桥的管理工作,加大资金投入,使其保持良好的工作状态,确保公路运输的安全。
【关键词】公路旧桥;加固与管理
随着我国社会经济和交通运输事业的快速发展,过去六、七十年代修建于各地城镇和各级公路上的桥梁,负担着十分沉重的交通荷载及繁重的交通量。在寒冬酷暑、暴雨烈日、洪水冲刷、车辆撞击的多年影响下,使得为数众多的桥梁,发生了各种大小不一的病害,如桥面破损、栏杆断裂、伸缩缝损坏、桥头跳车、梁板或拱体裂缝、砼剥落、钢筋钢索锈蚀、墩台断裂位移、挡墙倾斜错位、锥坡下挫坍塌、墩台基底冲空、桥头路基冲塌、河床护底冲翻以及河道被冲刷严重变迁而危及桥头路基等,已经破坏了桥梁的良好状态。这种不良状态,除将大大缩短桥梁的使用寿命之外,有的已经威胁着过往人车的安全而成为危桥,成了政府、管理部门和人民群众关注的大事。
这些桥梁具有荷载等级低、使用年久的特点。从技术资料分析,大多数桥梁是三不知:一不知基底地质;二不知基础深度;三不知隐蔽部分的尺寸。从技术状况分析,大多数桥梁属:一是由于河床屡遭洪水冲刷,河床底部加深,桥梁墩台基础外露、冲空,产生不均匀沉降,导致桥台、拱圈产生附加应力而出现开裂,有的甚至出现裂缝;二是有的桥梁由于桥台较高,受行车及台后土压力的作用,桥台出现开裂、凸肚等病害;三是桥面混凝土铺装层由于使用时间长加之重车作用,导致开裂、剥落等病害。
随着国民经济的发展,目前公路桥梁所承受的荷载有两个特点:1交通量不断增大;2重型车辆增加及超载现象严重。旧桥加固,提高旧桥的承载能力,确保交通运输的安全是目前和今后面临的任务。自2004年以来,我多次完成旧桥加固及大中型危桥的维修加固监理工作,在公路旧桥加固和管理方面取得一些经验,本文按桥梁的组成部分介绍桥梁的加固方法。
一、旧桥上部结构加固技术
(一)桥面补强层加固法
在梁顶上加铺一层钢筋混凝土层。一般先凿除旧桥面,在主梁竖向增设连接筋,铺设钢筋网片,和主梁连接筋焊接形成整体,改善桥梁荷载横向分布能力,从而达到提高桥梁的承载能力的目的。今年监理的G211线马岗子桥就属于此类加固方法,原桥面为柔性桥面,整体性差,容易产生横向位移。本次加固采取拆除旧桥面板,换为钢筋混凝土连续桥面板,提高桥面的整体受力能力。
(二)增大截面和配筋加固法
当梁的强度、刚度、稳定性和抗裂性能不足时,通常采用增大构件截面、增大配筋、提高配筋率的加固方法,这种方法是在梁底面或侧面加大尺寸、增配主筋、提高梁的有效高度和抗弯强度,从而提高桥梁的承载力。该法广泛用于拱桥及拱桥拱肋的加固。
(三)锚喷砼加固法
借助高速喷射机械,将新砼混合料连续的喷射到已锚固好钢筋网的受喷面上,凝结硬化面形成钢筋混凝土,从而增大桥梁的受力断面和补强钢筋,加强结构的整体性,使其能承受更大的外荷载作用。
(四)粘贴钢板加固法
当交通量增加,主梁出现承载力不足或出现严重腐蚀的情况时,梁板桥的主梁会出现严重的横向裂缝。采用粘结剂及锚栓,将钢板粘贴锚固在混凝土结构的受拉缘或薄弱部位,使其与结构形成整体,以钢板代替增设的补强钢筋,达到提高梁的承载力的目的。这种加固方法特点是:
1、需要破坏被加固原结构尺寸。
2、施工工艺简单,施工质量较容易控制。
3、施工工期短。G211线马岗子桥横隔梁存在破损,考虑此路线交通量大、超载车辆多的原因,对T梁进行加固。加固方法是在T梁肋底粘贴碳纤维布,同时使用环氧砂浆找平修补横隔板,达到一定程度后在横隔板上粘贴钢板。
(五)增设纵梁加固法
在墩台地基安全性能好,并具有足够承载力的情况下,可采用增设承载力高和刚度大的新纵梁,新梁与纵梁相连接,共同受力。由于荷载在新增主梁后的桥梁结构中重新分布,使原有梁中所受荷载得以减少,由此使加固后的桥梁承载力和刚度得到提高。为保证新旧砼能够共同作用,必须注意做好新旧梁之间的横向连接。
(六)拱圈增设套拱加固法
在原主拱圈腹面下增设一层新拱圈,即紧贴原拱圈底面上,浇注或锚喷混凝土新拱圈,外形上就像是在原拱圈下套做了一个新拱圈。2008年监理的G309线K1590+165上柳沟桥加固工程采用的就是此类方法。具体方法是:先从拱圈下面支满堂架及人行便桥,将定制的钢模板按横向每1.5米安装。然后从桥面钻孔,孔径10cm,孔位间距1m呈梅花型布设,同时加工焊接钢筋网片,从孔的位置插入提前备好的螺杆,螺杆一头用钢板焊接,一头和钢筋网片焊接。最后,从桥的一侧横向向另一侧浇筑C30混凝土,浇注1m混凝土,安装1.5m的钢模板,直至浇筑结束。
二、旧桥下部结构加固技术
(一)扩大基础加固法
此法适用于基础承载力不足或埋深太浅,而墩台又是砖石或砼刚性实体式基础时的情况。扩大基础底面积应由地基强度验算确定。
(二)增补桩基加固法
当桥梁墩台基底下有软卧层时,墩台发生沉陷;对此采用增补桩基加固法是一种常用而且有效的方法。这种方法是:在桩式基础的周围补加钻孔桩等,以此提高基础的承载力,增强基础的稳定性。
(三)钢筋砼套箍或护套加固法
当桥梁墩台由于基础埋深不够,或因施工质量控制不严等原因,导致墩台开裂时,有时会出现贯通裂缝,可采用钢筋砼围带或钢箍进行加固。
(四)桥台新建辅助挡土墙加固法
由于桥台台背水平土压力过大,引起桥台倾斜,应在台背之后加建一挡墙,以抵御过大的土压力。 三、旧桥加固的常用方法
(一)塞缝灌浆是一种综合普用的方法
塞缝灌浆是按一定比例配制的水泥(砂)浆、环氧树脂(砂)浆,通过喷浆机按一定压力灌入结构物缝隙内,起到填塞裂缝、避免钢筋锈蚀并提高结构整体强度的作用。裂缝在桥梁病害中较为普遍,产生裂缝的原因很多,也很复杂。结构物一旦出现裂缝,其受力截面发生应力重分布,也就意味着受力有效截面变小,结构应力增大,承载能力降低。塞缝灌浆是用胶结材料把结构的裂缝填满,使力的作用、传递尽可能恢复到原来的状态。塞缝灌浆一般用于处理桥梁上、下部结构裂缝,灌浆分为水泥浆、水泥砂浆、环氧树脂浆、环氧树脂砂浆等,具体采用哪一种,应视实际情况而定。通常水泥(砂)浆用于石砌墩、台和拱圈裂缝,由裂缝的大小来决定灌浆中是否掺砂,采用水泥(砂)浆造价低,效果好。环氧树脂浆一般用于钢筋混凝土结构物,因为钢筋混凝土构件产生的裂缝较小,易灌满,粘结性好;环氧树脂砂浆多用于桥面裂缝。塞缝灌浆的通常做法是:先用1:1水泥砂浆勾缝,勾缝时须预留直径约6~8mm的灌浆孔,孔距视裂缝宽度而定,缝宽处孔距为0.6~1.0m,缝小处孔距为0.4~0.6m。待勾缝砂浆达到一定强度后即可灌浆。钢筋混凝土梁的裂缝较小,用环氧树脂勾缝,凡大于2mm的裂缝都要留孔灌浆,孔距一般为0.25~0.30m,灌浆方法与灌水泥浆大致相同。在公路旧桥加固中,塞缝灌浆是综合处治的方法之一,用得比较普遍,通过试载及使用观察,效果较好。
(二)上部结构加固
上部结构加固改建在调查研究旧桥的基础上,经过技术、经济比较,采用充分利用原桥进行拼宽,利用桥台将拱式结构改为梁式结构的加固方法,使其满足超载运输要求。
1、拼宽原桥对验算不能满足超限运输要求的旧桥,经技术经济比较后,按实际通过的超限运输荷载设计拼宽桥梁,以确保超限运输安全。如2007年监理的合固路K6+160石拱桥和2008年监理的柔太路太东段K0+820石拱桥加固就是采用这种方法加固的。拆除石拱桥拱顶上面的栏杆、铺装层等,在石拱桥的拱顶增设纵梁三榀,每隔2m间距增设横梁一榀,纵、横梁长度符合设计要求。这种方法由于荷载在新增主梁上重新分布,减轻了拱圈的受力荷载,又起到桥梁加固、加宽的作用。
2、利用原桥台改拱式结构为梁式结构,由于拱圈厚度不能满足超限运输要求或因地基较差发生不均匀沉降,致使拱圈开裂,降低承载能力,可采用此方法。2007年监理的合固路K19+365处马莲坡桥,为一孔20m的混凝土拱桥,原桥由于施工原因修建成不到4年从拱顶处产生横向裂缝,缝宽最大处5cm,成为危桥,人车不能从桥上通过。此桥又是固城、大山门两个乡13个行政村群众的必经之路。我们就采用起拱线下部不变,上部加固的方法。将原桥拆除至起拱线,然后浇筑桥台至设计标高,同时预制20m的钢筋混凝土T梁,很快就完成了施工任务,得到了当地群众的称赞。
采用以上两种方法加固的桥涵,通过试载及重车通行,加固效果较好。
(三)加固桥梁基础特别是天然地基上的浅基础
由于埋置深度较浅,易受河水冲刷而被掏空,导致桥台基础冲空,引道被毁,桥梁地基局部软弱,致使桥台发生不均匀沉降,引起桥台开裂等。针对以上病害,我们采取对河床用浆砌片石进行铺砌,上游河床设置丁坝,打木桩扩大桥台基础等方法进行加固。
1、防治桥台基础冲刷对于跨径较小的桥梁,由于河水改道,洪水直接冲刷桥台基础,导致基础冲空甚至掉脚 ,可采取在桥跨范围内满铺15号片石混凝土的方法进行加固,铺砌厚度为30㎝,铺砌两端设置截水墙,截水墙的深度为1m,宽度为0.6m 。对于桥梁上游河床变迁、水流改道,洪水直接冲刷桥台基础和桥台引道,导致桥台基础冲空、引道被毁的桥梁,采取在桥梁上游适当位置设置丁坝等调治构造物,将河水导入主河道。
2、扩大基础加固法。具有做法:(1)挖除桥台前的淤泥,深度与原基础高度相同;(2)在基底打入4m长的木桩,木桩按梅花型布置;(3)在木桩顶铺垫25cm厚的碎石;(4)浇筑20号混凝土基础,新旧基础间采用锚固钢筋联系,使其共同受力。
四、公路旧桥的管理
加强公路旧桥的管理并进行维修和加固,使其处于正常的工作状态,充分发挥旧桥的作用,是公路管理部门的一项长期而艰巨的任务。旧桥的超限运输管理工作,具有工期短、要求高、工程量小、前期工作量大等特点,公路超限运输一般为国家或省的重点建设工程服务,我们的初步经验是:
(一)对于经常通过大型设备的路段,应对该路段上的大小桥梁进行重点检查,收集原始资料,针对其技术和承受能力编制相应的处理加固方案,需要报批的及时按程序报批。
(二)在施工时严格按照业主已批准的加固方案进行施工。
(三)重视加固工程的原始资料的收集和整理工作,为今后的加固工程积累经验。
希望桥梁工程的同行们,对为数众多的旧桥、危桥有所分析和研究,并实施加固设计和施工,对辛勤为人们工作的——桥梁,如医生对病人那样,实行“救死扶伤”,让中国传统文化的有德之物——桥梁,健康地继续为人们工作和造福。
【关键词】公路旧桥;加固与管理
随着我国社会经济和交通运输事业的快速发展,过去六、七十年代修建于各地城镇和各级公路上的桥梁,负担着十分沉重的交通荷载及繁重的交通量。在寒冬酷暑、暴雨烈日、洪水冲刷、车辆撞击的多年影响下,使得为数众多的桥梁,发生了各种大小不一的病害,如桥面破损、栏杆断裂、伸缩缝损坏、桥头跳车、梁板或拱体裂缝、砼剥落、钢筋钢索锈蚀、墩台断裂位移、挡墙倾斜错位、锥坡下挫坍塌、墩台基底冲空、桥头路基冲塌、河床护底冲翻以及河道被冲刷严重变迁而危及桥头路基等,已经破坏了桥梁的良好状态。这种不良状态,除将大大缩短桥梁的使用寿命之外,有的已经威胁着过往人车的安全而成为危桥,成了政府、管理部门和人民群众关注的大事。
这些桥梁具有荷载等级低、使用年久的特点。从技术资料分析,大多数桥梁是三不知:一不知基底地质;二不知基础深度;三不知隐蔽部分的尺寸。从技术状况分析,大多数桥梁属:一是由于河床屡遭洪水冲刷,河床底部加深,桥梁墩台基础外露、冲空,产生不均匀沉降,导致桥台、拱圈产生附加应力而出现开裂,有的甚至出现裂缝;二是有的桥梁由于桥台较高,受行车及台后土压力的作用,桥台出现开裂、凸肚等病害;三是桥面混凝土铺装层由于使用时间长加之重车作用,导致开裂、剥落等病害。
随着国民经济的发展,目前公路桥梁所承受的荷载有两个特点:1交通量不断增大;2重型车辆增加及超载现象严重。旧桥加固,提高旧桥的承载能力,确保交通运输的安全是目前和今后面临的任务。自2004年以来,我多次完成旧桥加固及大中型危桥的维修加固监理工作,在公路旧桥加固和管理方面取得一些经验,本文按桥梁的组成部分介绍桥梁的加固方法。
一、旧桥上部结构加固技术
(一)桥面补强层加固法
在梁顶上加铺一层钢筋混凝土层。一般先凿除旧桥面,在主梁竖向增设连接筋,铺设钢筋网片,和主梁连接筋焊接形成整体,改善桥梁荷载横向分布能力,从而达到提高桥梁的承载能力的目的。今年监理的G211线马岗子桥就属于此类加固方法,原桥面为柔性桥面,整体性差,容易产生横向位移。本次加固采取拆除旧桥面板,换为钢筋混凝土连续桥面板,提高桥面的整体受力能力。
(二)增大截面和配筋加固法
当梁的强度、刚度、稳定性和抗裂性能不足时,通常采用增大构件截面、增大配筋、提高配筋率的加固方法,这种方法是在梁底面或侧面加大尺寸、增配主筋、提高梁的有效高度和抗弯强度,从而提高桥梁的承载力。该法广泛用于拱桥及拱桥拱肋的加固。
(三)锚喷砼加固法
借助高速喷射机械,将新砼混合料连续的喷射到已锚固好钢筋网的受喷面上,凝结硬化面形成钢筋混凝土,从而增大桥梁的受力断面和补强钢筋,加强结构的整体性,使其能承受更大的外荷载作用。
(四)粘贴钢板加固法
当交通量增加,主梁出现承载力不足或出现严重腐蚀的情况时,梁板桥的主梁会出现严重的横向裂缝。采用粘结剂及锚栓,将钢板粘贴锚固在混凝土结构的受拉缘或薄弱部位,使其与结构形成整体,以钢板代替增设的补强钢筋,达到提高梁的承载力的目的。这种加固方法特点是:
1、需要破坏被加固原结构尺寸。
2、施工工艺简单,施工质量较容易控制。
3、施工工期短。G211线马岗子桥横隔梁存在破损,考虑此路线交通量大、超载车辆多的原因,对T梁进行加固。加固方法是在T梁肋底粘贴碳纤维布,同时使用环氧砂浆找平修补横隔板,达到一定程度后在横隔板上粘贴钢板。
(五)增设纵梁加固法
在墩台地基安全性能好,并具有足够承载力的情况下,可采用增设承载力高和刚度大的新纵梁,新梁与纵梁相连接,共同受力。由于荷载在新增主梁后的桥梁结构中重新分布,使原有梁中所受荷载得以减少,由此使加固后的桥梁承载力和刚度得到提高。为保证新旧砼能够共同作用,必须注意做好新旧梁之间的横向连接。
(六)拱圈增设套拱加固法
在原主拱圈腹面下增设一层新拱圈,即紧贴原拱圈底面上,浇注或锚喷混凝土新拱圈,外形上就像是在原拱圈下套做了一个新拱圈。2008年监理的G309线K1590+165上柳沟桥加固工程采用的就是此类方法。具体方法是:先从拱圈下面支满堂架及人行便桥,将定制的钢模板按横向每1.5米安装。然后从桥面钻孔,孔径10cm,孔位间距1m呈梅花型布设,同时加工焊接钢筋网片,从孔的位置插入提前备好的螺杆,螺杆一头用钢板焊接,一头和钢筋网片焊接。最后,从桥的一侧横向向另一侧浇筑C30混凝土,浇注1m混凝土,安装1.5m的钢模板,直至浇筑结束。
二、旧桥下部结构加固技术
(一)扩大基础加固法
此法适用于基础承载力不足或埋深太浅,而墩台又是砖石或砼刚性实体式基础时的情况。扩大基础底面积应由地基强度验算确定。
(二)增补桩基加固法
当桥梁墩台基底下有软卧层时,墩台发生沉陷;对此采用增补桩基加固法是一种常用而且有效的方法。这种方法是:在桩式基础的周围补加钻孔桩等,以此提高基础的承载力,增强基础的稳定性。
(三)钢筋砼套箍或护套加固法
当桥梁墩台由于基础埋深不够,或因施工质量控制不严等原因,导致墩台开裂时,有时会出现贯通裂缝,可采用钢筋砼围带或钢箍进行加固。
(四)桥台新建辅助挡土墙加固法
由于桥台台背水平土压力过大,引起桥台倾斜,应在台背之后加建一挡墙,以抵御过大的土压力。 三、旧桥加固的常用方法
(一)塞缝灌浆是一种综合普用的方法
塞缝灌浆是按一定比例配制的水泥(砂)浆、环氧树脂(砂)浆,通过喷浆机按一定压力灌入结构物缝隙内,起到填塞裂缝、避免钢筋锈蚀并提高结构整体强度的作用。裂缝在桥梁病害中较为普遍,产生裂缝的原因很多,也很复杂。结构物一旦出现裂缝,其受力截面发生应力重分布,也就意味着受力有效截面变小,结构应力增大,承载能力降低。塞缝灌浆是用胶结材料把结构的裂缝填满,使力的作用、传递尽可能恢复到原来的状态。塞缝灌浆一般用于处理桥梁上、下部结构裂缝,灌浆分为水泥浆、水泥砂浆、环氧树脂浆、环氧树脂砂浆等,具体采用哪一种,应视实际情况而定。通常水泥(砂)浆用于石砌墩、台和拱圈裂缝,由裂缝的大小来决定灌浆中是否掺砂,采用水泥(砂)浆造价低,效果好。环氧树脂浆一般用于钢筋混凝土结构物,因为钢筋混凝土构件产生的裂缝较小,易灌满,粘结性好;环氧树脂砂浆多用于桥面裂缝。塞缝灌浆的通常做法是:先用1:1水泥砂浆勾缝,勾缝时须预留直径约6~8mm的灌浆孔,孔距视裂缝宽度而定,缝宽处孔距为0.6~1.0m,缝小处孔距为0.4~0.6m。待勾缝砂浆达到一定强度后即可灌浆。钢筋混凝土梁的裂缝较小,用环氧树脂勾缝,凡大于2mm的裂缝都要留孔灌浆,孔距一般为0.25~0.30m,灌浆方法与灌水泥浆大致相同。在公路旧桥加固中,塞缝灌浆是综合处治的方法之一,用得比较普遍,通过试载及使用观察,效果较好。
(二)上部结构加固
上部结构加固改建在调查研究旧桥的基础上,经过技术、经济比较,采用充分利用原桥进行拼宽,利用桥台将拱式结构改为梁式结构的加固方法,使其满足超载运输要求。
1、拼宽原桥对验算不能满足超限运输要求的旧桥,经技术经济比较后,按实际通过的超限运输荷载设计拼宽桥梁,以确保超限运输安全。如2007年监理的合固路K6+160石拱桥和2008年监理的柔太路太东段K0+820石拱桥加固就是采用这种方法加固的。拆除石拱桥拱顶上面的栏杆、铺装层等,在石拱桥的拱顶增设纵梁三榀,每隔2m间距增设横梁一榀,纵、横梁长度符合设计要求。这种方法由于荷载在新增主梁上重新分布,减轻了拱圈的受力荷载,又起到桥梁加固、加宽的作用。
2、利用原桥台改拱式结构为梁式结构,由于拱圈厚度不能满足超限运输要求或因地基较差发生不均匀沉降,致使拱圈开裂,降低承载能力,可采用此方法。2007年监理的合固路K19+365处马莲坡桥,为一孔20m的混凝土拱桥,原桥由于施工原因修建成不到4年从拱顶处产生横向裂缝,缝宽最大处5cm,成为危桥,人车不能从桥上通过。此桥又是固城、大山门两个乡13个行政村群众的必经之路。我们就采用起拱线下部不变,上部加固的方法。将原桥拆除至起拱线,然后浇筑桥台至设计标高,同时预制20m的钢筋混凝土T梁,很快就完成了施工任务,得到了当地群众的称赞。
采用以上两种方法加固的桥涵,通过试载及重车通行,加固效果较好。
(三)加固桥梁基础特别是天然地基上的浅基础
由于埋置深度较浅,易受河水冲刷而被掏空,导致桥台基础冲空,引道被毁,桥梁地基局部软弱,致使桥台发生不均匀沉降,引起桥台开裂等。针对以上病害,我们采取对河床用浆砌片石进行铺砌,上游河床设置丁坝,打木桩扩大桥台基础等方法进行加固。
1、防治桥台基础冲刷对于跨径较小的桥梁,由于河水改道,洪水直接冲刷桥台基础,导致基础冲空甚至掉脚 ,可采取在桥跨范围内满铺15号片石混凝土的方法进行加固,铺砌厚度为30㎝,铺砌两端设置截水墙,截水墙的深度为1m,宽度为0.6m 。对于桥梁上游河床变迁、水流改道,洪水直接冲刷桥台基础和桥台引道,导致桥台基础冲空、引道被毁的桥梁,采取在桥梁上游适当位置设置丁坝等调治构造物,将河水导入主河道。
2、扩大基础加固法。具有做法:(1)挖除桥台前的淤泥,深度与原基础高度相同;(2)在基底打入4m长的木桩,木桩按梅花型布置;(3)在木桩顶铺垫25cm厚的碎石;(4)浇筑20号混凝土基础,新旧基础间采用锚固钢筋联系,使其共同受力。
四、公路旧桥的管理
加强公路旧桥的管理并进行维修和加固,使其处于正常的工作状态,充分发挥旧桥的作用,是公路管理部门的一项长期而艰巨的任务。旧桥的超限运输管理工作,具有工期短、要求高、工程量小、前期工作量大等特点,公路超限运输一般为国家或省的重点建设工程服务,我们的初步经验是:
(一)对于经常通过大型设备的路段,应对该路段上的大小桥梁进行重点检查,收集原始资料,针对其技术和承受能力编制相应的处理加固方案,需要报批的及时按程序报批。
(二)在施工时严格按照业主已批准的加固方案进行施工。
(三)重视加固工程的原始资料的收集和整理工作,为今后的加固工程积累经验。
希望桥梁工程的同行们,对为数众多的旧桥、危桥有所分析和研究,并实施加固设计和施工,对辛勤为人们工作的——桥梁,如医生对病人那样,实行“救死扶伤”,让中国传统文化的有德之物——桥梁,健康地继续为人们工作和造福。