既有拱桥增大截面法加固改造技术研究

湖南交通科技　第３６卷第２期　Ｖｏ１．３６　Ｎｏ．２　２０１０年６月　ＨＵＮＡＮ　ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴ１０Ｎ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｊｕｎ．２０１０　文章编号：１００８—８４４Ｘ（２０１０）０２－００９３—０３　既有拱桥增大截面法加固改造技术研究　杨波　（湖南常德市公路管理局，湖南常德４１５０００）　摘要：针对烽火既有拱桥的病害特点，采用了增大截面法进行加固。通过计算可知，加　固后明显改善了拱圈受力状态，改善了桥梁的整体受力性能。其承载力、裂缝宽度、挠度均满　足要求，说明加固方案技术可行、结构可靠、经济合理，具有明显的社会经济效益。　关键词：双曲拱桥；加固改造；增大截面法　中图分类号：Ｕ　４４８．２２　文献标识码：Ｂ　拱桥是一种古老的桥型，在桥梁的发展进程中，　的运营历史，既有桥梁在加固过程中，以及将来运营　古代拱桥比梁桥具有更重要的历史地位。到了２０　时，结构的工作状态如何，只有通过对目前实桥测试　世纪６０～７０年代双曲拱桥占着举足轻重的地位。　才能较为真实的表现出来。一是检测分析既有桥梁　随着社会的发展，桥梁长期处于超载条件下运行及　的静、动力结构性能，综合评估工程结构目前的质　年久老化、变形、开裂、破损等，至今几乎所有的双曲　量、技术状态和使用性能；二是检验分析既有桥梁结　拱桥都出现了不同程度的病害，需要对其进行加固　构的应力、刚度等技术指标，判定是否满足新的使用　改造，恢复或提高其承载力，延长其使用寿命。　及有关规范要求；三是检测桥梁动力性能，分析评估　本文通过对烽火桥的现场调查及资料收集，对　桥梁工作状态，为桥梁的使用及养护提供科学的依　其进行评估及荷载试验。通过试验结果与理论对比　据。　得知其承载力不满足要求，必须进行加固。针对该　通过采用金码高科的混凝土表面应变计进行截　桥的病害特点，采用了增大截面法进行加固，加固后　面应力测试、经纬仪进行挠度侧试、德国ＨＢＭ公司　明显改善了拱圈受力状态，改善了桥梁的整体受力　的ＭＧＣ－ｐｌｕｓ动、静态数字采集分析系统及位移、加　性能。现就加固中的一些问题展开分析和讨论，提　速度、拾振器测定结构动力特性及动＿力响应。根据　供加固实施的一些具体方法和措施。　现场考察，将实测频率值与理论分析值进行对照，得　１　烽火桥工程概况　到如下结论：理论分析值为１．７５８　Ｈｚ，实测频率值　在１．６６０～１．７０９　Ｈｚ之间，实测频率值略小于理论　临澧县烽火桥横跨道水，为５孔连续双曲拱桥，　值，这是由于混凝土开裂，削弱了截面面积，致使桥　桥长约１９７　ｍ，单孔净跨３３．２４　ｍ，行车道宽６　ｍ。　梁的刚度下降，从而导致实测桥梁频率降低。　原桥在１９７３年设计，按荷载汽一１３，挂一６０进行计算　设计，在１９９４年进行加固时，依据８５版桥梁规范进　３　增大截面法加固方法的应用　行复核计算。该桥主拱为现浇混凝土，小拱为预制　既有桥梁的加固改造过程中，较多采用了增大　混凝土，墩台均为圬工结构。　截面的加固方法，即在原结构的受力不足侧增加一　现阶段桥梁的的主要病害有：基础局部冲空、承　层补强混凝土加固层，与原结构形成整体共同受力，　台竖向开裂或向一侧倾斜、基础下沉等。面系主要　这就涉及新老混凝土的粘结问题。结合烽火桥加固　病害为桥面下沉、栏杆及人行道系损坏等，拱肋出现　改造实例，对增大截面法加固桥梁中的结合面粘结　裂缝，腹拱出现多条裂纹。　性能、加固效果等进行分析研究。　２　烽火桥既有状况评估　３．１双层单元计算模型及主拱验算　本大桥加固后为４跨肋拱桥，进行空间有限元　烽火桥于１９７３年建成通车，至今已有３０多年　建模时，考虑桥面以及立柱对该桥影响，对于该拱桥　收稿日期：２０１０—０４－ｌｌ　作者简介：杨波（１９７４一），男，工程师，主要从事技术管理工作。　湖南交通科技　各跨的主拱及新混凝土加固部分分别采用２４个节　３６卷　计算模型等见图１，新旧混凝土双层单之刚臂连接　见图２。　点空间梁单元对其进行离散，旧拱圈及新混凝土部　分形成双层单元，之间采用刚臂连接，其空间有限元　通过计算加固后原拱圈最大应力为０．５　ｋＮ／　图１烽火桥空间ＭＩＤＡＳ有限元计算模型　图２新旧混凝土双层单元刚臂连接示意图　．、　●　ｃｎｌ　＝５　ＭＰａ，而新拱圈承受的最大应力为０．２　ｋＮ／　好共同受力是加固成败的关键所在，为此，在拱肋上　采用植筋技术并加钢筋网，既能保证施工质量，达到　加固效果，又大大降低了施工难度。　３）为了使主拱拱圈受力均匀，减小腹拱拱圈承　受的活载，人工拆除主桥桥面系（栏杆、人行道板、　照明灯、横挑梁、桥面铺装、拱上填料等），达到卸载　的目的。　ｃｍ　：２　ＭＰａ，加固后双层单元的新旧拱圈截面的应　力没有超过强度值，并有较大的富余。加大拱肋截　面后，外拱肋（新加固部分拱肋截面）有效地承担了　后续荷载引起的应力值。　３．２增大戡＿蔚法加固措施　通过增大拱圈截面面积来提高拱桥的承载能力　和满足正常使用状况，从而达到加固桥梁的目的。　更重要的是，这种加固方法可以使拱波、拱板、拱肋　和新的钢筋混凝土构件形成整体，既能提高原双曲　拱桥的承载能力，又可大大改善原桥的整体性。本　桥的加固采用以下措施：　１）对桥墩基础周围冲刷、淘空部分用１５％Ｃ加　片石混凝土填满铺平，防止桥墩基础继续冲刷；在桥　４）拆除部分拱上建筑腹拱圈拱波、腹拱拱肋、　腹拱横隔板、立墙顶片石混凝土拱座等），保留立　墙。　５）在保留立墙外增加８　ｃｍ厚ｃ　。现浇钢筋混凝　土，同时在立墙顶根据设计标高要求增高立墙；在拱　顶原实腹部分新做ｃ　。钢筋混凝土立墙；在所有墙顶　做Ｃ柏钢筋混凝土墩帽。　墩墩身外侧增加１５　ｏｍ厚ｃ，。钢筋混凝土。　２）主拱圈加固：有限元分析结果表明拱圈承载　能力不足，为了提高桥梁的承载能力，增强桥梁的整　体刚度，对主拱圈裂缝用环氧树脂灌浆封缝处理；在　主拱圈拱肋两侧及地底面增加１５　ｃｍ厚ｃ　。现浇钢　筋混凝土，采用钢筋　２８；在主拱圈拱波顶面增加　６）新做桥面系（连续桥面板、桥面铺装、人行　道、人行道栏杆、照明设施）。　３．３双曲拱桥施工工艺　双曲拱桥由于原拱圈不能承受新混凝土的自　重，施工时采用搭设满堂式脚手架的施工方法进行　浇注自密实混凝土。填芯混凝土施工时，Ｌ／４截面　１０～３０　ｃｍ　Ｃ３ｏ现浇钢筋混凝土；在原有横隔梁上增　加１０　ｃｍ厚钢筋混凝土；在新增加立柱下增设横隔　梁。施工前对主拱肋、拱波顶表面进行清表、凿毛处　理。为了保证新浇注钢筋混凝土能与原结构连接良　至拱顶段的施工较困难，施工时分２次浇注完成，第　１次对称浇注拱脚至Ｌ／４截面段，第２次浇筑拱顶　段。为保证混凝土浇筑密实和施工缝垂直于拱轴　线，在两侧靠近Ｌ／４截面处和拱顶处钻直径１６０　ｍｍ　２期　杨波：既有拱桥增大截面法加固改造技术研究　９５　的孔道，端模垂直于拱轴线固定在横系梁上，加固混　凝土即可从上面通过孑Ｌ道进入拱波填芯混凝土加固　力，可将锚杆的前端锯成两个半圆，在锯缝中插入带　三角形的钢楔块，捶击锚杆后端时，前端的钢楔块使　两个半圆张开，挤压孔壁，产生很大的摩阻力。由于　这种摩阻力的作用，使锚杆能承受较大的拉拔力。　３）挂设钢筋网。　范本中。立模现浇混凝土时，应自下向上浇筑，以保　证浇筑密实；同时在孔道的上面保持一定的混凝土　高度，为拱圈下面的混凝土提供较大的水头压力，确　保了新老混凝土结合面的结合。由于采用自密实微　膨胀混凝土，拱圈填芯混凝土浇筑过程中不需要振　捣，为拆模后混凝土外观美观，浇筑过程中仅用锤子　挂设的钢筋网，应牢固地绑扎或电焊在锚固钢　筋上，以免喷射混凝土混合料时钢筋网产生移动。　此外，应注意钢筋周围留有足够的间隙，以便喷射混　敲打模板即可。　３．４锚喷混凝土施工工艺　锚喷混凝土是借助喷射机械、采用压缩空气将　混凝土混合料，通过管道高速喷射到需要补强的部　位（平面或曲面），以增大该部位的承载能力。需要　补强的部位一般是圬工混凝土或钢筋混凝土构件，　通常是先将锚杆锚人拟补强的部位内，挂设补强钢　筋网，然后再喷射一定厚度的混凝土，新喷射的混凝　土或钢筋混凝土与原结构形成组合截面，共同承受　外部荷载。　喷射混凝土不需振捣，而是在高速喷射时，由水　泥与骨料的反复撞击而使混凝土压实。锚喷混凝土　水灰比比较小（通常为０．４～０．５），初凝时间短，早　期强度高，粘结性好，新老混凝土结合牢固，能够传　递拉应力和剪应力。为了保证锚喷混凝土的质量，　必须掌握正确的施工工艺和施工程序。锚喷混凝土　的施工要点如下：　１）凿毛、清洗受喷射的表面。　对受喷面进行清洗和凿毛，使喷射混凝土与原　结构间有足够的粘结力，保证新老混凝土的整体受　力。　２）按设计要求在构件上钻孔，插人锚固钢筋后　锚杆。　当喷射混凝土有钢筋网时（在石拱桥或其它圬　工结构中，也可以不设钢筋网），为了固定钢筋网，　需先按设计要求在被加固的构件上钻孔，埋入锚固　钢筋，再将钢筋网固定在锚固钢筋上，然后喷射混凝　土。　当锚固钢筋直径较大时，为了增大锚杆的拉拔　凝土完全包裹钢筋。　４）喷射混凝土。　喷射混凝土有干喷和湿喷２种方式。在以往的　旧桥加固中多采用干式喷射混凝土，后来发展起来　的湿式喷射混凝土，由于其优点突出，已成为世界各　国喷射混凝土技术的发展趋势。由于新喷上的混凝　土在凝固前抗拉强度低，粘结力差，一旦喷射混凝土　的自重大于其受喷面的粘结强度时，新喷的混凝土　即出现下垂或脱落。因此当喷施？昆凝土较厚时，应　分层喷射，两层喷射的间隔时问应为２～４　ｈ，一次　喷射的厚度以喷射混凝土不致坠落或滑移为宜。　５）表面修整与混凝土养生。　对于要求表面光洁的构件，应及时修整。一般　可在喷射混凝土出凝后用刮刀将设计线以外多余的　材料刮掉，然后再喷一层砂浆。喷射混凝土终凝　２　ｈ后，应及时喷水养生，养生时间不少于７　ｄ。　４　结束语　针对烽火桥的病害特点，采用了增大截面法进　行加固。通过计算可知，加固后明显改善了拱圈受　力状态，改善了桥梁的整体受力性能。其承载力、裂　缝宽度、挠度均满足要求，说明本加固方案技术可　行、结构可靠、经济合理，具有明显的社会经济效益。　参考文献：　［１］范立础．桥梁工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００１．　［２］刘来君，等．桥梁加固设计与施工技术［Ｍ］．北京：人民交通出版　社．２００４．