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[摘 要]目前,随着社会经济的快速发展,我国的公路桥梁建筑业也加大了发展的步伐,在材料及加工制作、施工架设、结构形式方面有所创新和进步。公路桥梁大跨、轻质、高强、美观、施工快速等特点越来越显著。解决桥梁加固中存在的问题,运用方法对旧桥进行维修加固,提高承载能力,确保交通运输安全是目前乃至今后面临的主要任务。
[关键词]公路桥梁;加固施工
中图分类号:U445.7+2 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)30-0216-01
引言
随着交通运输量大幅度提高,行车密度及车辆载重越来越大,跨河桥梁和高架桥梁在交通工程中的重要性与日俱增。我们发现桥梁的混凝土开裂、剥落、衰变及钢筋的锈蚀(管道灌浆不饱满普遍存在)对桥梁的损害问题非常严重,需要大量的资金和技术来维护或改建,已成为迫切需要解决的问题。
一、公路桥梁加固的重要性
1.在公路桥梁使用期间内,任何桥梁都会成为旧桥。早期修建的桥梁,由于当时人们对铺装功能、病害认识有限,往往存在配筋偏小,钢筋直径过细,铺装与承载构件的界面连续不牢靠等问题。由于桥梁是建在大地上的特殊产品,不仅受自然环境的影响(如大气腐蚀、温度、湿度变化等),而且还受到使用环境的影响,难以避免产生损坏现象。这使桥梁的维修、养护、加固、改造已成为必然。 2.从经济上分析,桥梁加固可以节省大量投资,收到良好的社会经济效益。采用适当的加固技术和拓宽措施,不仅可以避免因拆除旧桥与重建新桥而增加工程费用;而且对现有交通运输影响有的甚至可以在不中断交通的情况下完成,早期设计施工的高速公的桥梁在长期大交通量、重荷载的运营情况下大部分出现了病害;同时也恢复和提高了旧桥的承载能力及通行能力,延长桥梁的使用寿命,满足现代化交通运输的需求。 3.桥梁的改造和加固,不仅可以提高公路桥梁的通行能力和服务水平,而且在更大程度上能够消除交通安全隐患。从中分析可以看出,旧的公路桥梁加固有利于促进桥梁建设的可持续发展。
二、公路桥梁存在的常见病害
1. 主拱圈裂缝病害:a.主拱圈中波纵向裂缝,检查时常发现各孔中波波顶均存在纵向裂缝。b.肋、波连接处裂缝。各孔拱波与拱肋连接处大部分均发生裂缝。c.拱肋裂缝。各孔拱肋均有横向裂缝,有不少是U形裂缝,这些裂缝多发生在拱顶前后10m左右范围内。d.横系梁裂缝。 2. 钢筋锈蚀病害:钢筋发生锈蚀时,锈蚀部分的体积可膨胀至原来体积的10倍以上,从而对周围混凝土形成挤压,造成混凝土开裂、剥蚀、使截面有效尺寸减小,导致结构承载能力下降,锈蚀剥蚀,使截面有效尺寸减小,导致结构承载能力下降。锈蚀的直接后果是钢筋断面面积减小,对于以钢筋作为抗弯能力。钢筋锈蚀还会降低混凝土对钢筋的握裹力,锈蚀物外流,在结构表面形成锈迹,影响结构美观。 3. 墩台基础病害:桥梁墩台基础在常年使用过程中,除了承受上部构造荷载外,还将承受土压力,风力,流水压力,冰压力和浮力等等各种力的作用。另外,自然界各种因素的影响作用,以及由于过桥车辆的日益重型化,墩台基础经常受到过重荷载的作用,因此,桥墩台将会出现不同程度的损坏。 4. 主梁裂缝及主梁变形病害:主梁裂缝多发生在锚跨中部(正弯矩区)梁的下缘及悬臂梁根部(负弯矩区)上缘,后者大都贯穿整个车行道翼板。此类裂缝显然是由于大量重车通过使梁的受拉区开裂,属正常现象。但由于负变矩区裂缝在上面,雨水易从裂缝渗入梁内,引起钢筋锈蚀及砼强度降低。
二、公路桥梁加固方案
桥梁加固一般是通过对构件的补强和结构性能的改善来恢复或提高现有桥梁的承载能力,以延长使用年限,适应现代交通运输的要求。其改造的主要技术途径有加强薄弱构件、增加辅助构件、改变结构体系、减轻恒载、加固墩台及基础等。
2.1 桥路面层补强加固法
桥面补强层加固法是通过在梁顶(桥面)上加铺一层钢筋混凝土层,使其与原有主梁形成整体,从而达到增大主梁有效高度和抗压截面,增加桥面整体刚度,提高桥梁承载能力的一种常用且有效的方法。为了减小补强层增加的恒载,常将原有桥面铺装层凿除,而且能使新老结合良好,共同受力。
2.2 粘贴钢板加固法
(1)粘贴钢板加固混凝土技术基本不改变原结构的尺寸,施工简单、技术可靠、短期加固效果较好且工艺成熟。粘贴钢板加固法是采用粘结剂和锚栓将钢板粘贴锚固于混凝土结构受拉面或其他薄弱部位,使钢板与加固混凝土结构形成整体,以提高构件的抗弯、抗剪能力,提高原结构的刚度,限制裂缝的开展,改善钢筋与混凝土的应力状态。当粘贴钢板拟提高梁的抗弯强度时,钢板粘贴在梁的底面。此时将钢板和混凝土作为整体考虑,对钢板与混凝土的局部剪切强度进行控制设计;当拟提高梁的抗剪强度时,钢板可粘贴在构件侧面,并与原构件内抗剪钢筋方向一致。粘贴钢板补强加固的合理设计应控制在钢板发生屈服之前,以保证混凝土不出现剪切破坏。
(2)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、增加配筋、提高配筋率的加固技术。这种方法是增大梁底面或侧面的尺寸,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。该法广泛用于梁桥及拱桥拱肋的加固。
(3)借助高速喷射机械,将新混凝土混合材料连续地喷射到已锚钢筋网的受喷面上,凝结硬化而形成钢筋混凝土,从而增大桥梁的受力断面,增加补强钢筋,加强结构的整体性,使其能承受更大的外荷载作用。
(4)在梁顶上加铺一层钢筋混凝土层,一般先凿陈旧桥面,使加铺层与原有主梁形成整体,增大主梁有效高度,提高抗压截面强度,改善桥梁荷载横向分布能力,从而达到提高桥梁承载力的目的。
2.3 公路桥梁桥梁下部结构的加固方法
(1)当桥梁墩台开裂破损时,有时会出现贯通裂缝,可采用钢筋混凝土围带或钢箍进行加固。加固时,一般在墩身上、中、下分设三道围带,其间距应大致相当于桥墩侧面的宽度。每个围带的宽度根据裂缝的情况和大小而定,一般约为墩台高度的1/10,厚度采用10~20cm。当墩台损坏严重,如有严重裂缝及大面积表面破损是、风化和剥落时,则可采用围绕整个墩台设置钢筋混凝土护套的方法进行加固。
(2)利用旧桥基础,加宽墩台盖梁挑出的悬臂部分,以便安装加宽的上部结构,此种情况只加宽墩台上部的盖梁,墩台身和基础则不需加固。采用此法加宽墩台时,旧桥墩台基础必须完好、稳定,且需经过承载力验算后才能采用。
(3)扩大桥梁基础底面积的加固方法,称为扩大基础加固法。此法适用于基础承载力不足或基础埋深太浅,又是砖石或混凝土刚性实体式的情况。扩大基础底面积应由地基强度验算确定。当地基强度满足要求而缺陷仅仅表现为不均匀沉降变形过大时,采用扩大基础底面积的方法加固,主要由地基变形计算来加以选定。
(4)当桥梁墩台发生沉陷或墩台采用桩基础,而桩的深度不足或发生倾斜,采用增补桩基加固法是一种常用而且有效的方法。这种加固法是在桩式基础的周围补加钻孔桩或打入钢筋混凝土预制桩扩大原承台,以此提高基础的承载力,增强基础的稳定性。
总之,桥梁的加固维修问题已经成为世界普遍关注的课题,加固理论、加固方法也是多种多样,只有遵循一套科学的程序和方法,才能够达到技术可行、经济合理、结构安全的目的。加速我国旧桥加固或改造技术的研究,不仅能更好地、及时地为现代交通运输服务,而且能为国家带来巨大的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 夏忠民.高速公路桥梁病害分析及加固处理[J]民营科技.2009.
[2] 邱式中,桥梁施工控制技术[J]预应力技术,2008年6期.
[关键词]公路桥梁;加固施工
中图分类号:U445.7+2 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)30-0216-01
引言
随着交通运输量大幅度提高,行车密度及车辆载重越来越大,跨河桥梁和高架桥梁在交通工程中的重要性与日俱增。我们发现桥梁的混凝土开裂、剥落、衰变及钢筋的锈蚀(管道灌浆不饱满普遍存在)对桥梁的损害问题非常严重,需要大量的资金和技术来维护或改建,已成为迫切需要解决的问题。
一、公路桥梁加固的重要性
1.在公路桥梁使用期间内,任何桥梁都会成为旧桥。早期修建的桥梁,由于当时人们对铺装功能、病害认识有限,往往存在配筋偏小,钢筋直径过细,铺装与承载构件的界面连续不牢靠等问题。由于桥梁是建在大地上的特殊产品,不仅受自然环境的影响(如大气腐蚀、温度、湿度变化等),而且还受到使用环境的影响,难以避免产生损坏现象。这使桥梁的维修、养护、加固、改造已成为必然。 2.从经济上分析,桥梁加固可以节省大量投资,收到良好的社会经济效益。采用适当的加固技术和拓宽措施,不仅可以避免因拆除旧桥与重建新桥而增加工程费用;而且对现有交通运输影响有的甚至可以在不中断交通的情况下完成,早期设计施工的高速公的桥梁在长期大交通量、重荷载的运营情况下大部分出现了病害;同时也恢复和提高了旧桥的承载能力及通行能力,延长桥梁的使用寿命,满足现代化交通运输的需求。 3.桥梁的改造和加固,不仅可以提高公路桥梁的通行能力和服务水平,而且在更大程度上能够消除交通安全隐患。从中分析可以看出,旧的公路桥梁加固有利于促进桥梁建设的可持续发展。
二、公路桥梁存在的常见病害
1. 主拱圈裂缝病害:a.主拱圈中波纵向裂缝,检查时常发现各孔中波波顶均存在纵向裂缝。b.肋、波连接处裂缝。各孔拱波与拱肋连接处大部分均发生裂缝。c.拱肋裂缝。各孔拱肋均有横向裂缝,有不少是U形裂缝,这些裂缝多发生在拱顶前后10m左右范围内。d.横系梁裂缝。 2. 钢筋锈蚀病害:钢筋发生锈蚀时,锈蚀部分的体积可膨胀至原来体积的10倍以上,从而对周围混凝土形成挤压,造成混凝土开裂、剥蚀、使截面有效尺寸减小,导致结构承载能力下降,锈蚀剥蚀,使截面有效尺寸减小,导致结构承载能力下降。锈蚀的直接后果是钢筋断面面积减小,对于以钢筋作为抗弯能力。钢筋锈蚀还会降低混凝土对钢筋的握裹力,锈蚀物外流,在结构表面形成锈迹,影响结构美观。 3. 墩台基础病害:桥梁墩台基础在常年使用过程中,除了承受上部构造荷载外,还将承受土压力,风力,流水压力,冰压力和浮力等等各种力的作用。另外,自然界各种因素的影响作用,以及由于过桥车辆的日益重型化,墩台基础经常受到过重荷载的作用,因此,桥墩台将会出现不同程度的损坏。 4. 主梁裂缝及主梁变形病害:主梁裂缝多发生在锚跨中部(正弯矩区)梁的下缘及悬臂梁根部(负弯矩区)上缘,后者大都贯穿整个车行道翼板。此类裂缝显然是由于大量重车通过使梁的受拉区开裂,属正常现象。但由于负变矩区裂缝在上面,雨水易从裂缝渗入梁内,引起钢筋锈蚀及砼强度降低。
二、公路桥梁加固方案
桥梁加固一般是通过对构件的补强和结构性能的改善来恢复或提高现有桥梁的承载能力,以延长使用年限,适应现代交通运输的要求。其改造的主要技术途径有加强薄弱构件、增加辅助构件、改变结构体系、减轻恒载、加固墩台及基础等。
2.1 桥路面层补强加固法
桥面补强层加固法是通过在梁顶(桥面)上加铺一层钢筋混凝土层,使其与原有主梁形成整体,从而达到增大主梁有效高度和抗压截面,增加桥面整体刚度,提高桥梁承载能力的一种常用且有效的方法。为了减小补强层增加的恒载,常将原有桥面铺装层凿除,而且能使新老结合良好,共同受力。
2.2 粘贴钢板加固法
(1)粘贴钢板加固混凝土技术基本不改变原结构的尺寸,施工简单、技术可靠、短期加固效果较好且工艺成熟。粘贴钢板加固法是采用粘结剂和锚栓将钢板粘贴锚固于混凝土结构受拉面或其他薄弱部位,使钢板与加固混凝土结构形成整体,以提高构件的抗弯、抗剪能力,提高原结构的刚度,限制裂缝的开展,改善钢筋与混凝土的应力状态。当粘贴钢板拟提高梁的抗弯强度时,钢板粘贴在梁的底面。此时将钢板和混凝土作为整体考虑,对钢板与混凝土的局部剪切强度进行控制设计;当拟提高梁的抗剪强度时,钢板可粘贴在构件侧面,并与原构件内抗剪钢筋方向一致。粘贴钢板补强加固的合理设计应控制在钢板发生屈服之前,以保证混凝土不出现剪切破坏。
(2)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、增加配筋、提高配筋率的加固技术。这种方法是增大梁底面或侧面的尺寸,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。该法广泛用于梁桥及拱桥拱肋的加固。
(3)借助高速喷射机械,将新混凝土混合材料连续地喷射到已锚钢筋网的受喷面上,凝结硬化而形成钢筋混凝土,从而增大桥梁的受力断面,增加补强钢筋,加强结构的整体性,使其能承受更大的外荷载作用。
(4)在梁顶上加铺一层钢筋混凝土层,一般先凿陈旧桥面,使加铺层与原有主梁形成整体,增大主梁有效高度,提高抗压截面强度,改善桥梁荷载横向分布能力,从而达到提高桥梁承载力的目的。
2.3 公路桥梁桥梁下部结构的加固方法
(1)当桥梁墩台开裂破损时,有时会出现贯通裂缝,可采用钢筋混凝土围带或钢箍进行加固。加固时,一般在墩身上、中、下分设三道围带,其间距应大致相当于桥墩侧面的宽度。每个围带的宽度根据裂缝的情况和大小而定,一般约为墩台高度的1/10,厚度采用10~20cm。当墩台损坏严重,如有严重裂缝及大面积表面破损是、风化和剥落时,则可采用围绕整个墩台设置钢筋混凝土护套的方法进行加固。
(2)利用旧桥基础,加宽墩台盖梁挑出的悬臂部分,以便安装加宽的上部结构,此种情况只加宽墩台上部的盖梁,墩台身和基础则不需加固。采用此法加宽墩台时,旧桥墩台基础必须完好、稳定,且需经过承载力验算后才能采用。
(3)扩大桥梁基础底面积的加固方法,称为扩大基础加固法。此法适用于基础承载力不足或基础埋深太浅,又是砖石或混凝土刚性实体式的情况。扩大基础底面积应由地基强度验算确定。当地基强度满足要求而缺陷仅仅表现为不均匀沉降变形过大时,采用扩大基础底面积的方法加固,主要由地基变形计算来加以选定。
(4)当桥梁墩台发生沉陷或墩台采用桩基础,而桩的深度不足或发生倾斜,采用增补桩基加固法是一种常用而且有效的方法。这种加固法是在桩式基础的周围补加钻孔桩或打入钢筋混凝土预制桩扩大原承台,以此提高基础的承载力,增强基础的稳定性。
总之,桥梁的加固维修问题已经成为世界普遍关注的课题,加固理论、加固方法也是多种多样,只有遵循一套科学的程序和方法,才能够达到技术可行、经济合理、结构安全的目的。加速我国旧桥加固或改造技术的研究,不仅能更好地、及时地为现代交通运输服务,而且能为国家带来巨大的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 夏忠民.高速公路桥梁病害分析及加固处理[J]民营科技.2009.
[2] 邱式中,桥梁施工控制技术[J]预应力技术,2008年6期.