时间:2023-02-25 23:14:24
关键词:道路桥梁;加固改造;预应力技术
Abstract: reinforcement engineering construction technology are analyzed and discussed on the bridge in the actual situation of our province, and expounds the importance of bridge reinforcement, hope to be able to cause the majority of enterprises and relevant departments to the bridge reinforcement value, but also provide some reference and suggestions for similar engineering.
Keywords: Road and bridge; reinforcement; prestressed technology
中图分类号:TU74文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2013)
0 引言
随着大型承重车辆的增多,部分桥梁的初始设计承重已经无法满通运输的要求,而且我国很多桥梁是上世纪修建的,一直沿用至今,经过长时间的使用,积累的大大小小的毛病,桥梁加固改造已经成为交通建设的重要内容。桥梁加固是指通过措施、施工来提高桥梁构件的承载能力和使用性能,其最终目的是为了能够保证桥梁的正常通行,将一些安全隐患及时扼杀以提高其运行安全性。桥梁作为我国交通建设的重要组成,其重要性不言而喻,为了能够保证桥梁的行车能力,提高桥梁的安全稳定性,加固工程必不可少。下面笔者就我省情况对桥梁加固改造进行了分析,仅供参考。
1 我省桥梁现状
我省处于长江影响范围以内,桥梁数量众多,但是其中大部分是于上世纪修建,至今已经使用了几十年,有鉴于当时桥梁施工能力的限制以及较低的设计要求,很多桥梁所能承重的荷载已经无法跟上时代的脚步。截止至2012年,我省危桥数量数以千计,总长逾万米,桥梁加固改造时间紧、任务重,是我省交通建设的重要内容。
2 桥梁改造技术
桥梁改造有局部改造和整体改造,要根据桥梁的危险程度来判断,目前桥梁改造大方向是改造梁体,如果桥梁隐患实在严重无法通过结构替代来加固就只有拆除重建。桥梁加固技术主要有常规型和预应力型,其中常规加固技术又分为三种:
1)利用新的结构代替原有结构的抗力不足;
2)改变原结构的受力体系,使原结构受力变小;
3)扩大增加原有结构面,在原结构上提高强度和刚度。
预应力加固技术则是通过对梁体进行预应力加强,来起到改善原结构受力性能的效果。
2.1 常规加固技术
2.1.1 增加梁体法
在凿开梁肋下部保护层后,使底板的主筋露出,将原有箍筋进行切割剔除,再进行梁体主筋的加焊,最后在进行底部混凝土浇筑,这种技术的加固原理在于增加主筋的截面,适用于主筋截面较小和桥下净空较小的桥梁,虽然这种施工技术不增加梁端高度,保证桥下净空,但是由于其施工形式属于半损坏型,对梁体的影响十分巨大,这就导致了在施工中增加了大量不安全因素,并且在施工中工艺十分复杂。
2.1.2 粘贴钢板
粘贴钢板法是通过对所需粘贴部位使用钢板进行的表面处理,在结合环氧树脂胶浆将钢板与混凝土梁体粘贴连接,最后施以加压处理使钢板和混凝土表面形成一个统一整体,以保证桥梁的抗弯、抗剪能力的提高。但这项加固方法的对粘贴钢板的工序十分困难,而且需要进行满堂脚手架才能用于施工,一旦施工周期加长就会增加维修保养的工作量,造成费用的增加,而且目前以我国技术所生产的粘结材料上看,耐久性是整个工艺中的一大难题。
2.1.3 粘贴玻璃钢
在需要加固的部位将粘贴钢板工序,完成后的表面进行清理,再利用环氧树脂胶浆将多层玻璃纤维布压铺成玻璃钢。最后利用成型的玻璃钢粘贴在结构下表面。这种方式十分适用于长期有大型及重型车辆通过的桥梁。因为玻璃钢可以利用自身的弹性将车辆施于梁体的力进行回弹。对混凝土面起到很好的保护作用,但是由于在玻璃钢要低于混凝土表面的弹性模量,所以在双重荷载作用下容易产生大幅度的变形,在加上玻璃钢受气候环境影响较大,易发生老化问题。
2.1.4 粘贴钢筋
在需要加固的部位将粘贴钢板工序完成后的表面进行清理,再利用氧树脂胶浆将点焊成排栅的钢筋粘贴在混凝土梁体表面,并对钢筋进行防锈处理。这就是粘贴钢筋施工法。这样做的效果在于增加主梁对车辆的抗力,以达到加固的目的
2.2 预应力加固技术
随着荷载等级的不断提高,桥梁工程逐渐向轻型、大跨度方向发展,预应力砼结构的应用越来越广泛,在今后的桥梁加固中,现有加固技术可能在很大程度上受到限制,因此,有必要开发和研究预应力技术在旧桥改造中的应用。 用预应力技术对结构进行加固主要是通过后张法中的体外预应力来实现的,其施工工艺:体外预应力的预应力钢束设于砼构件的外侧,钢束穿过设在构件端部的挡块和中部适当位置的转向块进行张拉,从而使砼构件获得预压应力。此法的主要目的是简化预应力工艺,但结构的受力特性比常规的粘结预应力砼差,钢材用量也较大,目前主要用于较大跨度的桥梁工程或维修加固工程中。下面介绍两种预应力加固技术。
2.2.1 下撑式预应力拉杆法
这是常见的预应力加固技术,其施工原理如图1所示。
图1 下撑式预应力拉杆法
当桥下净空能够满足通车、通航要求时,可采用在梁下设置预应力拉杆的方法进行加固。设计时一般采用粗钢筋作为拉杆,两端锚固在梁端,中间采用单柱或多柱支撑,使梁受到预应力的作用。施加预应力的主要方法:
1)横向收紧法。将拉杆分两层布置于梁底两侧,在靠近梁的支座附近向上弯起,与固定在梁端的锚固板焊接。在拉杆的弯起处用短柱支撑,在纵向每隔一定距离设置一道撑棍和紧锁螺栓, 再通过收紧器将拉杆横向收拢而产生预应力;
2)纵向张拉法。将预应力拉杆沿梁底布置,两端向上弯起,锚固于梁端,然后直接张拉梁底的水平拉杆, 使拉杆产生预拉力,梁体因此受到预应力的作用。
2.2.2 预应力体外加固技术
体外预应力加固技术作为结构加固最有效的手段之一,目前正广泛地应用于旧桥加固方面,图2是体外预应力漂浮张拉体系。
图2 漂浮张拉体系
体外预应力分为锚具、体外索、锚固块及转向块、减震装置、施工机具等5个组成,有关说明如下:
1)锚具:由于体外预应力体系仅靠锚固端传力,因此体外预应力锚固体系的可靠性和安全性比一般体内预应力锚固体系要高,尺寸也较大;
2)体外索:多采用无粘结钢绞线,环氧喷涂带PE的单根钢绞线具有良好的耐腐蚀性能,非常适用;
3)锚固块以及转向块:锚固块和转向块必须和原结构有效连接,传递应力,目前主要钢筋混凝土结构和钢结构型式两种;
4)减震装置:用于转向块与转向块或者锚固块与转向块之间的体外索自由长度较大的位置,主要目的是减少体外索在动荷载作用下的振动;
5)施工机具:张拉机具根据张拉的要求分单孔千斤顶和整体千斤顶。单孔千斤顶用于施工空间狭小或单孔分丝张拉的体外索,整体千斤顶用于整体张拉的体外索。
预应力体外加固技术施工案例——箱梁底板索的安装
底板索效率不是很高,在一些特殊的结构中才会使用,它的最大优点是不需要设置转向块,施工较为简单,质量能够得到保证,但是布索位置会受到一定的限制,所以不是很常用。
施工工序:安装预埋钢管齿板混凝土浇筑连接外套管穿布钢绞线对称张拉安装防震块管道压浆封锚压浆。
3 总结
综上所述,桥梁工程加固技术虽然方法各异,但总体方向万变不离其宗,具体该选用何种方法需要根据桥梁被破坏的程度以及其周边水文地质情况来决定。湖北省被长江横跨,江河众多,桥梁数量在全国数一数二,同时在建的工程也非常多,桥梁加固改造还是任重道远,身为一名相关技术人员,需要加强自身对桥梁加固的理解和认识,掌握多种方法,因地制宜,合理利用,同时开拓创新新的施工技术,为我省的桥梁加固而努力,为推动我国的桥梁建设行业而奋斗。
参考文献:
关键词: 桥梁;加固;方法;总结
一、引言
随着经济的腾飞发展交通运输量增大,伴随着载重等级的变化,桥梁的承重能力备受考验,加上桥梁早年设计原则是注重于材料的节省,安全度较低。例如双曲拱桥目前存在着严重的断面单薄、安全储备低问题,砖拱桥也存在耐久性差和年久老化等问题,这些桥梁都亟需实施加固工程。此外一些近年修建的桥梁,因设计失当或者施工质量差,也存在着加固的问题。据国内有关部门统计,我国的公路危桥大约有四千多座,面对数量众多的旧桥、危桥,若一味的全部重建,既不科学,又浪费了大量的资源。在这种情况下,我国急需找到一种快速、有效、可靠的桥梁加固方法。
二、桥梁加固的基本原则
桥梁加固是指通过补强桥梁的构件改善其结构的性能,提高或恢复现有桥梁的承载能力,延长使用寿命,投入少量的资金以适应现代交通运输和通行的要求。桥梁的加固与桥梁的设计一样,除了应满足设计规范,符合技术可行、结构安全、经济合理的原则外,还必须经过一定的步骤和程序,这就是所谓的加固概念设计。
1. 首先评估桥梁结构,由于结构故障或损坏不能满足结构安全或正常使用要求,则必须实施加固工程。加固的内容和范围,应根据评估结果,确定委托方的要求,可以包括全桥也可以指定部分或特定组件;
2. 建立桥梁修复、加固、重建的经济分析模型,通过分析和比较,选择技术上可行,经济上合理,现有改造后的行动计划对交通干扰较少的方案,以确保桥梁加固的安全实施;
3. 根据需要改造的桥梁评估结论和经济分析,确定现有的桥梁需要加固、修建以达到使用要求,然后提出桥梁加固的设计方案;
4. 当为大桥、特大桥的主要承重构件进行加固施工前,至少提出2个设计方案,通过方案比较和经济评价后,最终确定最佳加固方案;
5. 加固设计和施工,尽量不破坏原有的结构,并保留具有价值的组成部分,以避免不必要的拆卸或更换;
6. 加固设计及施工方法应紧密结合,并采取有效措施,确保新老结构的可靠连接及协同工作;
7. 加固工程的设计方案应按照实际损失情况进行计算;
8. 在加固工程施工过程中,应尽量减少对桥上的车辆和行人的干扰,采取必要的措施减少对周围环境的污染;
9. 在施工过程中,如果发现原来的结构或相关工程隐蔽部位的构造有严重的缺陷,应立即停止施工,会同加固工程设计师协商,采取有效措施处理后再继续施工;
10. 加强施工安全监测,同时相应采取措施,以确保结构及相关人员的安全。
三、几种桥梁加固方法
根据桥梁的加固原因、加固部位以及现有桥梁本身桥型方案的不同,应采用不同的加固方法。我们将现有的加固方法分为两类,一是桥梁上部结构加固,二是桥梁下部结构加固方法,即桥梁墩台与基础加固。目前,在很多桥梁加固工程施工中,同一座桥梁,针对不同的加固原因、加固部位以及桥型,同时采用了几种不同的方法。
(一)桥梁上部结构加固
1. 体系转换加固法
旧桥加固体系转换通常是指增设附加构件或技术创新,使桥的受力体系和受力状况改变,从而减少承重构件的压力,提高桥梁的性能,其目的是使承载能力得以改善。这项技术的优点有提高结构承载力,提高结构刚度,减少挠度等。常用的方法有:拱桥转换为梁拱式拱上建筑法、简支转连续法、多跨简支梁转为先简支后桥面连续体系法、增加辅助墩法等。
2. 体外预应力加固法
体外预应力加固法是利用预应力原理,增设构件或原始构件,施加初始应力(即预应力)的一种加固方法。这种方法主要适用于:正截面受弯承载能力不足、正截面受拉区钢筋锈蚀、由梁抗弯刚度不足引起的梁挠度超过规范、梁的受拉区裂缝宽度超过规范以及梁斜截面受剪承载能力不足。体外预应力加固法,较为主动,大大改善或恢复桥梁的承载力,施工工艺简单,交通干扰小,需要的设备简单,经济效益突出。缺点是容易受环境影响,需要可靠的防腐蚀设计。
3. 桥面层补强加固法
桥面补强层加固法是通过在桥面板铺设一层钢筋混凝土层,使其与原有结构结为一体,从而达到扩大桥面板或主梁有效高度和受压截面,提高桥面整体刚度,增大桥梁承载能力的一种加固方法。主梁或桥面板承载力不够,刚度不足,或铰接梁、板的铰缝传力失效时,可采用该法进行加固。这种方法主要适用于中小跨径的桥梁,施工活动均在桥面进行,操作简捷,便于控制工程质量,补强效果明显。不足的是该法对新旧混凝土结合面和收缩差动变形提出了特殊构造要求,加铺补强层后,桥面高程会受到影响,连接路面或桥面纵坡需要进行相应的调整。
4. 粘贴钢板加固法
粘贴钢板加固法是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,形成新的整体,以钢板代替增设的补强钢筋,增大桥梁的承载能力的一种加固方法。该方法具有不改变原结构的尺寸以及施工强度,保证碳纤维与混凝土间剪力的传递,韧性充足等优点。不足之处是粘结剂的质量及耐久性将决定着加固效果的好坏。
5. 碳纤维加固法
粘贴碳纤维加固法是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构物表面,当结构荷载增加时,两者共同作用,提高构件承载力的一种加固方法。碳纤维具有高强、轻质、耐疲劳、耐腐蚀等性能,保证了施工速度以及粘贴质量。相比于其他加固方法,采用碳纤维加固旧桥能最小程度地改变原有结构的应力分布,保证在设计荷载范围内与原结构共同受力。
(二)桥梁墩台与基础加固
1. 扩大基础加固法
扩大基础加固法即桥梁基础扩大底面积的加固方法。此法适应于基础承载力不足、墩台为砖石或混凝土刚性实体的情况。当构造物基础具有较大的不均匀沉降,且地基土质坚实时,可以采用该法进行加固。而当扩大部分基础底部的地基承载力不足时,可采取在扩大部分基础下打入一定数量的桩,增大地基承载力,桩的参数则需考虑地基变形情况。扩大基础加固法施工比较便捷,缺点是它必须使新老基础共同承受上部荷载,故加固费用较为昂贵,加固效果难以控制。
2. 高压旋喷注浆加固法
高压旋喷注浆是对地基进行加固的一种加固方法,具体操作方法如下:利用设备把带有喷嘴的注浆管钻入土层的预定位置,不断旋转并以一定的速度提升,将液体以高压流的形式从喷嘴里射出,冲击土体并用高压流切割搅碎土层,使其分散成颗粒状,一部分被液体带出钻孔,另一部分则与浆液搅拌混合,随着浆液的凝固,组成具有一定强度和抗渗能力的固结体。旋喷注浆加固法用途十分广泛,具有加固地基的质量高、效果好、成本低,施工方便等优点。
3. 粘贴钢板加固法、碳纤维加固法
通过粘贴钢板加固法和碳纤维加固法对桥梁墩台进行加固改造,同样可以增加墩台的刚度,提高墩台的抗压、抗弯和抗剪能力。
四、总结
旧桥梁加固改造有其内在的规律性,加固设计应基于对桥梁的技术状态、各部位的缺陷、经济效益等多方面进行全面细致的分析,选择合适的一种或多种有效的加固方案。老旧桥梁的加固技术是一门新兴学科,正在不断地发展、补充和完善。随着桥梁的结构变化,新材料、新技术、新工艺的出现,必然会出现更完美的加固方法。
参考文献:
[1] 彭红美. 几种桥梁加固方法的总结[J]. 城市道桥与防洪, 2011,(05)
[2] 许晓红. 桥梁常用加固方法、技术特点及适用条件[J]. 中国城市经济, 2011,(01)
[3] 周爱军. 桥梁加固技术及应用实例[J]. 安徽建筑, 2006,(05)
关键词:桥梁;加固;施工
中图分类号:U445 文献标识码:A
引言
桥梁在交通基础设施当中有着十分特殊和重要的地位,它的使用功能的好坏程度直接关系到其所处交通线路的畅通与否。众所周知,桥梁结构的设计使用年限一般都比较长,随着交通运输事业的发展,通行量和车辆载重不断增大,导致桥梁服役期间需要承受的荷载日益增加,但桥梁结构的老化、破损、变形、开裂等病害都会使它持荷能力明显下降,甚至影响到桥梁的使用安全,为了保证桥梁最大限度发挥其作用,桥梁加固已成为桥梁建成后有着重大现实意义的课题。
一、桥梁加固方案设计原则
当前普遍认为桥梁加固技术就是通过对构件的补强和结构性能的改善来修复或提高现有桥梁的承载能力及使用性能,以延长其服役期,从而满足新的交通运输要求。通常,桥梁加固设计分为承载力加固、使用功能加固和耐久性加固等三种情况,实际施工时则主要包括现有桥梁的改造和病害桥梁的修复两类。桥梁加固方案设计一般应遵循如下原则:
1、先分析评估原则
在进行具体加固方案设计之前,应对拟加固桥梁的劣化和受损情况进行全面的检测,结合现有的技术状况、检测结果、交通量要求以及未来交通发展需要等因素进行综合分析,确定加固的可行性,并根据分析评估结论和加固后使用要求共同来确定加固设计的内容及范围。
2、技术可靠性原则
在进行方案设计时不但要考虑施工工艺简洁、易操作,重点还应考虑方案的技术可靠性,加固方案实施之后,经过加固的桥梁其承载力、结构性能及耐久性方面都应达到预期使用效果,能保证加固改造后桥梁的安全运营。
3、经济合理性原则
加固方案应尽量做到减少工程量,减少对原结构的破坏,避免不必要拆除,并保留具有利用价值的构件,减少因对现有交通的干扰或中断造成的经济损失,现在,一般认为只有当加固方案比新建桥梁的费用节约60~70%以上,这个方案的经济指标才是合理、可行、有意义的。
4、方案比选原则
在前面三个原则执行的基础上,比选原则是对设计方案的科学性、严谨性提出的更高要求,当加固工程规模大时,比如对一些大桥、特大桥的主要构件进行加固时,设计的加固方案不应少于两个,对加固方案的先进性、经济性和安全性等进行全面综合评价,通过比选,确定最佳方案。
二、桥梁加固的原因
1、桥面平整度
我国虽然有很多新建的桥梁,但是一些上世纪50、60年代建筑的桥梁在服役的也不在少数,对于这些老一些的桥梁,由于当时没有考虑到经济社会的发展会如此迅速,在设计强度和设计功能上都是与现代的交通事业不相匹配的。加之疏于日常的管理,使得桥面出现了破损问题。还有的桥梁虽然是新建的,但是由于在建筑的时候有偷工减料或以次充好的行为,虽然桥身没有大碍,但是桥面的强度不够,来往汽车的轮胎与桥面相互作用,久而久之就形成了一些坑洼不平的地带,这不仅会使车辆颠簸,严重的时候还会造成交通事故。
2、栏杆不完整
我们在国道上行驶之时,经常能够看到桥面两侧的护栏经过长时间的雨水侵蚀或是其他方面的损害,有的已经损坏或是缺失。还有的路段临近村庄或人口聚居区,这样的路段,桥面栏杆的丢失很多。也有一部分是由于大型的货运汽车在行驶的时候不慎剐蹭而损坏。
3、桥头产生跳车
桥头跳车多半是由于路与桥的衔接处没有对接好而引发的。还有的桥头跳车是由于路面的土基较软,而桥面是完全由混凝土构成的,路面长期走车,造成一定程度的塌陷,产生与桥面的高度差。桥头跳车会严重影响汽车的使用,有案例表明,汽车会因为桥头跳车造成悬挂系统的彻底报废。
4、桥梁构件小的损坏未及时维修
有的桥梁在交付使用的时候桥面光洁,桥身完好,待几年之后就会出现一些小毛病,比如桥身出现裂缝,桥面由于车辆碾压和雨水的作用也出现不同程度的破损,这些在养护工人看来是小事,一般情况下都会放任不管,等到裂缝变大或是桥面破损严重时进行修补,他们认为这样可以把问题统一解决,也能够节省一部分的人力物力。这种想法是万万要不得的,因为据权威部门的调查结果显示,桥梁整体质量责任事故,都是由于在小的环节上没有处理好,或是忽略突发的小状况而产生的。
三、桥梁加固施工方案及施工方法
对于桥梁加固工程,要根据对已建桥梁的受损情况以及检测评定对其进行加固方案拟定,目前较为常见的桥梁加固方案有:增大构件截面加固法,粘贴钢板加固法,粘贴碳纤维增强塑料加固法,施加体外预应力加固法,改变结构受力体系加固法。本工程中对桥梁不同部分选用不同加固方案,并选用多种桥梁加固技术对受损桥梁进行加固恢复。
1、粘贴芳玻韧布技术
对于桥梁主拱片特别是其主拱腹部以及桥体存在严重微裂缝的部分,选用粘贴芳玻韧布技术对其进行加固。粘贴芳玻韧布相对粘贴钢板或粘贴碳纤维布而言,更容易形成新的符合结构,更好地提高原结构的承载力。此外,芳玻韧布具有良好的延性、强度和抗弯拉能力,外观也相对美观。
首先要对原有桥梁外部进行处理,铲除需修补位置的粉刷层及污垢,并使用砂浆材料找平抹面,对容易结露、凝水的粘贴部位,对其进行干燥处理,保证粘贴面能够与芳玻韧布较好的粘结。然后,配制用于粘结芳玻韧布的粘结材料——特殊环氧树脂,将配制好的环氧树脂均匀的涂抹在芳玻韧布上,并在修补加固的桥置也涂抹一层特殊环氧树脂作为底层。最后在树脂凝结前将芳玻韧布平整的粘贴到混凝土表面,施加一定的压力使其充分接触,保证韧布与桥体之间不存在气泡。施工完成后对加固材料在环境温度下进行养护,养护时间为48小时,养护完成后即可进行下一步工作。
2、桥体加固灌缝技术
对于桥体已出现的裂缝宽度较大,不能使用粘贴加固方法处理的部位,选用灌缝技术对其进行加固处理。灌缝技术的施工顺序为:搭设脚手架、作业面裂缝及周边处理混凝土表面清理灌缝浇筑封闭裂缝表面涂装。
首先清除裂缝周围尘土、污垢,测量开裂宽度,灌缝技术一般适用于裂缝宽度大于3mm的裂缝,对于宽度小于3mm的裂缝可以通过粘贴纤维布的方法进行处理。然后,配制灌封浆,用补缝机进行注浆,除去裂缝外多余的灌缝浆,清理裂缝表面。最后,对裂缝外部进行适当处理,避免裂缝处钢筋受到雨水及湿气的影响,提高桥梁的耐久性及安全性。
3、桥体表面处理技术
由于车辆荷载及外部环境的长期作用,公路桥梁的混凝土表面产生了严重的劣化层,存在一定的拥包、破碎、龟裂病害,因此选用表面处理技术对其外部进行修复加固,保证其正常的使用功能。
首先要对已经破裂、风化的部位进行打磨,直到露出集料的新面,打磨后使用空压机清理表面。然后在打磨面涂抹已经预先调配好的额合成树脂,用滚筒均匀的涂抹,将涂料在自然条件下养护,养护时间为3小时到12小时不等,根据当地气候及天气情况选择,待涂料全部干燥后,使用打磨机或者人工砂纸打磨的方式对其进行打磨,保证其表面初步平整。最后,对于表面凸起和凹陷现象仍较为明显的部位使用腻子找平,并再次打磨至光滑。
结束语
总之,桥梁加固技术是一门极具探索性、复杂性、实践性的新技术,对于这门新技术的研究和推广对广大工程技术人员来说,还任重而道远,需要在实践中不断积累经验,总结分析后期使用效果,判断加固方法的科学性、适用性和针对性,使其更好地在桥梁建设中发挥作用。
参考文献
[1]吴金翔.桥梁加固技术研究[J].山西建筑,2010,(04).
[2] 王金旗.既有线桥梁加固工程施工探讨[J].西铁科技,2012,(04).
关键词:桥梁加固;施工;质量控制
中图分类号:K928文献标识码: A
引言
梁在交通基础设施当中有着十分特殊和重要的地位,它的使用功能的好坏程度直接关系到其所处交通线路的畅通与否。众所周知,桥梁结构的设计使用年限一般都比较长,随着交通运输事业的发展,通行量和车辆载重不断增大,导致桥梁服役期间需要承受的荷载日益增加,但桥梁结构的老化、破损、变形、开裂等病害都会使它持荷能力明显下降,甚至影响到桥梁的使用安全,为了保证桥梁最大限度发挥其作用,桥梁加固已成为桥梁建成后有着重大现实意义的课题。
一、桥梁加固方案设计原则
当前普遍认为桥梁加固技术就是通过对构件的补强和结构性能的改善来修复或提高现有桥梁的承载能力及使用性能,以延长其服役期,从而满足新的交通运输要求。通常,桥梁加固设计分为承载力加固、使用功能加固和耐久性加固等三种情况,实际施工时则主要包括现有桥梁的改造和病害桥梁的修复两类。桥梁加固方案设计一般应遵循如下原则:
1、先分析评估原则
在进行具体加固方案设计之前,应对拟加固桥梁的劣化和受损情况进行全面的检测,结合现有的技术状况、检测结果、交通量要求以及未来交通发展需要等因素进行综合分析,确定加固的可行性,并根据分析评估结论和加固后使用要求共同来确定加固设计的内容及范围。
2、技术可靠性原则
在进行方案设计时不但要考虑施工工艺简洁、易操作,重点还应考虑方案的技术可靠性,加固方案实施之后,经过加固的桥梁其承载力、结构性能及耐久性方面都应达到预期使用效果,能保证加固改造后桥梁的安全运营。
3、经济合理性原则
加固方案应尽量做到减少工程量,减少对原结构的破坏,避免不必要拆除,并保留具有利用价值的构件,减少因对现有交通的干扰或中断造成的经济损失,现在,一般认为只有当加固方案比新建桥梁的费用节约60~70%以上,这个方案的经济指标才是合理、可行、有意义的。
4、方案比选原则
在前面三个原则执行的基础上,比选原则是对设计方案的科学性、严谨性提出的更高要求,当加固工程规模大时,比如对一些大桥、特大桥的主要构件进行加固时,设计的加固方案不应少于两个,对加固方案的先进性、经济性和安全性等进行全面综合评价,通过比选,确定最佳方案。
二、桥梁加固施工方案及施工方法
1、增大构件截面加固法
钢筋混凝土的受弯构件是最适用于该种方法的,这种方法的原理是将受弯构件及受拉构件加固,目的是将梁的稳定性及强度提高。由于设计之处没有将桥梁的荷载考虑到足够大时,可以在施工中增加桥底面的面积,以及增加主筋,提高桥的荷载。
2、化学灌浆和凿槽嵌补法
桥梁的病害最严重也是最常见的形式就是裂缝,而修补裂缝的方法有很多,在诸多方法中,最为常见也是最为常用的是灌浆综合法。施工过程中,裂缝有长有短,有宽有窄,对于宽度小于0.3毫米的裂缝,如果裂缝的深度不是很深的话,就可以采用表面封闭的方式来进行修补。对于宽度达到0.3毫米以上的裂缝,则需要采用化学灌浆法,而灌浆的材料,一般选取的是水泥或环氧树脂。水泥灌浆,主要是针对桥墩等部分的裂缝;环氧树脂灌浆,针对的是桥面裂缝。灌浆的时候,要清理裂缝周围的泥土砂石,以达到灌浆的预期效果。且需要注意的是,由于水泥与环氧树脂的材料性质差异,在灌浆时要注意,使用水泥需要在潮湿的条件下,而使用环氧树脂需要在干燥的条件下。
3、粘贴芳玻韧布技术
对于桥梁主拱片特别是其主拱腹部以及桥体存在严重微裂缝的部分,选用粘贴芳玻韧布技术对其进行加固。粘贴芳玻韧布相对粘贴钢板或粘贴碳纤维布而言,更容易形成新的符合结构,更好地提高原结构的承载力。此外,芳玻韧布具有良好的延性、强度和抗弯拉能力,外观也相对美观。首先要对原有桥梁外部进行处理,铲除需修补位置的粉刷层及污垢,并使用砂浆材料找平抹面,对容易结露、凝水的粘贴部位,对其进行干燥处理,保证粘贴面能够与芳玻韧布较好的粘结。然后,配制用于粘结芳玻韧布的粘结材料——特殊环氧树脂,将配制好的环氧树脂均匀的涂抹在芳玻韧布上,并在修补加固的桥置也涂抹一层特殊环氧树脂作为底层。最后在树脂凝结前将芳玻韧布平整的粘贴到混凝土表面,施加一定的压力使其充分接触,保证韧布与桥体之间不存在气泡。施工完成后对加固材料在环境温度下进行养护,养护时间为48小时,养护完成后即可进行下一步工作。
4、桥体加固灌缝技术
对于桥体已出现的裂缝宽度较大,不能使用粘贴加固方法处理的部位,选用灌缝技术对其进行加固处理。灌缝技术的施工顺序为:搭设脚手架、作业面裂缝及周边处理混凝土表面清理灌缝浇筑封闭裂缝表面涂装。首先清除裂缝周围尘土、污垢,测量开裂宽度,灌缝技术一般适用于裂缝宽度大于3mm的裂缝,对于宽度小于3mm的裂缝可以通过粘贴纤维布的方法进行处理。然后,配制灌封浆,用补缝机进行注浆,除去裂缝外多余的灌缝浆,清理裂缝表面。最后,对裂缝外部进行适当处理,避免裂缝处钢筋受到雨水及湿气的影响,提高桥梁的耐久性及安全性。
3、桥体表面处理技术
由于车辆荷载及外部环境的长期作用,公路桥梁的混凝土表面产生了严重的劣化层,存在一定的拥包、破碎、龟裂病害,因此选用表面处理技术对其外部进行修复加固,保证其正常的使用功能。首先要对已经破裂、风化的部位进行打磨,直到露出集料的新面,打磨后使用空压机清理表面。然后在打磨面涂抹已经预先调配好的额合成树脂,用滚筒均匀的涂抹,将涂料在自然条件下养护,养护时间为3小时到12小时不等,根据当地气候及天气情况选择,待涂料全部干燥后,使用打磨机或者人工砂纸打磨的方式对其进行打磨,保证其表面初步平整。最后,对于表面凸起和凹陷现象仍较为明显的部位使用腻子找平,并再次打磨至光滑。
4、粘贴钢板
(1)螺栓钻孔。在预定的位置进行钻孔,以便进行化学螺栓的放置。注意孔径一般为26毫米,而孔深一般不小于25毫米。
(2)植化学螺栓。准备好化学螺栓,先将一些化学药包放入钻好的孔洞内,用电锤或是人工进行捣碎、拌均匀,再将准备好的化学螺栓放入孔内。
(3)配胶。按照10:3的比例制备两种胶体,倒入干净容器内,用抹刀按照同一个方向进行搅拌,待两种胶完全融合,即可使用。
(4)粘贴钢板。制备好所用的胶以后,用抹刀将胶体涂抹在已经打磨好的钢板与混凝土的黏合面上,抹胶的方法是中间厚,两边薄,这样有利于更好的黏合。在粘好后,用小的铁锤敲击钢板,观察是否有空洞的声音,如果没有,就表示粘结成功。如果有空洞的声音,则要重新粘结。
(5)固定与加压。粘好之后,拧紧化学螺栓,一般以胶体溢出螺丝帽一部分为宜。
(6)钢板表面防腐处理。对粘贴好的钢板,表面要进行防腐的处理(一般为防锈常规处理)。
结束语
总之,桥梁加固技术是一门极具探索性、复杂性、实践性的新技术,对于这门新技术的研究和推广对广大工程技术人员来说,还任重而道远,需要在实践中不断积累经验,总结分析后期使用效果,判断加固方法的科学性、适用性和针对性,使其更好地在桥梁建设中发挥作用。
参考文献
[1]郑继光,王兴,刘忠固,赵红梅.桥梁常用预应力加固技术及其特点[J].吉林交通科技,2011,(04).
[2]季杭燕.粘贴芳玻韧布在桥梁加固工程中的实际应用[B].城市道桥与防洪.2008(08):105-108.
关键词:桥梁;加固;原则;施工方法
中图分类号:K928.78文献标识码:A 文章编号:
所谓桥梁加固,一般是通过对构件补强和结构性能的改善,以达到恢复或提高现有桥梁的承载能力,延长其使用寿命,适应现代交通运输发展的需要。
一、桥梁工程加固的原则
所谓桥梁加固就是通过一系列的措施增强桥梁承重结构、构件的承载能力,提高桥梁整体的使用性能,以满足新的使用要求。要针对桥梁出现的病害进行适当处理,延长桥梁的使用寿命,使桥梁能满通量的需求。
桥梁加固前首先要评定桥梁的技术状况并鉴定其承载能力,确定加固方法,通过加固后能满足结构安全要求和正常使用要求,方可以进行加固。具体加固范围及措施要根据评定结果和实际情况来确定,如果桥梁病害是由特殊环境引起的,要采取针对性的处理措施。
桥梁加固应依据原桥梁的设计图,根据检测评估报告并经过现场核对,综合各个方面后进行加固设计。设计过程中,要充分考虑病害的影响、材料性能、新旧材料的差异等因素,演算各施工阶段构件的强度和结构稳定性,加固后的结构演算还应考虑温度变化、预加应力、混凝土收缩、徐变等附加荷载的影响,确保加固后的桥梁能安全投入使用。与此同时,还要考虑加固的经济费用,避免过多的投资,以实现加固的经济适用性。
二、桥梁工程加固施工方法
1、桥梁上部结构加固
(1)体外预应力加固法。体外预应力法的加固原理是在梁的下缘受拉区设置预应力材料,通过张拉对梁体产生偏心预应力,在此偏心压力作用下,使梁体发生上拱,抵消部分自重应力,减小了结构变形和裂缝宽度,改善了结构受力,能够较大幅度地提高结构承载力。与通常的预应力混凝土结构相比,力筋与原结构只在锚固点与梁连接,类似于无粘结预应力结构。这种方法在自重增加很小的情况下,可大幅度改善和调整原结构的状态,提高结构刚度、抗裂性。此法既适用于通行重车时的临时加固,也可作为提高桥梁承载力的永久加固措施。
该方法主要适用情况有:当混凝土梁中预应力筋或普通钢筋严重锈蚀及其他病害造成结构承载力下降;需要提高桥梁的荷载等级;用于控制梁体裂缝及钢筋疲劳应力幅度;适用于高应力状态下的结构,尤其是大型结构的加固等情况。目前,常用的体外预应力的方法有下撑式预应力拉杆加固法和外部预应力钢丝束加固法。
(2)增加构件加固法。增加构件加固法主要是指增设纵梁提高承载能力或拓宽改建,增加横隔板加强横向联系。当墩台地基安全性能好,并具有承载能力,上部结构也基本完好,但其承载能力不能满足要求,同时要求加宽桥面时,一般采用增加承载能力高和刚度大的新纵梁使新旧梁互相联结共同受力。对于要进行拓宽改造的,则还需要对墩台进行拓宽。常使用的方法根据增加构件及新旧主梁联合受力形式可分为:增设纵梁加固(不拓宽桥面);增设边梁加固;单边拓宽技术改造;双边拓宽技术改造;增加辅助横梁加固。
(3)粘贴钢板加固法。粘贴钢板加固是采用粘结剂将钢板粘贴在钢筋混凝土结构物的受拉边缘或薄弱部位,使之与结构物形成整体,从而提高梁承载能力的一种加固方法。若使用锚栓将钢板锚固在梁体上,则又称锚栓钢板法,这时钢板可适当厚一些。钢板固定于受拉混凝土表面可以增加混凝土结构抗弯刚度,使结构挠度减小,限制了裂缝的发展。并且施工时可以根据设计需要进行裁切钢板,有效发挥粘钢构件的抗弯、抗压和抗剪的性能,受力均匀,不会在混凝土中产生应力集中现象。除此以外,该方法还具有施工简便、快速,不影响结构外形,加固费用低,不减小桥梁净空以及增加荷载不多等优点。不足之处是粘结剂的质量及耐久性是影响加固效果的主要因素。
(4)碳纤维加固法。粘贴碳纤维加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构物表面,当结构荷载增加时,两者共同工作,提高构件承载力,从而达到加固补强的目的。纤维复合材料的力学特点是其应力应变量完全线弹性,不存在屈服点或塑性区。由于碳纤维具有高强、轻质、耐腐蚀、耐疲劳等优异物理力学性能,以及施工速度快,施工工期短,粘贴质量容易得到保证等优点,因此是旧桥加固补强的理想材料。碳纤维加固法中粘结材料的性能是保证碳纤维与混凝同工作的关键,也是两者传力途径的薄弱环节,因此粘结材料应有足够的刚度与强度,保证碳纤维与混凝土间剪力的传递,同时应有足够的韧性,不会因混凝土开裂导致脆性粘结破坏。与其他加固方法相比,采用碳纤维加固旧桥能最小程度地改变原有结构的应力分布,保证在设计荷载范围内与原结构共同受力。
(5)桥面层补强加固法
桥面补强层加固法是通过在桥面板(主梁顶面)加铺一层钢筋混凝土层,使其与原有结构形成整体,从而达到增大桥面板或主梁有效高度和受压截面,增加桥面整体刚度,提高桥梁承载能力的一种加固方法。主梁或桥面板承载力不足,刚度不够,或铰接梁、板的铰缝不能有效传力时,可采用桥面补强加固法进行加固。这种加固方法主要适用于中小跨径的桥梁。
采用桥面补强进行加固,桥面板或主梁恒载将有所增加,应通过计算判断桥面增厚后是否可以提高桥梁的有效承载能力。若恒载的增加影响较大,则应考虑采用其他加固方法或与其他方法综合运用。采用桥面补强层法加固时,加固结构属二次受力结构,加固前原结构已经受力,补强层在加固后并不立即受力,而只有在新增荷载下,即第二次加载情况下才开始受力。另外,加固结构存在补强层与原结构整体工作、共同受力的问题,混凝土结合面上的强度较整体浇筑的强度要低,必须采取构造措施克服这一弱点。当混凝土结合面的强度可以保证补强层与原有梁(板)的整体受力工作性能时,所形成的加固构件就是组合梁(板),也就具有组合构件的分阶段受力的特点。为减少补强层增加的恒载,往往先将原有的桥面铺装层凿除,并要求对伸缩缝进行改造。
2、桥梁墩台与基础加固
(1)扩大基础加固法。桥梁基础扩大底面积的加固方法,称为扩大基础加固法。此法适应于基础承载力不足或埋置太浅,而墩台又是砖石或混凝土刚性实体或基础时的情况。当构造物基础具有较大的不均匀沉降,并且地基土质比较坚实时,可以采用扩大基础法进行加固。而对于扩大部分基础底部的地基承载力不足的问题,可采取在扩大部分基础下打入一定数量的桩,以提高地基承载力,桩的参数根据地基变形计算来加以选定。扩大基础加固法施工比较简单,缺点是它必须使新老基础连成一体共同承受上部荷载,故加固费用较高,而且加固效果也不易控制。
(2)高压旋喷注浆加固法。高压旋喷注浆,就是先利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻入土层的预定位置,旋转并以一定的速度提升,同时将浆液或水以高压流的形式从喷嘴里射出,冲击破坏土体,高压流切割并搅碎土层,使其成颗粒状分散,一部分被浆液和水带出钻孔,另一部分则与浆液搅拌混合,随着浆液的凝固,组成具有一定强度和抗渗能力的固结体,从而对地基进行加固的一种加固方法。旋喷注浆加固法用途广泛,加固地基的质量可靠而且效果好,成本低,加固效果明显,施工便捷,目前已逐渐成为我国常用的对桥梁墩台基础处理方法之一。
(3)粘贴钢板法
关键词:桥梁维护; 加固 ;病害 ;措施
中图分类号:K928.78 文献标识码:A 文章编号:
0引言
目前我国的交通运输事业已经在蓬勃发展,超重车辆的日益加剧。使得不少桥梁发生病害,甚至我国已经有不少大桥已成为“危桥”,严重地影响了桥梁的承载能力和正常使用。因此应加强对施工过程的监控,防止因加固而引发对原有结构新的病害。为研究桥梁加固工程中的关键技术问题,以广佛高速公路谢边桥加固工程为例,根据其结构的受力特点,分析桥梁病害。结合实际情况,提出相应的加固方案,验证桥梁加固的实施效果。通过这一举措,有效地缓解桥梁现存病害的发展、提高结构的极限承载能力、延长桥梁构件的使用寿命、提高其耐久性以减少桥梁重建的投入。
1工程概况
我司继2000年完成广州至佛山高速公路改扩建后,随着时间的转移,广佛高速公路的谢边桥空心板梁已经存在严重的裂缝、混凝土破损等病害。为了保证广佛高速公路谢边桥的安全运营,要对广佛高速公路谢边桥的空心板梁部分进行维修加固。如下图1所示的为工程加固前后结构图。
图1 工程加固对比图
1.1工程病害分析
由于广佛高速公路谢边桥新建时的《设计技术规范》和《施工技术规范》的要求与现有交通量的发展不适,以及施工现场的特殊情况等原因导致到混凝士桥梁出现裂缝。而裂缝的情况包括了主拱圈裂缝、主梁裂缝、墩台身裂缝等。有部分位置的伸缩缝损坏较为严重,造成这种问题的原因主要是设计不周引起的伸缩缝损坏、结构计算时荷载少算或部分漏算、结构受力假设与实际受力不符、内力与配筋计算错误、结构设计时与施工的脱节、设计断面不足、钢筋设置偏少或布置错误、结构刚度不足等。因为谢边桥是我国第一批高速公路桥梁,所以当时在材料选用时不够周全有些,混凝土质量较差或保护层厚度不足令到混凝土保护层受二氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面。
正是由于这种种原因,所以广佛高速公路的谢边桥维护加固工程势在必行,刻不容缓。
2工程维护加固的内容
首先,施工前认真审查施工单位提交的施工方案及施工进度计划的合理性、协调性及可行性,把好工程节点控制(如对主桥进行粘贴钢板施工选择在夜间车流量少的时段施工)。对裂缝宽度小于0.15mm的裂缝进行封闭,工程量为5000m;对裂缝宽度大于0.15mm的裂缝进行灌注,工程量为21000m;其次,对梁底裂缝贯穿的空心板进行粘贴6mm钢板,工程量为1625平方米,排出空心板腔内积水,在空心板底板增设3cm直径的泄水孔,工程量为2300个;再者,对空心板梁破损混凝土进行修补,工程量是80平方米;最后,为了保证空心板梁底纵向裂缝灌注质量,首先向空心板腔内灌注P.O.42.5水泥浆形成压力环,工程量为2300个。
2.1工程加固的措施
2.1.1对空心板梁梁底裂缝封闭处理
为了减少腔内积水对梁底钢筋的锈蚀,首先通过开孔排除腔内积水,然后向腔内注射水泥浆液形成压力环,最后对裂缝打磨后封闭处理节。
2.1.2对通裂的空心板梁梁底进行粘贴钢板
⑴ 混凝土剥落处理:先清理混凝土破损基面,凿除松散混凝土;然后对外露锈蚀钢筋进行除锈,直至露出金属光泽;再将混凝土基面或缺陷部分用清水清洗干净,使基面保持干燥、无杂物;最后采用环氧混凝土对混凝土剥落位置进行修补,修补混凝土必须与原混凝土保持平整、密实。
⑵ 混凝土表面处理:根据设计图纸的要求并结合现场测量定位,在需灌钢加固混凝土的表面放出钢板位置大样,凿除需灌钢区混凝土表面2~5mm 厚的表层砂浆,使坚实的混凝土石外露,并形成平整的粗糙面,表面不平处应用尖凿轻凿整平,再用钢丝刷刷毛,剔除表层疏松物,最后用无油压缩空气吹除表面粉尘或清水冲洗干净,待完全干燥后用用脱脂棉沾丙酮擦拭表面。
⑶ 钻孔植埋螺栓:依照设计图纸的要求,放出需钻孔的位置,钻孔间距一般30-50cm,施工时可用钢筋混凝土保护层测试仪查明混凝土钢筋及钢绞线布置,然后钻孔,应避免钻孔打孔时碰及钢筋。植埋全螺纹螺杆,螺杆材质为S5.8 级合金钢螺杆,其距灌钢板边缘的距离应控制在5~10cm 之间。
⑷ 安装钢板:依据现场混凝土上的实际放样进行钢板下料,并依据现场植埋的螺杆,对待灌注的钢板进行配套打孔,然后将钢板的粘贴面用喷砂机进行除锈和粗糙处理,打磨粗糙度越大越好,打磨纹路应与钢板受力方向垂直;用脱脂棉沾丙酮将钢板表面擦拭干净。将钢板固定在螺栓上,并保证钢板与混凝土表面的间隙在3mm 以上,以确保灌注胶层的厚度在3mm 以上。
⑸ 配制结构胶: 按照供应商提供的产品说明书要求的比例配制结构胶。 粘钢灌注胶应在封边完成,且钢板封边胶达到完全固化有足够的强度后再进行配制和使用。
⑹ 封边:将注入咀粘结在钢板的注入孔上,在钢板边缘插入排气管,在膨胀螺栓头上罩上盖碗,然后用钢板封边胶封闭钢板边缘,完成封边。注入咀布置间距为2~3m。
⑺ 灌注:用泵将粘钢灌注胶从注入咀灌注到钢板和混凝土的空隙中,灌注工作持续到所有排气管均有胶液流出。在灌注过程中,用橡皮锤敲打钢板以确认是否灌注密实。要求灌浆之前先通气试压,以0.2~0.4MPa 的压力将粘钢灌注胶从注入咀压入,当排气孔出现浆液后停止加压,以钢板封边胶堵孔,再以较低压力维持10 分钟以上。
钢板安装后,至灌注粘钢胶时,时间不得超过24 小时,以保证钢板粘贴面的粘贴效果。
⑻ 钢板表面防腐处理:经检验确认钢板粘贴固化密实效果可靠后,去除所有注入咀
和排气管,并清除钢板表面污垢和锈斑,对外露钢板及锚固螺栓进行防腐涂装处理。
2.1.3对局部混凝土破损部位进行修复
对混凝土局部破损修补采用由ZV 型修补胶制作的聚合物砂浆。ZV 型修补胶是以高分子共聚物为基本原料,掺加适量改性剂、有机助剂配制成的水乳状产品,无毒、不燃、无腐蚀性,PH 值为6-6.5,粘度200-500 厘泊。ZV 型修补胶对混凝土有很强的粘结强度,它可以直接掺入水泥砂浆和混凝土中,配制成聚合物砂浆和聚合物混凝土,大大增加粘结强度、抗拉抗折强度,提高抗渗性能和变形性能,也可以掺入水泥浆中配制界面处理浆
为了不中断交通,本次的工程要求就地改建,不设便桥,减少费用。在考虑加固方案时,根据计算资料增加了纵向受拉钢筋,置于原铺装层范围内,计算结果还表明:由于新设计标准的荷载负弯矩作用,
3、桥梁维护加固安全施工原则
本次就地加固施工平台的高度平均达到6m以上,属高空作业。为了防止施工期间人员、设备坠落,造成人员伤亡,施工前认真审查施工单位提交的施工方案及施工进度计划的合理性、协调性及可行性,把好工程节点控制(如对主桥进行粘贴钢板施工选择在夜间车流量少的时段施工),由于安全技术合理,监管措施到位,本工程施工期间实现零安全事故。
4、结束语
总之,不仅仅是广佛高速公路的谢边桥,对于我国的桥梁我们都应加强检查,如发现裂缝、伸缩缝损坏、混凝土受力不足等问题后,应结合观察到缺陷的种类、部位、范围及严重程度,从设计、施工及使用年限,分析其病害的原因。此后,根据实际情况对病害进行加固修护,事实证明,有针对性的加固工程施工是成功的。
参考文献
[1]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》jt-gd62-2004 及《公路桥涵设计通用规范》(jtgd60-2004)强制性条文。
关键词:桥梁 加固 技术
桥梁是公路交通的咽喉,其使用功能的好坏直接影响整条线路的畅通,既有公路中由于受到当时局限的设计、材料、施工加固等各方面的影响,严重制约了公路运输事业的发展,加上不能适应现在交通量飞速增长,使得旧桥检测和旧桥加固技术显得非常迫切。在不断总结经验和技术进步的基础上形成了桥梁加固的专门技术,下面阐述下几种桥梁维修加固工程的施工技术。
一、 旧桥上部结构加固技术
1、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,使其与原有主梁形成整体,达到增大主梁有效高度、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。
2、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。该法广泛应用于桥梁及拱桥及拱桥拱肋的加固。
3、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。
4、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。这种加固方法的特点是:
(1)、需要破坏被加固的原结构尺寸;
(2)、工工艺简单,施工质量较容易控制;
(3)、施工工期短。
5、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,新梁与旧梁相连接,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。当增设的纵梁位于主梁的一侧或者两侧时,则兼有加宽作用。
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。
6、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。
二、旧桥下部结构加固技术
1、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。
2、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。
3、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。
4、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。
5、墩台拓宽加固法
利用旧桥基础,靠墩台盖梁挑出悬臂加宽部分,以便安装的上部结构。此种情况为只加宽墩台上部的盖梁、墩台身和基础则不需予以加固。
三、旧桥加固的常用方法
塞缝灌浆是一种综合普用的方法。塞缝灌浆是把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0.2mm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。
四、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板式结构的加固方法,使其满足超限运输要求。
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。
2、利用原桥台改拱式结构为板式结构对于小跨径石拱桥,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,可采用此办法。
3、旧桥下部结构加固
桥台特别是高度较大的桥台,受行车荷载和土压力作用,常见病害有桥台开裂、凸肚,翼墙外崩、开裂、错位等。对于跨径较小,水流不大的石拱桥,我们采用在桥跨内加钢筋混凝土框架进行加固。由于桥台太高,且位于长距离的高路堤纵坡上(桥面纵坡达5.5%),在行车和土压力的共同作用下,使两岸桥台和靠那发岸拱脚开裂。
(1)、采用钢筋混凝土框架加固桥台。
设计的基本假设:鉴于尚在维持正常的交通运输的桥,台背填土破坏棱体引起的主动土压力由原桥台承担,框架结构仅承受在破坏棱体范围内布置超重车所引起的主动土压力。在后来的应用中,取消了钢筋混凝土立柱,仅在桥台上凿出牛腿的位置,将横系梁、支撑梁、牛腿一起现浇成平面支撑框架,这不仅减少了工作量,而且施工方便。采用这种方法加固的桥涵,经多次实地观察,使用效果良好。
(2)、基础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,易受河水冲刷而淘空。受河水改道冲刷桥梁引道,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30cm,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:采用扩大基础进行加固,具体做法:(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。
(3)、桥面铺装层的加固
桥面铺装层开裂或剥离等病害, 纵观有限元计算结果分析可知,在铺装层结构厚度一定的情况下,铺装层的模量比对铺装层的受力状态影响很大。
[1]、重视桥面铺装上层的设计和选材。
如果沿用传统的路用沥青混凝土的材料设计方法,铺装上层总是处于不利的受力状态,承受着较大的反复拉应力,往往在桥面板的加劲部件(直腹板、横隔板)的顶部产生开裂,导致铺装上层出现早期破坏,这也与实际桥面铺装层的损坏情况基本吻合,重视桥面铺装上层的设计和选材使其具有良好的变形能力以抵抗疲劳开裂,对预防铺装层的早期损坏具有重要的意义。所以,对于桥面铺装体系来说,需要采用性能更加优良的复合改性沥青,根据铺装上、下层的不同功能和受力状态研究选择合理的沥青混合料组成,并进一步解决铺装层与桥面板的粘结稳定性等问题。
[2]、材料、结构和施工这三个要素中,材料是最为活跃的因素。
因为决定沥青混合料力学性能的原材料以及混合料的组成结构具有很大的选择性,铺装层的模量比取决于材料的组成设计。因此,在满足铺装层路用性能的前提下,为了达到减小铺装层的拉应力和剪切应力的目的,要充分发挥材料组成设计的作用,设计出能适应桥面铺装层受力特性和防水要求的嵌挤密实型沥青混合料。研究表明,在混凝土桥的铺装中使用增强纤维沥青混凝土具有较好的效果且经济,能增强铺装层沥青混凝土的柔韧性,改善铺装层的受力状态,防止桥面铺装层出现开裂、脱落等现象,最终提高桥面铺装层的使用品质和延长其使用寿命。当然,也出现了诸多改性沥青、SMA、环氧沥青混凝土、沥青玛蹄脂混合料、浇注式沥青混凝土等桥面铺装新材料和新技礼它们都具有较好的性能,但需增加设备,增加了一定的施工难度,造价比较高,一时还难以大面积惟广。若条件具备,经过经济、技术论证也可以使用于混凝土桥面铺装上。
[3]、桥面铺装层的加固施工(沥青或水泥砼)
首先,清除或刨洗桥梁旧铺装层。在清除过程中注意处理的、厚度等。在使用机械清除时,尤其注意不得损坏旧桥的预制梁板、伸缩缝等构造。
其次,认真清洗旧桥面。对已经刨洗完毕的旧桥铺装层及时外运,用人工清扫废旧料,用高压水冲洗梁板顶面,使之清洁并干燥。
再次,重铺新桥面:
水泥混凝土桥面铺装在浇筑混凝土的强度达到设计等级后,才可开放交通,其车辆荷载不得大于设计荷载。如果经监理工程师同意采用快硬水泥混凝土铺装,开放交通的时间需根据试验确定。
沥青混凝土桥面铺装应待摊铺的混合料完全自然冷却,其表面温度低于50℃后,方可开放交通。需要提早开放交通时,可洒水冷却降温。
伸缩装置安装完毕,预留槽浇筑的混凝土强度达到设计强度后,方可开放。
五、结束语:
【关键词】桥梁加固;放线;钻孔;浇注;安全;质量
Bridge strengthening works construction Analysis
Li Zeng-de
(Qinghai Road and Bridge Construction Limited Xining Qinghai 810000)
【Abstract】Example, describes a bridge web reinforcement reinforcement construction, the drilling of the beam to avoid collision and prestressed concrete pouring techniques, etc., and reinforced construction, safety, quality and other requirements.
【Key words】Bridge strengthening;Actinomycetes;Drilling;Cast;Safety;Quality
1. 前言
目前,社会主义建设如火如荼,桥梁建设更是以一个前所未有的速度在飞速发展,伴随着桥梁数量的增多,我国危桥、险桥的数量也在急剧的增多,有相当多的桥梁已经到了非加固不可的地步了,研究总结桥梁工程的加固技术,确保加固质量与施工过程的安全,对于桥梁加固工程施工具有普遍的指导意义。
2. 现状分析
2.1 加固桥梁工程由于受原有结构的影响,施工设施、作业环境、作业空间均受到限制,如梁体内所有的施工物资设备均需人工搬进搬出,机械设备基本无法使用,安全状态更加不宜控制。
2.2 加固部分与原有结构共同作用,因此不仅要保证加固部分的施工质量,还要同时保证原有结构不被破坏。
2.3 腹板加固为加固工程的关键施工工序,腹板加固采用在原来箱梁内侧加浇20cm厚的混凝土,并在加固腹板内施加竖向预应力。竖向预应力采用直径为25mm的冷拉级Ⅳ钢筋,标准强度Rby=750MPa,张拉控制力331KN,采用无粘结方式、轧丝锚体系。
3. 施工前的准备
3.1 电力线路。在箱内铺设380V动力线路一条,220V照明线路一条,且每4m设照明灯一盏,每16m设简易活动配电盘一个(插座若干)。照明及动力线路均采用膨胀螺栓固定在梁体顶板下缘(桥中心处),防止地面潮湿漏电。
3.2 疏通,清理:疏通原箱内通风孔及泄水孔,不通处采用钻机成孔或人工凿通保持箱内与箱外正常通风,箱内不产生积水。清除箱内混凝土残渣及其它杂物。
3.3 通风,在箱内安装4台排风设施,保持箱内空气流通,正常换气,使箱内作业人员有一个良好的工作环境。
3.4 通道,在0号、5号墩T梁侧拼装3m×21m×15m进人进料支架。
3.5 设施:梁体外侧需安装施工吊兰五只。
4. 施工方案
4.1 裂纹修补。
首先对大于0.02mm的裂纹进行标识,沿裂纹方向切“V”型槽,宽2cm,深1cm.埋设压浆咀,强度达到要求后,压注环氧树脂。待环氧树脂凝固后,去除环氧胶泥,抽检压浆饱满情况。
4.2 施工放样。
(1)因本加固工程为在既有结构物上进行加固,考虑施工中的误差,为保证不损伤原主梁预应力筋,且达到加固效果,施工放样宜采取相对平面控制为主。
(2)根据原主梁悬浇施工的特点:梁体的外轮廓尺寸、预应力束定位、钢筋及预埋件位置均以与底板底面相对位置控制,故本加固工程以原各施节段前端底板底面分中点连线为桥中心控制线。
(3)本桥里程控制点以5号墩中心为基准点,传至0号墩中心闭合平差后作为全桥相对里程控制点(在允许闭合差内方可作为放样依据)。
(4)腹板扦钉孔高程控制按设计图要求控制与主梁顶板底面倒角处相对尺寸。
(5)横隔梁水平孔放样时横桥向尺寸以实测桥中线尺寸为基准放样,高程以梁体顶桥底面为基准面控制相对位置,辅以至梁底板底面距离校核(确认避开横梁内预应力束)。
4.3 钻孔。
(1)腹板加固27mm扦钉孔采用冲击钻电锤成孔,钻头直径为27mm。全桥共计钻27孔43262个。设计钻孔深度15cm,考虑到钻头锥度,成孔时钻尖深度应不小于15.5cm。钻孔时采取措施控制深度,不得损伤预应力筋。待孔内干燥后,植入16mm“L”型扦钉,用环氧胶泥填充密实。
(2)竖向预应力孔施钻避碰原有预应力措施:竖向预应力筋孔(40mm)、混凝土灌注孔(82mm)、振捣孔(56mm)均采用130型金刚取芯机成孔,钻头直径分别为40mm、82mm、56mm。全桥腹板加固共需钻40m孔1840个,56mm孔432个,82mm孔392个,原结构主梁为三向预应力体系,预应力束(筋)布置较密,钻孔均在预应力束间隙内进行,即使放样施工位置准确,原桥本身预应力安装也存在偏差。特别是在墩中心0号块内纵向预应力束中心距为200mm,原预应力束采用外85mm波纹管,82mm混凝土灌注孔与原预应力束理论间隙仅16mm,对放样及施工要求尤为严格。因此在钻孔过程中根据实际情况进行调整显得极为重要。
因主梁原预应力束过于密集,要求钻孔精度很高,为保证钻孔时不钻断预应力束,钻孔均采用熟练工人操作,正式开钻前先组织工人试钻,并给工人讲解原预应力束的位置,做到心中有数。同时加强工人对钻机性能知识的培训,加强工人对钻机定位方法的培训,加强工人对钻机给尺进尺的培训。
钻孔时当钻机钻深在9~23cm时应注意力集中,注意手感和听觉,发现卡钻或钻机晃动时,及时停机察明原因;应及时取芯观测钻孔的实际情况。
孔位调整:根据已钻孔位的具体情况,及时调整相邻钻孔孔位的位置,从而准确判断梁体内预应力的实际位置,在现场施工中应用效果较好。
钻孔顺序:为上下游交错进行。
4.4 新老混凝土结合措施。
(1)在原有结构上加浇新混凝土,如何保证结合面的传力是关键,为此采用新老混凝土结合面凿毛,且每隔一定距离植扦钉的方法。
(2)为保证后浇混与原腹板很好地结合,以达到共同受力,原腹板内侧及加厚腹板范围内的上下倒角混面要凿毛,凿毛时须首先去除有碍新老混凝土结合的杂物,凿除裂缝压浆时封闭的表面环氧胶泥,拆除压浆咀,剥除封闭胶带,最后对原混凝土面进行凿毛,凿毛率要求达到95%。灌注前应将结合面上灰尘及杂质清理干净,并用水冲洗风干。
(3)加强新老混凝土结合的另一措施是植扦钉。
腹板上布置有梅花型扦钉,间距约为30cm,扦钉为L型;与外侧箍筋焊连,上下倒角布置扦钉,间距约为20cm,扦钉为直筋,要求与外侧箍筋焊连;加固腹板端部布置扦钉间距为20cm,扦钉为L型,要求与加固腹板外侧水平筋焊连。扦钉采用16mm钢筋弯制,植入所钻27mm的扦钉中,植入深度为15cm,用环氧胶泥锚固。
4.5 混凝土的浇注及养生。
模板采用新制钢模板,宽60cm,最大高度不超过200cm,以便于人工搬动,安装检查合格后方可进行混凝土的浇注。腹板加固采用50#微膨胀混凝土,混凝土配合比由试验室根据设计要求和施工需要进行配制,混凝土入模陷度控制在12cm~14cm,初凝时间为10h,掺微膨胀水泥以补偿混凝土的收缩,防止产生收缩裂纹。
由于腹板加厚部分除顶板下灰孔及振捣孔外全封闭,混凝土入模全部靠人工从56mm下灰孔中捣入。混凝土连续养护14天,混凝土开始灌注时应采取封桥措施禁止一切车辆通行。
4.6 张拉。
梁体内外侧的裂纹全部修补压浆完毕后,方可进行张拉作业,腹板加固竖向预应力为25mm冷拉IV级无粘结钢筋,端锚固在梁底板底面,上端锚固在梁顶板顶面。
4.7 封锚按设计要求在竖向预应力筋张拉完毕后应用环氧胶泥混凝土对底板底面轧丝锚头进行封锚。
5. 安全与质量
5.1 箱内工作照明充足,通风设施良好。
5.2 箱内电线路多,箱内潮湿,必须加强用电安全管理,确保用电安全,高压电器均设警示牌。
5.3 不得随意从底板泄水孔向外倾倒退混凝土渣及杂物等,箱内杂物及时清理干净。
5.4 钻孔作业时主梁底板顶面易产生积水,应有预先在锯齿块间低凹处钻小直径排水孔等措施预防积水。
5.5 腹板加固期间,主桥两端应设专人指挥交通,严格控制车载不大于20t,车速不大于10Km/h,车距不小于20m,超载车辆严禁上桥。腹板裂缝压浆期间全桥进行交通管制:只允许单辆车在主桥桥面通行,车载不大于20t,车速小于10Km/h。
5.6 每套施工吊篮桥面支架上应设信号旗、红灯等警示标志,禁止一切车辆碰撞,确保吊篮安全。施工吊篮安装完毕经检查验收后方可使用,使用期间各受力部位应定期检查。
5.7 由于下方为海河航道,每天有大量渔船从下面经过,因此严禁杂物等往河下抛掷。
6. 结束语
桥梁加固作业中,我们克服了放线难度大、精度差的问题,钻孔过程中保证了原有预应力体系的完好,混凝土振捣密实,顶部浇注饱满,按计划完成了加固任务。
随着社会发展以及桥梁的不断建设,使得加固桥梁存在一定问题,导致越来越难以进行加固,并且在进行加固桥梁的时候变得更加复杂。在进行加固桥梁的时候,需要充分分析施工位置、施工环境以及控制施工设备等问题,保证可以与原有的部分充分发挥共同作用。明确上述问题,能够实现加固桥梁工程的实际意义和作用,从以下几方面进行阐述。
(一)工程加固中存在的问题
第一,对于全面通车的桥梁来说,进行加固的时候,会在一定程度上影响正常运行;第二,受到技术的局限性,很有可能存在不合理结构的问题,从而使得在原基础上进行加固的时候,会出现很大的困难;第三,以前没有很发达的桥梁施工技术,使得设计理念与材料之间存在一定误差,在加固工程的时候,需要充分分析很多因素,适当增加施工难度,加固不合理结构的老化桥梁的时候,具有一定加固难度。
(二)工程加固的现实意义
在运输行业中道路交通具有很大作用,由于不断增加载重和数量,使得不能合理的支撑适当增加桥梁抗压能力和吨位,进行加固桥梁就变得十分重要。加固桥梁不仅会造成很大经济影响,也会适当增加运输量,还可以在一定程度上促进经济发展。在进行桥梁加固的时候,不需要很多的资金投入,不仅可以延长使用期限,还可以充分符合实际承载重量,充分体现安全性和实效性,避免出现意外。因此,不管是在社会上还是经济上,加固桥梁都具有一定意义和作用。
二、桥梁加固工程监理计划
(一)监理计划的详细规则
在规划加固桥梁监理方案的时候,需要依据实际施工情况建立初步计划,在进行正式加固以前需要详细分析和明确加固现状,需要充分了解和掌握加固设计结构以及结构图,保证能够掌握加固桥梁具体工程。在完成准备以后,实施下一步计划,充分分析和考察实际情况,进行客观评价和估算,然后合理计算工程。设计工程预算的时候,需要符合实际。从以前的设计方案来说,还需要充分分析安全隐患以及施工难度和强度。一是,相关部门进行技术交底的时候,需要不断改善和优化设计规划和方案;二是,需要全面详细的分析分包单位选取的资质审查,确保选择的企业可以符合实际加固规范和需求;三是,及时监督和检查施工质量以及安全技术措施,保证完善和改进管理程序和制度;四是,全面检查和分析设计规范和设计文件,保证能够符合图纸规范需求。
(二)监理计划实施的标准
在进行监理施工的时候,需要切实掌握好设计程序化工作,不仅可以保证促使相关部门变得更加规范化、程序化以及制度化,还可以在一定程度上当作施工的基本依据和基础。工作中程序不仅是准则,还是施工整体的主线。在规划监理工作的时候,需要制定一定规范,保证先后顺序,确保能够适应监理工作和工作程序。在进行施工的过程中,设计不彻底、估算不准确等原因。可能会改变监理内容,此时,需要合理的及时进行改正,但是不能改变原先设计的步骤和原则,需要得到审核以后,才可以顺利进行实施,符合先验收后施工的原则,不管在什么时候,都需要切实遵守上述原则。
三、桥梁加固工程的实施要素
(一)常见加固桥梁的方法
1、碳纤维粘贴法
在进行加固的过程中,需要适当粘贴具有高强度、高弹性的复合纤维材料,材料具备一定的良好硬度、高强度、耐磨、耐腐蚀等。如果使用相对比较特殊的粘合剂,会增加粘合时间,不仅降低难度,还可以保证稳定性,相比较钢板来说,这种材料比较轻,具有一定韧性,不会出现裂缝问题。
2、增加构件法
增加构件的方式主要就是适当增加纵梁,保证拓宽桥面宽度以及增加承载力,利用横隔板适当提高链接程度,保证拥有稳定的加固效果,比较适合使用在牢靠的很强承载力地基上。
3、提高体外预应力法
一旦桥身降低承载力的以后,适当运用增加高体外预应力的方式,在保证具有小幅度增加自身重量的时候,适当提高桥梁的硬度、承载力以及刚度,保障可以充分符合实际需求。
4、粘贴钢板法
利用化学粘结剂来合理的加固钢板薄弱的部位,保证能够进行统一混合成整体,这种方式能够均匀受力,并且施工工艺相对简单、能够在一定程度上降低裂缝,提高整体拉力,以便于可以增加抗拉抗压能力,不会太大程度上影响外形,需要依据不同性质在合理选择粘结剂。
(二)桥梁加固技术途径和基本原则
1、加固桥梁基本原则
在加固桥梁的时候,需要充分满足设计规范和标准,依据基本原则进行实施。目前,相关技术需要充分满足设计方案,考虑一定的经济原则,在进行加固桥梁的时候,需要耗费大量的物力、人力、财力,保证整体工程的安全性,不可以任意改变桥梁结构,进行加固以后需要满足具有高的性价比,安全性、耐用等。
2、加固桥梁的技术途径
在加固桥梁的时候,主要技术方式包括:加强薄弱构件、加固墩台基础、增加辅助构件以及改变桥梁结构,不同的施工方案使用不同的技术途径,在正式施工加固以前,需要充分分析加固目的和现状。
四、结束语
总而言之,进行加固桥梁是有效避免事故的发生,不仅可以降低坍塌的概率,还可以保障提高整体安全性,延长使用寿命。充分分析实施要素以及建立计划,为顺利进行加固工程提供依据和保障。
关键词:桥梁快速加固工程;CFRP材料;应用
中图分类号:K928文献标识码: A
Abstract: with the rapid development of China's economy, China's transportation industry is also in constant development, automobile increasingly large, heavy-duty, traffic volume has increased year by year, caused by the increasing pressure to the existing highway bridges. And the bridge is designed according to the old standard construction, the insufficient bearing capacity. According to statistics, there are about 5500 of this kind of bridge. To make these old bridge can continue to play its role, need to be strengthened. At present, about concrete bridge reinforcement method mainly has the pressure grouting, spraying mortar method, bridge deck reinforcement method of reinforcement, beam lower section enhancement method, steel bonding method, additional longitudinal beam method, the structure system change reinforcement method, prestressed strengthening method. Based on the author's years of experience on fast bridge reinforcement application of CFRP materials engineering are described.
Keywords: strengthening of bridges CFRP material; application
1 碳纤维增强复合材料加固桥梁的优点
CFRP材料加固桥梁优点显著,使用CFRP材料加固结构主要是将其粘贴在或者是植入结构组织的受拉区表面,通过使用其超高性能抵抗结构中承受的拉应力。和粘贴钢板加固工程相比,粘贴CFRP材料加固桥梁具有以下几方面的特点:(1)施工操作便利,不需要使用一些大型的工程机械,对环境要求不高,占用施工场地面积较小。(2)效率高强度高。其自身强度较高,在加固修补混凝土结构操作中此项优点能够完好发挥。强化结构的组织应力,改变受力方式,完成高效加固的修补目标。此项操作受抗震加固与补强方面的意义十分重大。(3)良好的耐腐蚀性与耐久性,通过相关的研究实验证明,CFRP材料在加固修补混凝土结构时耐腐蚀性与耐久性较强,对于强酸盐碱物质的抵抗能力较强。(4)施工质量有保证,因为CFRP材料在固化之前较为柔软,就算是加固的结构表面并不平整,基本上也可以实现100%的有效粘贴率。除此之外就算是粘贴固化之后,发现表面存有气泡,修补起来也是非常的方便,只需要将树脂注射进气泡当中,占据气泡的空间就可以了。但是粘贴钢板却难以达到有效的100%的粘贴率。(5)加固成本低,经过相关研究证明,使用CFRP材料取代传统钢板的桥梁加固,能够节约大概1/4的资金成本。
2 CFRP材料在桥梁加固工程中的应用
2.1 CFRP材料加固工艺的操作要点。虽然CFRP材料加固工艺并不复杂,但是对于施工要求却相当严格,其主要的施工要点包含了以下几方面的内容:(1)进行加固工作前需要了解各项加固结构的详细参数,因为不同的参数对构件极限的承载力以及破坏程度都有较大影响,只有掌握了各种数据,设计工作才能够保证井然有序。(2)在实际工作的结构加固操作中,纤维是一次受力,有相应的应变滞后现象,所以在进行加固组织结构施工的过程中需要根据设计的相关要求减轻负重,抵消或者降低组织构件已经出现的裂缝与变形,提高碳纤维的利用效率,保证碳纤维能够在最短的时间内加入到实际的工作中去。(3)混凝土表面的处理程度会对加固的效果产生的影响。可以选择使用钢丝刷对混凝土的表面进行清理,除去灰尘以及混凝土碎屑,露出新鲜的混凝土面;使用砂轮机将表面完成打磨操作,并且除去剩下的混凝土粉末,在底层涂上一层粘结剂,涂抹之前需要先用丙酮将其清洗一遍。(4)涂底层胶。在混凝土基面干燥之后,对其涂上一层底胶,保证底胶能够渗进混凝土表面的空隙当中,确保碳纤维和混凝土之间的结合紧密程度。一般在选择面积时,需要保证使用标准量对厚度进行相应的控制,使用毛刷和滚筒把底部的胶均匀的覆抹在混凝土的表面,在涂抹操作结束之后,大致7天以后开展下一步操作。(5)粘贴CFRP材料。把CFRP根据之前设计好的尺寸进行裁剪,裁剪完成之后粘贴在树脂的涂层之上,使用滚轮或者橡皮刮刀按着纤维自然方向用力进行推平,把当中的气泡消除,保证碳纤维材料能够完全融合在树脂中,在一些连接部位,需要保证兼顾程度,因此需要多涂刷一些。除此之外,施工人员需要注意的是,在粘贴CFRP时,一定要将混凝土的基面擦洗干净,粘结剂需要均匀的涂刷,粘贴的过程中配合滚轮进行来回的滚实,保证不会出现起鼓的现象。
2.2 CFRP材料运用在我国的桥梁加固工程中。我国真正开始使用CFRP材料在桥梁加固工程中,是从上个世纪90年代后期开始的。分析这些年的应用情况,可以发现CFRP材料用在桥梁工程的频率越来越多。像南京机场路高架桥空心板的补强修复以及卢沟新桥的补强修复等等。所以,伴随着碳纤维材料广泛使用在桥梁结构加固工程上,我们需要更多的碳纤维材料加固理论支撑实际的操作。
3 CFRP材料在实际桥梁工程运用中存在的问题
因为我国使用这项技术发展的时间较短,不管是经验或是数据理论都有待加强,这些客观原因造成CFRP材料在桥梁工程中的应用还有各种问题需要解决,总结主要的问题有以下几点:
3.1 CFRP的抗疲劳问题。特别是纤维薄布和砼组织界面的疲劳破坏与环境影响问题。现如今关于这项问题的研究在国际上还只是处于刚刚起步的阶段,我国对于这项问题的研究也是近两年开始入手操作。
3.2 CFRP材料的老化问题。CFRP材料在大气下暴晒,或者受到了液体的浸泡和化学物质的侵蚀等等,会出现老化情况,这种老化会造成力学性能出现变化,因此研究出防止CFRP材料老化措施也是一项重点难点问题。
3.3 准则的确定。现如今我国在碳纤维材料加固修补工作中,没有一整套统一的理论,以至于这项新的技术在推广过程中遭遇到相对严重的问题。因为没有统一的规章,各项理论都是零散存在,造成推广过程中阻力十分明显。
3.4 研制新型产品。因为碳纤维和玻璃纤维相比,延展性不强,有较强的脆性,所以需要研究出碳纤维和其他纤维材料混合的新型纤维材料,不但能够增加组织结构的抗变形能力,提升其操作的延展性,而且因为其他纤维材料的成本不高,加固的成本也就可以明显降低。
总而言之,碳纤维材料使用在桥梁工程应用中还存在着一系列的问题需要深入研究,将这些问题攻克后能够在理论操作和实际工程中都有更加长远的发展和改善。
4 CFRP材料在加固工程中的应用前景
和传统的桥梁加固方式相比,CFRP材料加固桥梁操作中,施工更加的便利,而且适应性能更强,抗腐蚀能力好,基本上不会增加自身结构的重量,不会造成原组织结构的损坏。这些优良技术会给桥梁加固修补带来巨大的变革,为桥梁加固工程开辟出更多更新的产业道路,保证桥梁加固技术能够取得长远的进步。另外,我国最近几年地震频发,震后粘贴碳纤维片材加固以及在震前就使用CFRP材料完成抗震性能的提升,能够良好的抵御地震带来的影响。伴随着CFRP材料性价比的稳步提升,以及各项操作工艺的成熟,未来的桥梁加固建设中,CFRP材料使用的范围将会越来越大。
5 结束语
我国碳纤维加固桥梁技术发展的时间还很短,但是其优势是显而易见的,未来桥梁加固工程中使用CFRP材料是历史的必然需求。但是因为现如今我国的设计标准还不全面,所以,需要更加深入的研究此项技术,保证CFRP加固技术能够为工程建设提供更大的支持。
参考文献
[1] 刘沐宇,李开兵,陈开利.CFRP在桥梁加固工程中的应用研究[J].黑龙江工程学院学报.2012,16(04).