江西省公路旧桥加固技术研究与实践_2

从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果江西省公路旧桥加固技术研究与实践一、 问题 的提出随着时间的推移，任何公路桥梁都将成为旧桥，都会因各种原因不同程度地存在缺陷、病害需要维修、加固和改造。江西省大部分二十世纪六、七十年代修建的、设计荷载标准较低的公路桥梁仍在服役，截止XX年底，江西的危桥有427座, 13849延米, 旧危桥改造任务十分繁重，全部推倒重来的思想既不现实，也不 科学 ，更不应该。因此，我省在八十年代初，在不断提升技术等级的公路改造、改建过程中，即开始公路旧桥加固改造技术的 研究 与实践。先后针对不同桥型、不同的加固技术和 方法 ，完成了多项旧桥加固改造方面的科研项目，取得了显著的 经济 效益和 社会 效果，其中两项获江西省科学技术进步奖。由于旧桥检测、评定与加固技术是一项既综合复杂又在不断 发展 和更新的技术，也是公路工程技术人员共同关心的热点问题。所以，下面简要介绍江西省在公路旧桥加固技术的一些研究成果和实桥情况。二、主要开展的科研项目介绍1、我省于1983年完成“提高小型梁板桥承载能力的研究”，为定性地衡量改建前后桥梁刚度及承载能力提高程度，提出了“刚度提高度”和“承载能力提高度”两个指标，以及 计算 方法。两者反映的是全桥状况，前者指全桥刚度提高了的倍数，后者指全桥承载能力提高了的倍数。该项成果多次被外省引用。2、1988年1991年完成的“锚喷砼加固双曲拱桥的研究”，使一座五孔跨径45米的双曲拱桥由原设计荷载：汽13，拖60，提高到汽超20，挂120，并安全通过总重134吨的超重车。该项成果，经 交通 部 科技 情报所检索查新证实，在当时属全国采用锚喷砼加固桥梁中，跨径最大、提高桥梁荷载等级最多。3、1994年成功完成全国首座梁底侧采用体外预应力直索加固提载梁式桥的研究，并同时采用锚喷技术，解决了体外预应力索锈蚀和受温度变化失效的技术难题。4、1996年完成了“带挂孔普通钢筋砼双悬臂梁桥加固研究”课题，成功地 应用 钢纤维砼解决了桥面负弯矩区砼开裂、致使钢筋锈蚀的问题。5、成功完成悬臂式拓宽梁式桥和拱式桥桥面的研究，使净7的桥面拓宽至净9+2×米人行道，总宽米。6、成功完成碳纤维布加固梁式桥的研究，并通过加固前后鉴定性静载试验证实了提高抗弯能力的加固效果。7、先后成功应用粘贴钢板、粘贴钢筋、外包砼和套拱法等加固桥梁上部结构；以及多种方法加固桥梁下部结构。三、典型桥梁的加固方案介绍1、德兴香屯大桥 大桥设计简况香屯大桥是通往德兴铜矿公路上的一座大桥，1969年8月竣工通车。大桥设计荷载为汽13，拖60，桥面净宽为净-7+2×。上部构造为5孔45m的双曲拱，横向6肋5波。下部构造为重力式实体桥墩和加后座的U型桥台。除德兴台奠基于密实卵石层以外，其余墩台均建于千枚岩基岩上。1.香屯大桥病害状况主拱圈裂缝主拱圈中波纵向裂缝，检查时发现各孔中波波顶均存在纵向裂缝。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。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。横系梁裂缝。为数较少但除第1、4孔外均有发现。主拱圈轴线下降主拱轴线普遍下降，拱顶下降518cm，L/4点下降09cm，而且上下水下降值很不一致。桥面变形及破碎桥面纵向变形已呈波浪形，但高差尚不很大。而桥面破碎现象甚为严重，且集中在3、4、5孔及两台后座上，在墩顶附近伸缩缝处裂缝尤其发达，以致破碎露筋。腹拱、立墙病害腹拱及立墙均为浆砌片石材料，由于防水层质量差，许多腹孔及立墙上均有渗水痕迹，以致发现不少因长年流水侵溶悬挂着的“石笋”。腹拱圈及立墙上也发现有裂缝。桥台后座变形严重两桥台后座挡墙与桥台连接处沉降缝均增大至810cm，且从外部可见内部填料中的空洞。在横向、后座两挡墙均偏出桥台外缘58cm。后座上桥面沉陷多次,修补时发现其填料在上层2m左右为煤渣，车辆通过时，煤渣则由沉降缝处外泄，因而其上路面不能稳定。墩台身裂缝各桥墩上均存在竖向裂缝，反映了施工时混凝土浇筑及水泥、骨料质量的一定 问题 ，但裂缝多般为早期出现的许多裂缝，因年代较久，沿缝出现白色晶体析出物。浆砌片石桥台上亦发现不少竖向、斜向裂缝，但较细微。1.香屯大桥加固设计要点通过对该桥进行检查及 分析 的情况来看，尚未发现墩台基础出现病害的反映，即使是置于非岩石基底上的德兴岸桥台亦未发现位移的迹象，所以大桥的加固主要针对上部构造和桥台后座。 主拱圈加固原横系梁尺寸偏小，横向联系差，属薄弱构件，针对这一病害，将原横系梁由116×15×18cm加大截面尺寸至116×15×50cm，把拱顶部分三根横系梁改为横隔板116×30×84cm，以加强横向整体性，使全拱宽共同受力。除端系梁外，其它横系梁原定用喷锚技术施工，后改为预制安装。由于主拱圈受力大，裂缝多，采用拱肋及拱波部分外包钢筋网并喷射25#厚6cm砼加固拱圈截面，以提高各孔的整体刚度和承载力，为使拱脚应力减小，在每跨拱脚至第二腹孔的拱圈顶现浇30#钢筋砼， 厚10cm，其设计图如下：桥面原桥面缺乏稳定而坚实的基层，整体性差，有必要将原桥面彻底清除，并挖除部分砂砾垫层，再加铺水泥稳定砂砾基层，厚15cm，其上浇筑20cm厚钢筋砼桥面。桥台后座加固将桥台后座上路面除去，改成30#钢筋砼单向简支预制板，厚35cm，支承于两侧墙上。用24mm的锚固钢筋使之与侧墙相接，其上铺装15cm厚30#砼桥面,钢筋砼板与后座填料间留有空隙，以使活载压力直接作用在侧墙上，从而减去了活载引起的对侧墙的土压力，并增加侧墙抗剪能力和基底摩阻力。1.加固后承载能力评定在汽超20主要组合荷载，挂120附加组合荷载和特挂150附加组合荷载作用下，预测各测点应力，变形和裂缝宽度均满足规范规定的容许限值，因此本桥能承受汽超20，挂120和特挂150。本桥采用喷锚混凝土补强提高旧桥承载能力达到预期效果。本桥喷锚混凝土补强层与旧桥共同作用是不完全的。由于喷锚混凝土中存在空穴，结合粘结强度不高等原因，共同作用程度仅达%。建议今后采用“湿喷法”进行锚喷施工，提高新旧砼共同作用程度，使喷锚混凝土层与旧桥起到完全的整体作用，提高加固效果。由于老桥收缩、徐变已基本完成，所以喷锚混凝土不承受原桥及自身恒载，在工作阶段仅承受活载，故喷锚混凝土强度不控制。2、320国道灵溪大桥 灵溪大桥概况灵溪大桥位于320国道上，原是一座年代已久的老式桥。该桥于1970年10月由七孔不等跨八字撑架木梁桥改建成七孔不等跨简支钢筋混凝土梁桥，全长，上部构造为四梁式T梁。下部构造均为重力式墩台、八字墙。设计荷载为汽13、拖60，桥面净宽为净-7+2×人行道。320国道改建成二级公路后，该桥通过的 交通 量较大，并常有200300KN左右载货重车经过，且来往行人及自行车、板车亦较多。因此该桥成为全线缩颈段，时有交通事故发生。为确保交通畅通，与行人和车辆交通安全，经上级批准，将此桥加固和拓宽为荷载标准汽20，挂100，桥面净宽为净-9+2×人行道。2.灵溪大桥拓宽加固方案 拓宽加固灵溪大桥两端引道已改建为二级公路，混凝土路面亦已修建完成。另改桥位新建已属不可能。故仅就地改建或拓宽加固两种方案进行了比较。就地改建方案。为了不中断 交通 ，就地改建就必须搭便桥，由于桥下水深常年在34m左右，搭便桥费用较高；且改建需拆除原有上、下部结构物，又需一笔可观费用。但改建后，各桥孔跨径标准全部结构都是“新”的，在心理上感觉更美观、耐用、可靠。拓宽加固方案。此方案可不需搭便桥，只需适当控制交通，边通车边拓宽加固。由于可以利用原有墩台，拓宽加固主要在上部构造上进行，因而可节约更多投资。只要拓宽加固方案得当，亦可满足设计荷载要求。但桥孔尺寸长短不一，原桥混凝土标号低，又有一定的病害，虽经拓宽加固，似乎总感觉不如新桥。经过 研究 讨论，认为按照江西现时公路建设资金紧张的状况，能节省的建设费用应尽量节约、以投入到其它必需的建设项目中去，故应选择拓宽加固方案。原桥主梁加固增强方案加固增强 方法 很多，如：以锚喷或现浇混凝土方法增加T梁受拉区钢筋及加大梁身断面；以钢板粘贴加固增强；以体外预应力加固增强等。据 计算 ，原主梁增强至能承担汽车-20级，挂车-100的设计荷载需增加较多钢筋，费用较高，故不选用法；法因钢板外露，需经常养护且粘贴钢板不易使其紧密与梁身结合，故亦未采用。法所需钢材较少，且施加预应力可使梁裂缝减少或闭合，施工也简便，但也存在预应力钢材防锈蚀 问题 及加强经常养护问题，同时预应力钢材直接受大气温度 影响 较大。经反复研究，决定采用先用体外预应力加固增强，再以喷射混凝土将其覆盖的方案。此方方案既可解决预应力钢材防锈蚀问题，又可避免其直接受大气温度影响，同时喷射混凝土后尚可增加梁身抗剪能力。利用墩顶上两孔梁端空间设置现浇横向悬臂挑梁，其上安装预制的微弯板。在挑梁悬臂部分架设预制的形人行道梁。两边桥孔人行道梁较主梁长，一端支承在边墩挑梁上一端支承在路堤上特设的支墩上，此举系为了避免加宽桥台。在人行道梁内侧的凸缘与旧桥面板间，用25号混凝土浇筑桥面加宽部分，桥面铺装层混凝土同时浇筑形成净-9m行车道，在桥面铺装层及桥面加宽部分，均设置了钢筋网，使整体性能加强。桥面伸缩缝设置在挑梁顶中心，将行车道铺装延伸搭架在挑梁上形成。挑梁上桥面铺装层下垫设二层油毡，使其能随温度收缩。伸缩缝中充填聚氨脂材料。墩上悬臂梁及微弯板构造图2.加固后试验结论从挠度测试结果表明，试验荷载下人行道梁和T梁挠度均很小。推算得的汽20荷载作用下T梁挠度仅为，其f/L=1/4574；人行道梁挠度为，其f/L=1/4104，均远小于L/600，完全满足使用要求。从第二加载阶段挠度实测值与计算值比较表可看出，实测值大大小于相应荷载的计算值，其校验系数仅为，说明人行道梁和T梁的实际刚度比 理论 计算用的刚度大很多，如T梁计算开裂惯性矩为，返算的实际惯性矩为，而梁的计算换算惯性矩为。由测试资料可知，加固拓宽前后跨中加载弯矩增大倍时,实测的边T梁挠度和梁底受拉区钢筋应力仅分别增大倍及倍，可见该桥在加固拓宽后上部结构承载能力大，安全可靠。由测试资料推测的汽20荷载作用下梁的应变、应力值与行人荷载、恒载作用下梁的应变、应力值均较容许值为小，可见加固拓宽后桥梁结构完全满足设计要求。2.大桥加固效果评价灵溪大桥采用先以体外预应力加固T梁，后用锚喷混凝土使预应力钢束与梁体粘合的加固方法，是行之有效的，达到了预期的目的和效果。此法在国内尚系第一次使用，它不仅使梁的抗弯、抗剪强度及刚度得以增大，且能有效地防止预应力钢束因暴露在大气中引起锈蚀，也使其不直接受大气温度影响，即可使预应力钢束工作安全可靠，也减少了今后养护工作和费用。该方法具有施工设备简单、施工操作容易、施工速度快和在施工过程中基本不中断交交通等优点。尤其通过施加预应力，主梁将会产生上拱，这对改善旧桥的下挠状况是十分有利的，且可使裂缝减小或闭合。施加体外预应力与喷射砼加固旧桥的组合体根治了原结构由于裂缝等原因产生的应力集中并恢复了原结构变形的协调性，使其能抵御更大的外荷载。喷射砼包裹着预应力钢筋，既发挥了预应