淺談系桿拱橋加固施工技術(shù)
2015-06-01
1引言
系桿拱橋是梁、拱、板等組合而成的復(fù)合體系，因其造型優(yōu)美而廣泛應(yīng)用于橋梁工程當(dāng)中。我國早期建設(shè)的系桿拱橋，通常具有一定的歷史文化價值，不少橋在使用過程中, 由于橋梁修建時技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較低，加之交通量的迅猛增長、橋梁本身材料與結(jié)構(gòu)自然老化、以及使用環(huán)境變化，超重、超限車輛的破壞作用，其承載力很多已經(jīng)不足。采用適當(dāng)?shù)募庸碳夹g(shù)，恢復(fù)和提高舊橋的承載力及通行能力，延長橋梁的使用壽命及保持其歷史性和文化性，以滿足現(xiàn)代化物質(zhì)文化生活需要，具有重要意義。
2 鋼筋混凝土系桿拱橋病害
鋼筋混凝土系桿拱橋既會產(chǎn)生一般橋梁會出現(xiàn)的病害，也會因自身獨有結(jié)構(gòu)而出現(xiàn)比較獨特的病害。
2.1上部結(jié)構(gòu)（含橋面系）主要病害情況
?、俟袄邔儆谑軌簶?gòu)件，拱軸線變形；混凝土結(jié)構(gòu)拱肋產(chǎn)生裂縫，混凝土剝落、碳化嚴(yán)重，露筋或鋼筋銹蝕。
?、谙禇U產(chǎn)生裂縫，混凝土碳化嚴(yán)重，露筋或鋼筋銹蝕，預(yù)應(yīng)力系桿鋼絞線銹蝕或預(yù)應(yīng)力損失嚴(yán)重；預(yù)應(yīng)力系桿斷裂。桿防護(hù)不到位、鋼絞線銹蝕；吊桿頸縮、斷裂。
?、巯盗?、橫梁產(chǎn)生裂縫，露筋或鋼筋銹蝕，預(yù)應(yīng)力鋼絞線銹蝕或預(yù)應(yīng)力損失嚴(yán)重。
?、軜蛎嬗袡M縱向裂縫、局部坑槽、橋頭跳車，伸縮縫部位裂縫發(fā)展。
⑤支座移位或銹蝕，照明、欄桿、排水等設(shè)施損害。
2.2 下部結(jié)構(gòu)主要病害情況
①橋墩、橋臺平面位移或沉降，混凝土產(chǎn)生裂縫，混凝土剝落、碳化嚴(yán)重，露筋或鋼筋銹蝕，混凝土強度降低。
?、诨A(chǔ)底部有沖刷、侵蝕及淘空。
?、塾捎谒蓜游灰?、沉陷等原因造成護(hù)坡頂高度下降狀況以及斷裂和破損狀況，河涌內(nèi)漂流物堵塞現(xiàn)象。
3鋼筋混凝土系桿拱橋加固常用方法
3.1 擴(kuò)大截面法
加大截面加固法也稱為外包混凝土加固法,是用增大混凝土結(jié)構(gòu)物的截面面積和配筋進(jìn)行加固的一種方法。加大截面加固法一般采用兩種方式:一種是加厚橋面板;另一種是加大主梁梁肋的高度和寬度。該法工藝簡單、適應(yīng)性強,具有成熟的設(shè)計和施工經(jīng)驗,適用于較小跨徑的T梁橋或板橋的加固。采用此法加固后橋梁剛度明顯提高,承載能力也能取得較好的效果。但現(xiàn)場施工的濕作業(yè)時間較長,加固后的建筑物凈空有一定減小。
3.2 置換吊桿法
目前系桿拱橋吊桿更換采用的方法都是設(shè)置臨時構(gòu)件，將被更換吊桿的索力先轉(zhuǎn)移到臨時構(gòu)件上，再拆掉舊吊桿和安裝新吊桿，最后將臨時構(gòu)件上的力轉(zhuǎn)移到新吊桿上來。吊桿更換經(jīng)過索力由舊吊桿向臨時構(gòu)件上轉(zhuǎn)移再從臨時構(gòu)件上向新吊桿上轉(zhuǎn)移的兩次體系轉(zhuǎn)換。目前所使用的臨時構(gòu)件大致可分為臨時支架、臨時吊桿和臨時兜吊三種方法。
3.3 碳纖維材料加固
粘貼碳纖維增強塑料加固法采用專門的樹脂將碳纖維粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)受拉表面,與原結(jié)構(gòu)形成新的受力整體,與鋼筋共同承受荷載,降低了鋼筋應(yīng)力,從而使結(jié)構(gòu)達(dá)到加固和補強效果。此法幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重和截面尺寸,不改變凈空高度,施工方便,對原結(jié)構(gòu)幾乎不會造成新的損傷,具有良好的耐腐蝕性、耐久性和抗疲勞性能,根據(jù)受力分析可進(jìn)行多層粘貼進(jìn)行補強,其方向性也可以靈活掌握。
4 梅江橋加固施工
4.1 工程概況
4.1.1 工程概況
廣東梅州市梅江橋始建于民國二十三年（1934年），位于梅州城區(qū)中心地段，北接?xùn)|門塘廣場，南接梅江大道，是連接梅城江北老城區(qū)與江南城區(qū)的重要橋梁之一，也是梅州市的標(biāo)志性建筑之一。由于梅江橋服役時間較長，橋梁各部分構(gòu)件均有不同程度的損傷，有些構(gòu)件甚至已退出工作，致使橋梁的整體結(jié)構(gòu)性能嚴(yán)重下降，橋梁的強度及剛度均不能滿足要求，存在嚴(yán)重的安全隱患。
梅江橋幾經(jīng)修繕，1966年曾進(jìn)行加固和擴(kuò)建，現(xiàn)梅江橋全長360m，主橋約226米，橋面寬度為12.08m，行車道橋面凈寬5.8m。梅江橋主橋為11孔跨長19m～22m的下承式鋼筋混凝土系桿拱
橋，拱肋與吊桿均為混凝土構(gòu)造，吊桿為普通鋼筋。
4.1.2 加固方案
本次加固大修在維持原橋風(fēng)格的基礎(chǔ)上，采用加固拱肋和系梁、更換吊桿等技術(shù)措施，恢復(fù)橋梁的承載能力，并對橋梁損傷構(gòu)件進(jìn)行修補。
加固措施：對梅江橋引橋墩柱采用加大截面、板底采用粘貼碳纖維加固的方法進(jìn)行加固。主橋主要通過增大原橋拱肋及系梁的截面、更換原鋼筋吊桿為φ32預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼吊桿的方式進(jìn)行加固。拆除原30年代的拱肋欄桿，在原位安裝鋼桁架，并通過掛網(wǎng)批蕩恢復(fù)原來的形狀。在新增系梁的支座位置安裝剛性盆式支座，支座設(shè)計為三向受力支座，可以提供豎向承載力外，還提供豎向拉力、橫橋向的抵抗力，以解決漲水而引起的漂流物的撞擊力和水浮力引起的落梁問題。
4.2主要施工技術(shù)
4.2.1 下部結(jié)構(gòu)加固
梅江橋橋墩承載力充足并有一定的安全儲備，橋墩不需要進(jìn)行承載力的加固，僅進(jìn)行防沖刷保。施工時，放干西陽水電站蓄水以降低河水水位，便于對基礎(chǔ)周邊河床底進(jìn)行清淤處理。清淤后，在基礎(chǔ)周邊預(yù)埋混凝土灌漿管，待形成一定坡度后，采用預(yù)埋的混凝土灌漿管灌注水下不擴(kuò)散混凝土，最后形成基礎(chǔ)周邊河床的防沖刷保護(hù)層。
4.2.2 網(wǎng)架支架
施工支架是支撐橋梁的關(guān)鍵，本工程網(wǎng)架為橋面的施工提供平臺的同時亦是吊桿置換的臨時支架。為保證度汛安全及汛期前后的快速裝拆要求，施工支架采用鋼管柱加空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式。鋼管樁施工支架符合放水后河床的地質(zhì)條件（軟基），不易產(chǎn)生變形，防止突發(fā)洪水災(zāi)害造成支架損毀。為保證施工支架有足夠的強度及穩(wěn)定性，支撐前需對支架支頂位置處進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓力為單點250KN，一跨8點。
4.2.3 拱肋、系梁加固
梅江橋30年代拱肋下緣鋼筋銹蝕非常嚴(yán)重，全部進(jìn)行拆除。原30年代拱肋為中空的桁架式結(jié)構(gòu)，桁架腹桿間空隙為后期砂漿填充，并不受力，考慮種種因素，把30年代T型拱肋的翼緣加肋以下的部分拆除，拆除后重新澆筑新的拱肋截面，并使拱肋截面底面與30年代拱肋高度相同，并覆蓋60年代拱肋底面。施工時，拆除30年代拱肋的相應(yīng)部分后，先對60年代拱肋與新增截面接觸面混凝土進(jìn)行鑿毛、鑿槽處理，并在拱肋截面上植筋增加新舊混凝土間抗剪作用，在新增拱肋位置預(yù)埋預(yù)應(yīng)力管道與預(yù)應(yīng)力鋼筋。
系梁加固采用了擴(kuò)大截面法、植筋加固等多種方法。梅江橋加固過程中將30年代系梁部分拆除，拆除后在30年代系梁側(cè)新增系梁并與60年代系梁連接成整體。對新舊接觸面混凝土進(jìn)行鑿毛和鑿槽處理，并植抗剪鋼筋。在新增系梁位置預(yù)留預(yù)應(yīng)力孔道（原有人行道挑臂位置通過鉆孔后埋置鋼管，鋼管與混凝土間灌注環(huán)氧）。
4.2.4 植筋加固法
梅江橋加固工程中，系梁和拱肋都采用了植筋加固法，其施工工藝流程為：定位→鉆孔→清孔→鋼筋處理→配膠注膠→錨固鋼筋→固定養(yǎng)護(hù)→檢查驗收。
植筋加固中應(yīng)注意以下幾點要求：①清理原結(jié)構(gòu)：清除原基材表面松動雜物，混凝土表面溫度及濕度達(dá)到膠體的要求；②標(biāo)定孔位鉆孔：按照圖紙尺寸標(biāo)定孔位；③鉆孔：孔深與錨筋埋設(shè)深度相同，孔徑孔深宜按設(shè)計數(shù)據(jù)，孔位應(yīng)避讓構(gòu)造鋼筋，孔道應(yīng)順直。④清理鉆孔：孔道先用硬鬃毛刷清理，再以高壓干燥空氣吹去孔底灰塵、碎片和水分，孔內(nèi)應(yīng)保持干燥。⑤灌膠：將植筋膠由孔底灌注至孔深約2/3處，待插入錨筋后，膠即充滿整個孔洞（孔內(nèi)膠量以插入鋼筋后溢出少許為宜）。⑥插入錨筋：將鋼筋插入已注膠的孔并固定，確保植入深度，錨筋插入前應(yīng)清除插入部分的表面污物，若有新舊銹斑，應(yīng)用砂紙擦干凈；應(yīng)旋轉(zhuǎn)插到孔底，孔口多余的膠應(yīng)清除；污物應(yīng)先以鋼刷清除，再用丙酮擦凈，并予拭干。⑦在環(huán)氧材料完成固化過程之前，不得對結(jié)構(gòu)有較大擾動。植筋后12小時內(nèi)不得擾動鋼筋，若有較大擾動宜重新植筋。
4.2.5 吊桿置換
通過在拱肋、系梁增大截面部分預(yù)留管道，安裝精軋螺紋鋼預(yù)應(yīng)力吊桿。吊桿上端預(yù)埋在新增拱肋，下端在系梁底面作為張拉端。吊桿位置通過局部植抗剪鋼筋加強新舊混凝土之間的共同作用。
精軋螺紋鋼采用一端張拉方式：拱肋端預(yù)埋在新增拱肋混凝土內(nèi)，通過預(yù)埋管道延伸至新增系梁下部，施工時在系梁底部進(jìn)行張拉，張拉完成后進(jìn)行封錨。吊桿布置與30年代吊桿布置相同，每跨單側(cè)12根吊桿，每根吊桿為單根Φ32精軋螺紋鋼，抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值為930MPa。
吊桿更換施工采用臨時支架法，在系梁下設(shè)置網(wǎng)架支架，利用千斤頂，將作用在原吊桿上的力轉(zhuǎn)移到網(wǎng)架支架上，在吊桿卸載后，臨時支架代替被更換吊桿，支撐住橫梁而防止橫梁過大的變形，確保橋梁處于安全狀態(tài)。
吊桿預(yù)應(yīng)力張拉采用內(nèi)力和線形雙控制控制方法，在上部結(jié)構(gòu)全部施工完畢混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度的90%后，單跨24根吊桿同時進(jìn)行。初張拉分二級進(jìn)行（均勻分配），二次張拉分三級進(jìn)行（均勻分配）。張拉過程中嚴(yán)格對梁體的撓度、60年代吊桿、新舊砼結(jié)合部位進(jìn)行監(jiān)控。
4.2.6 碳纖維布加固
工程項目中對原60年代系梁、拱肋、引橋部分采用了碳纖維加固方法。碳纖維片材采用300g/m2、0.167mm厚的碳纖維布。粘貼好后涂刷聚氨酯防護(hù)漆，施工時粘貼碳纖維布在鑿除30年代系梁前完成。
碳纖維布加固施工工藝：砼表面處理→涂刷底膠→構(gòu)件表面殘缺面修補→粘貼碳纖維→養(yǎng)護(hù)固化→表面涂裝。
粘貼碳纖維材料之前，首先應(yīng)確認(rèn)粘貼表面干燥，氣溫宜在-10℃以上，相對濕度RH≤85%。碳纖維材料運輸、儲存、裁切和粘貼過程中應(yīng)注意保護(hù)：宜用鋼直尺與壁紙刀按規(guī)定尺寸切斷碳纖維材料，每段長度一般不超過6m，材料的裁切數(shù)量應(yīng)按當(dāng)天的用量裁切為準(zhǔn)。碳纖維縱向接頭必須搭接20cm以上。
4.2.7 裂縫處理
對結(jié)構(gòu)上、下部存在的所有可見裂縫進(jìn)行處理，對于裂縫寬度w<0.15mm且深度較小的細(xì)小裂縫可采用表面涂刷封閉膠進(jìn)行處理，對于裂縫寬度w≥0.15mm的裂縫采用高壓裂縫灌漿處理。裂縫灌漿膠采用無溶劑型改性環(huán)氧樹脂類灌注樹脂。施工時不得摻加任何溶劑，不得含有任何填料。
環(huán)氧樹脂灌縫處理流程：裂縫調(diào)查→裂縫處理→設(shè)置灌漿嘴→封縫膠封縫→封縫檢查→配置膠液→壓力注膠→固化→檢驗。
施工要點：
?、倭芽p混凝土表面處理：用鋼絲刷反復(fù)刷裂縫表面左右4cm的混凝土直至表面浮漿脫落，用無油壓縮空氣除塵，用丙酮試劑擦洗表面。
?、谡迟N注入器底座：首尾各一個，中間按間距20～30cm布置，縫寬則疏，縫窄則密。在一條逢上必須有進(jìn)漿孔，排氣孔，出漿孔。
③裂縫表面封閉：用密封膠封閉裂縫表面，膠泥厚不小于lmm，寬度2～3cm。
④密封檢查：從最下或左的進(jìn)漿孔輸入0.4 MPa無油壓縮空氣，相鄰或右孔排氣時逐個關(guān)閉所有閥門，再沿縫附近涂刷肥皂水檢漏；若有氣泡冒出說明該處漏氣，作好標(biāo)記。用裂縫表面封閉膠對漏氣的區(qū)域進(jìn)行封閉，待達(dá)到強度后再氣檢，如此反復(fù)直至不漏氣為止。
?、莅凑展?yīng)商提供的產(chǎn)品說明書要求配制裂縫灌注膠，用低速攪拌器攪拌均勻。
?、蘖芽p灌漿：用有恒壓作用的注入器自動灌注裂縫封閉膠，當(dāng)相鄰孔不夾氣冒膠時關(guān)閉該閥，逐一排氣冒膠關(guān)閥，直至最后一個閥。
?、叻饪诮Y(jié)束：待縫內(nèi)漿液達(dá)到初凝而不外流時可拆下灌漿嘴，再用封閉膠抹平封口。
4.3 加固后橋梁運行效果
梅江橋加固工程于2008年10月中旬開始施工，2010年元旦開放通行。加固大修后的梅江橋消除了病害，結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，重新恢復(fù)了橋梁的使用功能，能夠滿足12座以下（含12座）客運車輛、兩輪摩托車和自行車、行人通行的要求，并解決了管線架空懸掛等問題。梅江橋加固大修，最大程度地保留了結(jié)構(gòu)特色和建筑風(fēng)格，延續(xù)了其歷史性和文化性，取得了一定的經(jīng)濟(jì)和文化效益。
5 結(jié)語
本文通過梅江橋加固大修施工中采取的擴(kuò)大截面法、預(yù)應(yīng)力法、植筋法、粘貼碳纖維布法等多種方法實例，說明鋼筋混凝土系桿拱橋加固一般方法及其施工技術(shù)。舊橋檢測、評定與加固技術(shù)是一項既綜合復(fù)雜又在不斷發(fā)展和更新的技術(shù)，施工技術(shù)與經(jīng)驗也在不斷積累和探索中，其工藝的可靠性、可行性、合理性、耐久性等必須經(jīng)過反復(fù)的科學(xué)試驗和實踐論證且需經(jīng)受時間的考驗。通過大量實踐，進(jìn)一步探求其規(guī)律，不斷更新和發(fā)展加固技術(shù)，是工程技術(shù)人員不懈的追求。
