浅谈大理总段黄金线(s227)k117+126长新林工站桥危桥改造加固工程

'浅谈大理总段黄金线(S227)K117+126长新林工站桥危桥改造加固工程（代表作）我国有着悠久的建桥历史，到2005年底，全国通车运营的公路桥梁总数已达33.7万座，计1475万延米。在桥梁建设事业飞速发展的同时，由于社会和经济的大力发展，交通量急剧上升，超限超载车辆频繁通行；早年设计的桥梁，安全度低，设计荷载均在汽车－20级以下；桥梁耐久性差和年久老化；电站大件运输的需要；自然灾害等诸多原因，我总段的桥梁加固工程也逐步增多。我始终保持着旺盛的求知欲，注重桥梁结构历史与现状调查，认真进行现场检查记录分析，查阅相关资料，翻阅相关书籍，分析总结积累了一些经验，现以长新林工站桥为例，与大家共同探讨。一、原桥概况长新林工站桥隶属于大理总段云龙段管养，位于黄金线（S227）K117+126处，跨越沘江河。上部结构为2×20m装配式T型梁，下部结构为重力式石砌墩台，设计荷载为汽-20、挂-100，建于1995年。1998年至2002年黄金线进行油路化改造时，对该桥没有进行加固处理。二、使用情况及病害描述长新林工站桥担负着州、县间及兰坪铅锌矿的重要交通运输任务。由于受当时各种条件限制，施工缺陷大，横向联系薄弱，以及社会和经济的大力发展，人民生活水平的大力提高，区域小水电站开发及兰坪铅锌矿产资源运输，交通量急剧上升，第10页 超限超载车辆的频繁通行，已属超负荷的桥梁。多年使用后，现该桥T型梁肋产生大量竖向贯通裂缝，翼板铰接断裂失效，桥面大量纵向裂缝，横向联系十分薄弱，整体刚度下降，挠度增大，并且各主梁在跨中下缘出现较多裂缝，一般延伸至翼板下缘，1/4跨至支座产生多条45°斜裂缝，主梁抗弯及抗剪强度严重不足，桥台受山体地下水影响，台身大量渗水，存在严重安全隐患。三、加固处理方案措施由于该桥是在不中断交通的情况下进行，有交通干扰，施工场地狭窄、拥挤，桥梁结构存在严重安全隐患，桥位位于S形弯道上跨越沘江，桥下水流湍急，结合其病害情况作如下加固处理：1、植筋增设双层钢筋网连续桥面铺装为了减少跨中挠度，减小跨中正弯矩，增大结构整体刚度，约束梁体跨中下缘裂缝发展，提高结构承载能力，将原结构2×20m装配式简支梁桥梁端连接起来，使受力体系由原来的简支结构转化为2孔连续的超静定结构，如下图：简支改连续提载加固后，新增恒载与汽车活载由连续梁体系承担，其在跨中产生的正弯矩比简支梁体系小，起到了卸载及提高承载能力的作用，且由于桥面铺装加强层混凝土参与受力，截面高度增加了，提高了结构抗弯能力和刚度，而中墩上是双支座支撑第10页 ，减少了支座间的负弯矩，即相对于单支点有消减负弯矩峰值的作用。在简支改连续提载加固的同时，减少了伸缩缝数量，提高了行车舒适性，减少了桥面不平整车辆荷载对桥梁的冲击，使荷载横向分布趋于合理。由于桥面铺装加强层横向也是一个刚性板，同时也加强了横向联系，提高了应力横向分布能力，改善了翼板铰接断裂失效的情况。加固处理情况如图示：梁体结构在变化受力体系后，梁端会有负弯矩，梁端连接不好会直接影响加固效果，因此Ｔ梁端间隙面要进行凿毛处理，并用高压水枪冲洗间隙面浮皮污物，晾干后喷洒界面剂，然后用SCM无收高强微膨胀混凝土填塞密实。植筋增设双层钢筋网连续桥面铺装，钢筋设置不仅按桥面铺装加强层考虑，还重点在负弯矩区段（横桥向Ｔ梁肋上面，纵桥向中墩左右各1/2跨）增设受力钢筋②号筋、④号筋和⑤号箍筋，③号筋与②号筋焊接延伸至桥台处，①号筋全断面通长设置。为了加强梁端连接，①号筋、②号筋和④号筋跨越中墩负弯矩区域时，采用通长筋，严禁在墩顶处进行搭接。第10页 由于该桥不中断交通，采用分幅施工，⑥号筋先施工的半幅要预留12cm焊接长度。桥面结构受力考虑铺装层参与受力，因此，铺装层能否参与受力以及参与受力的效果，直接关系到结构加固的效果与成败，能否达到预期效果，关键取决于新旧混凝土能否牢固地形成一个整体。因此，为确保新旧结构共同受力的可靠性和耐久性，需要从施工工艺上采取适当措施，以提高新旧混凝土的黏结程度。这些措施有：①、将原桥面铺装混凝土全部凿出，并使用高压水枪冲洗处理，清除松动、破损混凝土，然后再凿去部分梁顶混凝土，约２cm左右，并使表面粗糙，形成齿状。在凿除桥面铺装层混凝土时，避免过大锤击，不能破坏原T梁结构和周边不需拆除的人行道板等，保留原预制T梁及铰缝上伸入桥面铺装层的预留钢筋和与原桥面铺装钢筋相连的其它钢筋，并使以上原桥钢筋在开凿面外能保留足够的焊接长度；②、在原T梁顶面钻孔，孔径Φ16mm，孔深6cm，孔距30cm，并用干净无油的压缩空气吹出灰尘，必要时可用干净棉布沾少量丙酮或酒精擦净孔壁，再将Φ12⑦号锚筋表面进行除锈处理并用丙酮或酒精擦拭干净，并向植筋孔内注胶，挤胶过程应尽可能保证均匀、连续、避免中间停顿，每孔注胶量应略大于其理论需胶量，再将锚筋旋转插入至孔底，保证孔口溢胶并注意防止漏胶，胶层是否饱满，将直接影响锚固力的大小。凝胶后固化1-2天，在固化过程中避免扰动，外观检查注胶是否饱满、固化是否正常，要求植筋抗拔力≥15KN。钻孔植筋检验合格后，第10页 将新增设的桥面钢筋与原桥面预留钢筋、钻孔植筋、铰缝钢筋、新增横隔板穿入钢筋（N1筋后述）等焊接固定形成整体钢筋骨架。③、清除表面杂物，可用高压水枪冲洗混凝土表面浮皮污物，晾干后喷洒界面剂如1:0.4铝粉水泥浆、1:1铝粉水泥砂浆、环氧胶液等来加强新旧混凝土的粘结性，然后浇筑干硬性混凝土，使用免收缩补偿剂或纤维混凝土浇筑铺装层，以减少新浇筑混凝土的收缩，减少新旧混凝土之间产生的差动收缩力，提高新旧混凝土的黏结力，提高补强效果。铺装层混凝土浇筑后，应加强养护，桥面铺装混凝土未达到设计强度80%时，不允许车辆在新浇筑的桥面上行驶，避免铺装层过早受力。2、新增横隔板由于原翼板铰接断裂失效，桥面大量纵向裂缝，横向联系十分薄弱，仅仅依靠桥面铺装加强层不足以满足桥梁的横向刚度。为了满足桥梁的横向刚度，改善横向应力分布，对各跨每两道横隔板间增设一道横隔板，如图：第10页 为了加强横隔板与连续桥面铺装加强层的黏结，将横隔板竖向箍筋N1钻孔穿透翼板出露15cm,待浇筑桥面铺装时与桥面铺装钢筋焊接。为了提高横隔板整体刚度，加强与T梁肋的连接，其横向主筋N2、N4钻孔穿透T梁肋，半幅施工时横穿钢筋采用套管进行紧固预拉后封闭孔壁，注压环氧树脂，横隔板与T梁肋接触面打磨并清除松散表层混凝土。横隔板施工时，在新增横隔板处开凿71cm×15cm的孔洞，用于吊模浇筑横隔板混凝土。开凿孔洞时避免过大的锤击，不能破坏周边不需拆除的翼板，保留原有钢筋足够的焊接长度，与N3、N4、N1钢筋焊接。有时为了进一步提高桥面横向刚度，可将铰缝开凿71cm宽，吊模现浇混凝土做成刚性连接的湿接头。此桥通过桥面铺装及新增横隔板已能满足横向刚度的要求，且全部凿除铰缝后T梁成了孤立的单片梁，给加固过程的稳定性带来了风险，需加固过程临时支护，因此此桥只开凿横隔板位置。新增横隔板吊模浇筑C40级SCM微膨胀混凝土，以减少新浇筑混凝土的收缩，减少新旧混凝土之间产生的差动收缩力，提高补强效果。3、粘贴钢板为了封闭和约束裂缝，提高梁底弯拉强度、梁侧抗剪强度以及梁的刚度和抗裂性能，一是在除2×L/8梁端外的梁肋底面铆粘抗弯拉钢板，二是在梁端L/4范围内的梁肋侧面铆粘抗剪切钢板（45°斜向）。通过粘贴钢板于梁的受力部位，将混凝土与钢板作为一个新的整体共同受力，充分发挥了钢板的高强性能，封闭构件裂缝，约束混凝土变形，从而提高了梁体的刚度和抗裂性能，提高梁体的承载能力。如图示：第10页 粘贴钢板加固施工流程为【搭设施工支架】→【被加固混凝土表面砂轮磨平处理】→【钢板表面刨床或刻痕处理】→【钢板与被加固混凝土表面钻孔】→【丙酮清除钢板表面油脂、刷子清除混凝土表面灰尘】→【钢板和混凝土粘结面环氧树脂均匀打底】→【注胶、压贴钢板，拧紧锚固螺栓】→【高稠度环氧树脂水泥砂浆缝隙填塞及勾缝封住螺栓帽】→【钢板表面除锈涂红丹两道、灰漆一道做防锈处理】→【固化养生】。在加固混凝土表面钻孔时，为了减少对原结构产生的损伤，钻孔前应用钢筋探测器探出钢筋的准确位置，允许为避开梁内钢筋而适当移动孔眼位置，相应调整钢板孔眼位置，保证不破坏原Ｔ梁钢筋。试验表明粘贴钢板加固梁破坏时，一般钢板能达到屈服强度。但有时候钢板未达到屈服强度，而是钢板与混凝土撕脱导致破坏，这种破坏梁中钢筋应力突增，很快进入强化阶段而脆性破坏，加固中要避免这种情况发生。因此，必须确保钢板与混凝土粘结可靠耐久，需要从施工工艺上采取以下措施：①、粘结剂质量必须符合设计和规范要求，质量性能安全可靠，使用前进行现场质量检验，合格后方能使用。并且不能在低温、高温、高湿、水下及有化学腐蚀的地区使用，长新林工站桥环境情况可以使用。②、第10页 被加固混凝土强度不应低于C20，结合面要打磨处理风化软弱混凝土表层直至露出新鲜面，再用棉花沾丙酮擦拭表面。凹凸不平时要用环氧树脂修补平整。当粘结面混凝土强度低时，粘结面应力集中容易破坏混凝土而达不到预期效果。长新林工站桥混凝土强度能满足要求。①、钢板一般采用3号钢或16锰钢，钢板、连接螺栓及焊缝的强度符合现行钢结构设计规范。钢板表面可用喷砂、砂布、或平砂轮机打磨等措施除锈，直至出现金属光泽，再在钢板表面刨床或刻痕加工处理，粗糙度越大越好，且纹路尽量与钢板受力方向垂直，然后用脱脂棉花沾丙酮擦拭干净。②、压贴钢板。压贴钢板及固化养生期间应封闭交通，固化期不得扰动钢板。胶液要均匀涂刷，粘贴密实，不得有空洞，否则重新粘贴。粘贴好后用锚胀螺栓固定。4、其它附属工程由于采用桥面铺装加强层加固桥梁，务必对原桥面铺装进行凿除，同时也凿除了伸缩缝。中缝采用了连续桥面铺装，因此只重做端缝，采用CD－60型伸缩缝，其U形锚筋及底部两根横筋在浇筑桥面铺装时预埋好。伸缩缝安装要平整顺直，型钢后缘预留槽内铺装要有足够的强度，采用C40钢纤维混凝土。在桥面连续铺装层上恢复中粒式和细粒式沥青混凝土面层。鉴于桥台受山体地下水影响，台身大量渗水，地基承载力下降危及桥台稳定，在两岸桥台两侧增设复式盲沟，加强排水。复式盲沟上部采用C15片石混凝土明沟，下部盲沟两侧采用干砌片石侧墙，中间是直径为40cm的带孔PVC管，外包过滤土工布和碎石反滤层。如图示：第10页 四、加固方案技术、经济比较该桥除了考虑改简支为连续的本提载加固方案外，还考虑过其它加固方案。一是增加中墩。与之相比，此法在技术上需要压缩河床断面，势必进一步加大冲刷，危及桥台稳定，且桥下河流湍急，增在了施工难度。而同样要采用加强横向联系的措施，也要拆除桥面系部分，经济上也不及原先的加固方案。二是增大T梁肋下部马蹄形断面及配筋。此法没有调整梁体的内力结构，增大了恒载，梁体应力比加固前大，要达到预期效果，投资一定比原先方案多很多。若采用在原T梁间架设新梁，投资也一定比原先方案多很多。三是粘贴钢板改为粘贴碳纤维片材。虽然碳纤维片材能很好的封闭裂缝，约束裂缝发展，但是碳纤维片材不具备钢材所拥有的延性，加固后T梁的延性将受到限制，构件中的应力重分布将受到约束，应力得不到合理的分配，原结构钢筋还达不到屈服强度，碳纤维片材可能就已脆性破坏。而原先方案中的粘贴钢板将与主梁共同承担主弯拉应力及斜截面剪切应力，无法用碳纤维材料替代。第10页 综合上述，此加固方案节约成本、技术可行、牢固可靠、简便耐用，经济适用。五、桥梁加固后效果评价桥梁加固后，通过使用、观测和检查验证，有力的证实了加固工程有效利用了原桥梁资源情况，节省了投资，保障了车辆通行安全，加固方案经济、适用、耐久、安全、完整。大理公路管理总段王军2009年5月16日第10页'