橋梁裂縫產生原因淺析
發布時間:2014-08-09
隨著時間的推移,任何公路橋梁都將成為舊橋,都會因各種原因不同程度地存在缺陷、病害需要維修、加固和改造。江西省大部分二十世紀六、七十年代修建的、設計荷載標準較低的公路橋梁仍在服役,截止2000年底,江西的危橋有427座, 13849延米, 舊jiu危wei橋qiao改gai造zao任ren務wu十shi分fen繁fan重zhong,全quan部bu推tui倒dao重zhong來lai的de思si想xiang既ji不bu現xian實shi,也ye不bu科ke學xue,更geng不bu應ying該gai。因yin此ci,我wo省sheng在zai八ba十shi年nian代dai初chu,在zai不bu斷duan提ti升sheng技ji術shu等deng級ji的de公gong路lu改gai造zao、改建過程中,即開始公路舊橋
加固改造技術的研究與實踐。先後針對不同橋型、不同的
加固技術和方法,完成了多項舊橋
加固改造方麵的科研項目,取得了顯著的經濟效益和社會效果,其中兩項獲江西省科學技術進步獎。由於舊橋檢測、評定與
加固技術是一項既綜合複雜又在不斷發展和更新的技術,也是公路工程技術人員共同關心的熱點問題。所以,下麵簡要介紹江西省在公路舊橋
加固技術的一些研究成果和實橋情況。
二、主要開展的科研項目介紹
1、我省於1983年完成“提高小型梁板橋承載能力的研究”,為定性地衡量改建前後橋梁剛度及承載能力提高程度,提出了“剛度提高度”和“承載能力提高度”兩liang個ge指zhi標biao,以yi及ji計ji算suan方fang法fa。兩liang者zhe反fan映ying的de是shi全quan橋qiao狀zhuang況kuang,前qian者zhe指zhi全quan橋qiao剛gang度du提ti高gao了le的de倍bei數shu,後hou者zhe指zhi全quan橋qiao承cheng載zai能neng力li提ti高gao了le的de倍bei數shu。該gai項xiang成cheng果guo多duo次ci被bei外wai省sheng引yin用yong。
2、1988年~1991年完成的“錨噴砼加固雙曲拱橋的研究”,使一座五孔跨徑45米的雙曲拱橋由原設計荷載:汽-13,拖-60,提高到汽-超20,掛-120,並安全通過總重134噸的超重車。該項成果,經交通部科技情報所檢索查新證實,在當時屬全國采用錨噴砼加固橋梁中,跨徑最大、提高橋梁荷載等級最多。
3、1994nianchenggongwanchengquanguoshouzuoliangdicecaiyongtiwaiyuyinglizhisuojiagutizailiangshiqiaodeyanjiu,bingtongshicaiyongmaopenjishu,jiejueletiwaiyuyinglisuoxiushiheshouwendubianhuashixiaodejishunanti。
4、1996年完成了“帶掛孔普通鋼筋砼雙懸臂梁橋加固研究”課題,成功地應用鋼纖維砼解決了橋麵負彎矩區砼開裂、致使鋼筋鏽蝕的問題。
5、成功完成懸臂式拓寬梁式橋和拱式橋橋麵的研究,使淨-7的橋麵拓寬至淨-9+2×1.5米人行道,總寬12.5米。
6、成功完成
碳纖維布加固梁式橋的研究,並通過加固前後鑒定性靜載試驗證實了提高抗彎能力的加固效果。
7、先後成功應用粘貼
鋼板、粘貼鋼筋、外包砼和套拱法等加固橋梁上部結構;以及多種方法加固橋梁下部結構。
三、典型橋梁的
加固方案介紹
1、德興香屯大橋(錨噴法、雙曲拱橋)
1.1 大橋設計簡況
香屯大橋是通往德興銅礦公路上的一座大橋,1969年8月竣工通車。
大橋設計荷載為汽―13,拖―60,橋麵淨寬為淨-7+2×0.25m。上部構造為5孔45m(矢跨比1/6)的雙曲拱,橫向6肋5波。下部構造為重力式實體橋墩和加後座的U型橋台。除德興台奠基於密實卵石層以外,其餘墩台均建於千枚岩基岩上。
1.2 香屯大橋病害狀況
(1)主拱圈裂縫
①主拱圈中波縱向裂縫,檢查時發現各孔中波波頂均存在縱向裂縫。
②肋、波連接處裂縫。各孔拱波與拱肋連接處大部分均發生裂縫。
③拱肋裂縫。各孔拱肋均有橫向裂縫,有不少是U形裂縫,這些裂縫多發生在拱頂前後10m左右範圍內。
④橫係梁裂縫。為數較少但除第1、4孔外均有發現。
(2)主拱圈軸線下降
主拱軸線普遍下降,拱頂下降5~18cm,L/4點下降0~9cm,而且上下水下降值很不一致。
(3)橋麵變形及破碎
橋麵縱向變形已呈波浪形,但高差尚不很大。而橋麵破碎現象甚為嚴重,且集中在3、4、5孔及兩台後座上,在墩頂附近伸縮縫處裂縫尤其發達,以致破碎露筋。
(4)腹拱、立牆病害
腹拱及立牆均為漿砌片石材料,由於
防水層質量差,許多腹孔及立牆上均有
滲水痕跡,以致發現不少因長年流水侵溶懸掛著的“石筍”。腹拱圈及立牆上也發現有裂縫。
(5)橋台後座變形嚴重
兩橋台後座擋牆與橋台連接處沉降縫均增大至8~10cm(設計為2cm),且從外部可見內部填料中的空洞。在橫向、後座兩擋牆均偏出橋台外緣5~8cm。後座上橋麵沉陷多次,修補時發現其填料在上層2m左右為煤渣,車輛通過時,煤渣則由沉降縫處外泄,因而其上路麵不能穩定。
⑤墩台身裂縫
各橋墩上均存在豎向裂縫,反映了施工時混凝土澆築及水泥、骨料質量的一定問題,但裂縫多般為早期出現的許多裂縫,因年代較久,沿縫出現白色晶體析出物。
漿砌片石橋台上亦發現不少豎向、斜向裂縫,但較細微。
1.3 香屯大橋加固設計要點
通tong過guo對dui該gai橋qiao進jin行xing檢jian查zha及ji分fen析xi的de情qing況kuang來lai看kan,尚shang未wei發fa現xian墩dun台tai基ji礎chu出chu現xian病bing害hai的de反fan映ying,即ji使shi是shi置zhi於yu非fei岩yan石shi基ji底di上shang的de德de興xing岸an橋qiao台tai亦yi未wei發fa現xian位wei移yi的de跡ji象xiang,所suo以yi大da橋qiao的de加jia固gu主zhu要yao針zhen對dui上shang部bu構gou造zao和he橋qiao台tai後hou座zuo。
1.3.1 主拱圈加固
原橫係梁尺寸偏小,橫向聯係差,屬薄弱構件,針對這一病害,將原橫係梁由116×15×18cm加大截麵尺寸至116×15×50cm,把拱頂部分三根橫係梁改為橫隔板116×30×84cm,以加強橫向整體性,使全拱寬共同受力。除端係梁外,其它橫係梁原定用噴錨技術施工,後改為預製安裝。
由於主拱圈受力大,裂縫多,采用拱肋及拱波部分外包鋼筋網並噴射25#厚6cm砼加固拱圈截麵,以提高各孔的整體剛度和承載力,為使拱腳應力減小,在每跨拱腳至第二腹孔的拱圈頂現澆30#鋼筋砼, 厚10cm,其設計圖如下:
1.3.2 橋麵
原橋麵缺乏穩定而堅實的基層,整體性差,有必要將原橋麵徹底清除,並挖除部分砂礫墊層(如是非砂礫填料,必須挖除,換上砂礫填料,夯實),再加鋪水泥穩定砂礫基層,厚15cm,其上澆築20cm厚鋼筋砼橋麵。
1.3.3 橋台後座加固
將橋台後座上路麵除去,改成30#鋼筋砼單向簡支預製板,厚35cm,支承於兩側牆上。用Φ24mm的錨固鋼筋使之與側牆相接,其上鋪裝15cm厚30#砼橋麵,gangjintongbanyuhouzuotianliaojianliuyoukongxi,yishihuozaiyalizhijiezuoyongzaiceqiangshang,congerjianqulehuozaiyinqideduiceqiangdetuyali,bingzengjiaceqiangkangjiannenglihejidimozuli。
1.4 加固後承載能力評定
(1)在汽―超20主要組合荷載,掛―120附加組合荷載和特掛―150附加組合荷載作用下,預測各測點應力,變形和裂縫寬度均滿足規範規定的容許限值,因此本橋能承受汽―超20,掛―120和特掛―150。
(2)本橋采用噴錨混凝土補強提高舊橋承載能力達到預期效果。
(3)本橋噴錨混凝土補強層與舊橋共同作用是不完全的。由於噴錨混凝土中存在空穴,結合粘結強度不高等原因,共同作用程度僅達65.6%。建議今後采用“濕噴法”進行錨噴施工,提高新舊砼共同作用程度,使噴錨混凝土層與舊橋起到完全的整體作用,提高加固效果。
(4)由於老橋收縮、徐變已基本完成,所以噴錨混凝土不承受原橋及自身恒載,在工作階段僅承受活載,故噴錨混凝土強度不控製。
2、320國道靈溪大橋(體外預應力直索加錨噴法、梁式橋)
2.1 靈溪大橋概況
靈溪大橋位於320國道上,原是一座年代已久的老式橋。該橋於1970年10月由七孔不等跨八字撐架木梁橋改建成七孔不等跨簡支
鋼筋混凝土梁橋,全長119.99m,上部構造為四梁式T梁。下部構造均為重力式墩台、八字牆。設計荷載為汽―13、拖―60,橋麵淨寬為淨-7+2×0.5m人行道。320國道改建成二級公路後,該橋通過的交通量較大,並常有200―300KN左右載貨重車經過,且來往行人及自行車、bancheyijiaoduo。yincigaiqiaochengweiquanxiansuojingduan,shiyoujiaotongshigufasheng。weiquebaojiaotongchangtong,yuxingrenhecheliangjiaotonganquan,jingshangjipizhun,jiangciqiaojiaguhetuokuanweihezaibiaozhunqi―20,掛―100,橋麵淨寬為淨-9+2×1.5m人行道。
2.2 靈溪大橋拓寬
加固方案
2.2.1 拓寬加固
靈(ling)溪(xi)大(da)橋(qiao)兩(liang)端(duan)引(yin)道(dao)已(yi)改(gai)建(jian)為(wei)二(er)級(ji)公(gong)路(lu),混(hun)凝(ning)土(tu)路(lu)麵(mian)亦(yi)已(yi)修(xiu)建(jian)完(wan)成(cheng)。另(ling)改(gai)橋(qiao)位(wei)新(xin)建(jian)已(yi)屬(shu)不(bu)可(ke)能(neng)。故(gu)僅(jin)就(jiu)地(di)改(gai)建(jian)或(huo)拓(tuo)寬(kuan)加(jia)固(gu)兩(liang)種(zhong)方(fang)案(an)進(jin)行(xing)了(le)比(bi)較(jiao)。
(1)就地改建方案。為了不中斷交通,就地改建就必須搭便橋,由於橋下水深常年在3~4m左右(因下遊建壩),搭便橋費用較高;且改建需拆除原有上、下部結構物,又需一筆可觀費用。但改建後,各橋孔跨徑標準全部結構都是“新”的,在心理上感覺更美觀、耐用、可靠。
(2)拓寬
加固方案。此ci方fang案an可ke不bu需xu搭da便bian橋qiao,隻zhi需xu適shi當dang控kong製zhi交jiao通tong,邊bian通tong車che邊bian拓tuo寬kuan加jia固gu。由you於yu可ke以yi利li用yong原yuan有you墩dun台tai,拓tuo寬kuan加jia固gu主zhu要yao在zai上shang部bu構gou造zao上shang進jin行xing,因yin而er可ke節jie約yue更geng多duo投tou資zi。隻zhi要yao拓tuo寬kuan
加固方案得當,亦可滿足設計荷載要求。但橋孔尺寸長短不一,原橋混凝土標號低,又有一定的病害,雖經拓寬加固,似乎總感覺不如新橋。
經過研究討論,認為按照江西現時公路建設資金緊張的狀況,能節省的建設費用應盡量節約、以投入到其它必需的建設項目中去,故應選擇拓寬
加固方案。
2.2.2 原橋主
梁加固增強方案
加固增強方法很多,如:①以錨噴或現澆混凝土方法增加T梁受拉區鋼筋及加大梁身斷麵;②以
鋼板粘貼加固增強;③以體外預應力加固增強等。據計算,原主梁增強至能承擔汽車-20級,掛車-100的設計荷載需增加較多鋼筋,費用較高,故不選用①法;②法因
鋼板外露,需經常養護且粘貼
鋼板不易使其緊密與梁身結合,故亦未采用。③法所需
鋼材較少,且施加預應力可使梁裂縫減少或閉合,施工也簡便,但也存在預應力
鋼材防鏽蝕問題及加強經常養護問題,同時預應力
鋼材直(zhi)接(jie)受(shou)大(da)氣(qi)溫(wen)度(du)影(ying)響(xiang)較(jiao)大(da)。經(jing)反(fan)複(fu)研(yan)究(jiu),決(jue)定(ding)采(cai)用(yong)先(xian)用(yong)體(ti)外(wai)預(yu)應(ying)力(li)加(jia)固(gu)增(zeng)強(qiang),再(zai)以(yi)噴(pen)射(she)混(hun)凝(ning)土(tu)將(jiang)其(qi)覆(fu)蓋(gai)的(de)方(fang)案(an)。此(ci)方(fang)方(fang)案(an)既(ji)可(ke)解(jie)決(jue)預(yu)應(ying)力(li)
鋼材防鏽蝕問題,又可避免其直接受大氣溫度影響,同時噴射混凝土後尚可增加梁身抗剪能力。
(1)利用墩頂上兩孔梁端空間設置現澆橫向懸臂挑梁,其上安裝預製的微彎板。
(2)在挑梁懸臂部分架設預製的π形人行道梁。兩邊橋孔人行道梁較主梁長,一端支承在邊墩挑梁上一端支承在路堤上特設的支墩上,此舉係為了避免加寬橋台。
(3)在人行道梁內側的凸緣與舊橋麵板間,用25號混凝土澆築橋麵加寬部分,橋麵鋪裝層混凝土同時澆築形成淨-9m行車道,在橋麵鋪裝層及橋麵加寬部分,均設置了鋼筋網,使整體性能加強。
(4)橋qiao麵mian伸shen縮suo縫feng設she置zhi在zai挑tiao梁liang頂ding中zhong心xin,將jiang行xing車che道dao鋪pu裝zhuang延yan伸shen搭da架jia在zai挑tiao梁liang上shang形xing成cheng。挑tiao梁liang上shang橋qiao麵mian鋪pu裝zhuang層ceng下xia墊dian設she二er層ceng油you氈zhan,使shi其qi能neng隨sui溫wen度du收shou縮suo。伸shen縮suo縫feng中zhong充chong填tian聚ju氨an脂zhi材cai料liao。
墩上懸臂梁及微彎板構造圖
2.3 加固後試驗結論
(1)從撓度測試結果表明,試驗荷載下人行道梁和T梁撓度均很小。推算得的汽―20荷載(已考慮衝擊係數)作用下T梁撓度僅為3.607mm,其f/L=1/4574;人行道梁撓度為4.142mm,其f/L=1/4104,均遠小於L/600,完全滿足使用要求。
從第二加載階段撓度實測值與計算值比較表可看出,實測值大大小於相應荷載的計算值,其校驗係數僅為0.329~0.369,說明人行道梁和T梁的實際剛度比理論計算用的剛度大很多,如T梁計算開裂慣性矩為0.0978m4,返算的實際慣性矩為0.14135m4,而梁的計算換算慣性矩為0.23197m4。
(2)由測試資料可知,加固拓寬前後跨中加載彎矩增大1.631倍時,實測的邊T梁撓度和梁底受拉區鋼筋應力僅分別增大1.071倍及1.063倍,可見該橋在加固拓寬後上部結構承載能力大,安全可靠。
(3)由測試資料推測的汽―20荷載作用下梁的應變、應力值與行人荷載、恒載作用下梁的應變、應力值均較容許值為小,可見加固拓寬後橋梁結構完全滿足設計要求。
2.4 大橋加固效果評價
(1)靈溪大橋采用先以體外預應力加固T梁,後用錨噴混凝土使預應力鋼束與梁體粘合的
加固方法,是行之有效的,達到了預期的目的和效果。此法在國內尚係第一次使用,它不僅使梁的抗彎、抗(kang)剪(jian)強(qiang)度(du)及(ji)剛(gang)度(du)得(de)以(yi)增(zeng)大(da),且(qie)能(neng)有(you)效(xiao)地(di)防(fang)止(zhi)預(yu)應(ying)力(li)鋼(gang)束(shu)因(yin)暴(bao)露(lu)在(zai)大(da)氣(qi)中(zhong)引(yin)起(qi)鏽(xiu)蝕(shi),也(ye)使(shi)其(qi)不(bu)直(zhi)接(jie)受(shou)大(da)氣(qi)溫(wen)度(du)影(ying)響(xiang),即(ji)可(ke)使(shi)預(yu)應(ying)力(li)鋼(gang)束(shu)工(gong)作(zuo)安(an)全(quan)可(ke)靠(kao),也(ye)減(jian)少(shao)了(le)今(jin)後(hou)養(yang)護(hu)工(gong)作(zuo)和(he)費(fei)用(yong)。該(gai)方(fang)法(fa)具(ju)有(you)施(shi)工(gong)設(she)備(bei)簡(jian)單(dan)、施工操作容易、shigongsudukuaihezaishigongguochengzhongjibenbuzhongduanjiaojiaotongdengyoudian。youqitongguoshijiayuyingli,zhuliangjianghuichanshengshanggong,zheduigaishanjiuqiaodexianaozhuangkuangshishifenyoulide,qiekeshiliefengjianxiaohuobihe。shijiatiwaiyuyingliyupenshetongjiagujiuqiaodezuhetigenzhileyuanjiegouyouyuliefengdengyuanyinchanshengdeyinglijizhongbinghuifuleyuanjiegoubianxingdexietiaoxing,shiqinengdiyugengdadewaihezai。penshetongbaoguozheyuyingligangjin,jifahuileyuyinglidezuoyong,youfahuilepenmaotongyouyuexing,yejiejueletiwaiyuyingli
鋼材養護難題,經濟效益十分顯著,為類似橋梁的
加固改造提供了一種十分有效的好途徑。
(2)lingxidaqiaocaiyongzaidunshangjiaozhidexuanbiliangshangjiasherenxingdaoliangyijiakuanqiaomiandefangfa,shirenxingdaoliangchuchengshourenxinghezaiwai,haifendanlebufenxingchehezai,chongfenliyongqichengzainengli,jieyuelejianzaoxindeshenshuiduntaidefeiyong,kegongleisiliangqiaotuokuanqiaomiancankao。
(3)fudongshigongzuopingtaiduijiaguliangqiaoshiyizhonghenjingjidefangfa,benshenanzhuangchaisanjunjiandan,shiyongwendinganquan。zhidezaiqiaoxiachangnianyoushuiqiebuhengaodeliangqiaojiagushicaiyong。
(4)該橋加固拓寬工藝簡單,施工方便,設備少,加固費用僅95萬元,如就地建新橋還需搭深水便橋,費用較大,總需要費用250萬元,加固拓寬費用僅為其40%左右。經濟效益顯著。
(5)該橋加固拓寬施工除部分項目係在半幅通車的情況下進行的。其餘均是讓車輛雙向通車,社會效益明顯。
(6)本橋設計的重點是巧妙地利用了墩上懸臂梁來加寬橋麵,避免加寬墩台,即節省了經費,又大大加快了進度,同時施工操作又簡單。
(7)不同的橋梁具備不同的特點,但同類型的橋梁有著相同的特性,其
加固方法可以借鑒,但也要具體問題具體分析,巧妙地利用其特性,則許多難點就可迎刃而解。如靈溪大橋墩上懸臂梁、邊孔人行道梁的設置。
(8)該橋加固拓寬後營運至今,經跟蹤觀察使用情況良好。
3、贛州西河大橋(鋼纖維砼加固負彎矩區、雙懸臂梁橋)
3.1 西河大橋概況
贛州市西河大橋位於市區內,跨越章江,為該市聯絡東西城區及由105國道進入市區的跨江通道。該橋橋長256.2m,為9孔雙懸臂鋼筋砼梁橋,孔徑為12.6+7×33+12.6m。懸臂孔掛梁計算跨徑為14m。原設計荷載為汽―10、拖―60,橋麵寬度為淨-7+2×1.5m人行道。該橋於1955年按蘇聯標準圖並參照洛河橋施工圖設計,1956年建成通車。
由於大橋建成後交通量日益增多,汽車載重愈來愈大,致使該橋已在主梁正、負彎矩區、牛腿上出現眾多裂縫,橋麵鋪裝及伸縮縫亦出現破碎及其它損壞現象。由於該橋病害嚴重,故被禁止稍重車輛通過。1992年以來,贛州公路分局曾先後三次組織對該橋進行檢查,拍攝錄像。1993年在對大橋進行加固設計前,亦進行了較全麵細致的檢查。
3.2 大橋病害檢查情況
西河大橋病害主要表現在:
(1)主梁裂縫及主梁變形
主梁裂縫主要發生在錨跨中部(正彎矩區)梁的下緣及懸臂梁根部(負彎矩區)上緣,後者大都貫穿整個車行道翼板。各裂縫寬約在0.1~0.5mm之(zhi)間(jian)。此(ci)類(lei)裂(lie)縫(feng)顯(xian)然(ran)是(shi)由(you)於(yu)大(da)量(liang)重(zhong)車(che)通(tong)過(guo)使(shi)梁(liang)的(de)受(shou)拉(la)區(qu)開(kai)裂(lie),屬(shu)正(zheng)常(chang)現(xian)象(xiang)。但(dan)由(you)於(yu)負(fu)變(bian)矩(ju)區(qu)裂(lie)縫(feng)在(zai)上(shang)麵(mian),雨(yu)水(shui)易(yi)從(cong)裂(lie)縫(feng)滲(shen)入(ru)梁(liang)內(nei),引(yin)起(qi)鋼(gang)筋(jin)鏽(xiu)蝕(shi)及(ji)砼(tong)強(qiang)度(du)降(jiang)低(di)。
主梁永久性變形嚴重,從橋欄杆柱變化,可明顯看到這種波浪起伏狀態,墩台處與墩中橋麵高差大者已達6cm左右。
(2)牛腿裂縫
牛腿裂縫大都發生在懸臂孔贛州方向的主梁牛腿上。裂縫大者達21mm之多,為支座附近豎直裂縫。第七孔處下水南昌方向牛腿砼在支座處脫落一塊,支座
鋼板外移,鋼筋外露,支撐其上掛梁,鏽蝕嚴重。掛梁上牛腿裂縫較少,大多是(嵌固端)轉角處斜裂縫或豎向裂縫。
在後來鑿開牛腿原砼時,發現由於鋼筋較密,砼有澆築不實之處,有空洞存在。
(3)橋麵及伸縮縫
橋(qiao)麵(mian)呈(cheng)波(bo)浪(lang)狀(zhuang)。橋(qiao)麵(mian)鋪(pu)裝(zhuang)層(ceng)裂(lie)縫(feng)及(ji)破(po)碎(sui)現(xian)象(xiang)甚(shen)為(wei)嚴(yan)重(zhong),在(zai)墩(dun)頂(ding)處(chu)及(ji)掛(gua)孔(kong)牛(niu)腿(tui)上(shang)伸(shen)縮(suo)縫(feng)處(chu)裂(lie)縫(feng)尤(you)其(qi)發(fa)達(da),以(yi)致(zhi)破(po)碎(sui)脫(tuo)落(luo)。究(jiu)其(qi)原(yuan)因(yin),可(ke)能(neng)是(shi)因(yin)橋(qiao)麵(mian)鋪(pu)裝(zhuang)層(ceng)下(xia)是(shi)較(jiao)軟(ruan)的(de)油(you)毛(mao)氈(zhan)
防水層,在重車及衝擊荷載作用下易產生這種破裂現象。
懸臂孔上伸縮縫全部破壞,縫壁破碎。
3.3 西河大橋
加固方案
在(zai)進(jin)行(xing)加(jia)固(gu)前(qian)靜(jing)載(zai)試(shi)驗(yan)的(de)同(tong)時(shi),我(wo)們(men)也(ye)進(jin)行(xing)了(le)對(dui)該(gai)橋(qiao)主(zhu)要(yao)部(bu)件(jian)結(jie)構(gou)強(qiang)度(du)的(de)驗(yan)算(suan)。計(ji)算(suan)表(biao)明(ming),對(dui)該(gai)橋(qiao)單(dan)純(chun)采(cai)取(qu)修(xiu)補(bu)的(de)方(fang)法(fa),隻(zhi)能(neng)恢(hui)複(fu)到(dao)滿(man)足(zu)汽(qi)―10荷載的要求,而不能滿足汽―20荷載運行的要求。
按容許應力法計算,懸臂孔支點截麵受壓區砼最大應力達13.5Mpa,超出實際砼容許壓應力值;而按承載能力極限狀態計算,跨中截麵正截麵強度不足,梁所能承受之最大彎矩為11839.87KN.m,不能滿足所需承受的彎矩13184.81KN.m。根據現場檢查、試驗及計算分析資料,要使西河大橋通過加固達到承受汽―20、掛―100荷載等級的要求,就必須對主掛梁牛腿、主梁及其上橋麵鋪裝進行加固補強,並對牛腿支座及伸縮縫加以改造。
3.3.1 懸臂孔主梁及掛梁牛腿的加固
(1)經計算,牛腿最弱截麵為θ=28.86°或θ=41.19°(不計H)的斜截麵,按偏心受拉構件驗算,拉應力分別為2.0及2.2Mpa,按對牛腿截麵尺寸能否符合裂縫控製要求驗算,發現牛腿截麵尺寸不足,公式Fvk≤β(1-0.5(Fhk/Fvk))(ftk/(0.5+a/ho))中係數β需≥1.39方能滿足,而承受靜力荷載的牛腿抗裂度取值至少應是β=0.80。依上可見,加固前牛腿狀況顯然不安全。加以牛腿伸縮縫處不平順、不平整引起的跳車、衝擊,可使垂直荷載實際上增大很多。因而牛腿砼內部微裂縫不斷發展,最後引起嚴重開裂而破壞。
(2)youyuniutuishixuanbiliangqiaodeyigeguanjianbuwei,tashifoulaogukekaoduiqiaoliangnengfouweichianquantongxingshiqijuedingzuoyongdeyinsuzhiyi。niutuiyoushixuanbiliangdeboruohuanjie,niutuichulianggaotubianjianxiao,jiemianaozhezhuanjiaoduo,eryaochuandidejizhonglishuzhifeichangda,qiepinfanchengshoucheliangchongjilizuoyong,suoyishishoulifeichangfuzadebuwei。xianyougezhongyansuanfangfadaiyouxiangdangdejinsixing,haibunengwanquanfanyingshouliqingkuang。weici,duiniutuijiaguwomentichuleliangzhongfangan:
方案一:鑿除原牛腿的低標號砼(舊170號砼),改為澆築30號鋼纖維砼。澆築鋼纖維砼時,在新老砼結合麵上塗以環氧砂漿以增進兩者粘結。
方案二:將(jiang)掛(gua)梁(liang)從(cong)兩(liang)個(ge)支(zhi)點(dian)擱(ge)在(zai)主(zhu)梁(liang)上(shang)改(gai)為(wei)以(yi)多(duo)支(zhi)點(dian)擱(ge)在(zai)端(duan)橫(heng)梁(liang)上(shang)。此(ci)種(zhong)方(fang)案(an),可(ke)使(shi)原(yuan)牛(niu)腿(tui)上(shang)受(shou)力(li)減(jian)少(shao),但(dan)牛(niu)腿(tui)的(de)砼(tong)則(ze)因(yin)破(po)碎(sui)開(kai)裂(lie),仍(reng)需(xu)鑿(zao)除(chu)後(hou)重(zhong)澆(jiao)新(xin)砼(tong);端橫梁也因原寬度不足及標號過低,也需鑿除重澆加寬,這就增大了工程量。該方案另一缺點是傳力情況不明確。
實橋加固時采用了第一方案。
3.3.2 主梁負彎矩的加固
根據檢查、ceshiziliaojijisuanchengguo,zhuliangfuwanjuquzaiyibanhezaixiajichanshengdaliangliefeng,qishangqiaomianpuzhuangcengyichanshengdaliangwanglie。cizhongliefengbujinbumeiguan,shirenchanshengbuanquangan,zaishijishangyehuiyinyushuishenruzhuliangheyiyuanbanzhong,daozhixiushishouligangjin,yingxiangqiaoliangshiyongshouming。
在考慮
加固方案時shi,根gen據ju計ji算suan資zi料liao增zeng加jia了le縱zong向xiang受shou拉la鋼gang筋jin,置zhi於yu原yuan鋪pu裝zhuang層ceng範fan圍wei內nei,計ji算suan結jie果guo還hai表biao明ming,由you於yu新xin設she計ji標biao準zhun的de荷he載zai負fu彎wan矩ju作zuo用yong,橋qiao麵mian砼tong的de拉la應ying力li將jiang達da到dao3.96Mpa,采用現橋涵設計規範中所列各標號普通砼均仍會因抗拉設計強度無法滿足而使梁頂開裂;隻有采用鋼纖維砼,其抗拉設計強度有可能大於此拉應力,從而保證橋麵不出現裂縫。故我們在
加固方案zhongduifuwanjuquqiaomianpuzhuangcengcaiyongjiaozhugangxianweitong,yaoqiuqiyuliangdingyiyuanbanzhenzhenglaogulianchengzhengti。suoyizaijiangliangdingyiyuanbandingdamaowai,haiyaozaiqishangshemaojinhezaidingmianshangshuazhancengjishixinlaotongjinmijiehe。zaijiaozhugangxianweitongpuzhuangcengqian,shangxuyonggaofenzihuaxuecailiaoyaruliangdingdeliefengnei,shiliefengzhanhe。
對dui此ci負fu彎wan矩ju區qu加jia固gu提ti出chu的de另ling一yi種zhong方fang案an是shi在zai橋qiao麵mian鋪pu裝zhuang層ceng範fan圍wei內nei采cai用yong無wu粘zhan結jie預yu應ying力li加jia固gu。此ci措cuo施shi旨zhi在zai使shi橋qiao麵mian原yuan裂lie縫feng進jin一yi步bu閉bi合he,同tong時shi可ke因yin懸xuan臂bi負fu彎wan矩ju減jian小xiao而er減jian小xiao懸xuan臂bi端duan撓nao度du,並bing減jian輕qing主zhu梁liang和he掛gua梁liang銜xian接jie處chu衝chong擊ji。該gai方fang案an因yin施shi工gong工gong期qi短duan、
施工技術較新,且需一定設備,一般施工隊伍不一定具備條件而放棄。
3.3.3 主梁錨跨及掛梁正彎矩區加固
在按承載能力極限狀態計算時,在汽―20、掛―100荷he載zai作zuo用yong下xia主zhu梁liang截jie麵mian強qiang度du不bu滿man足zu,故gu需xu補bu強qiang。補bu強qiang的de措cuo施shi是shi在zai鑿zao去qu原yuan橋qiao麵mian鋪pu裝zhuang層ceng及ji油you毛mao氈zhan後hou,將jiang原yuan橋qiao麵mian打da毛mao,用yong錨mao杆gan在zai原yuan鋪pu裝zhuang層ceng厚hou度du範fan圍wei內nei加jia一yi層ceng鋼gang筋jin網wang,然ran後hou澆jiao築zhu30號UEA補償收縮自防水砼。采用UEA補償收縮自防水砼的目的是因為UEA補償收縮是一種適度膨脹的砼,在鋼筋和鄰位約束下,可在砼中建立0.2~0.7Mpa預壓應力,使結構達到抗裂防滲的目的,即解決防水問題。掛梁則除在原鋪裝層厚度範圍內不增鋼筋網外,其餘均與主
梁加固方法相同。
3.3.4 主梁裂縫粘合
為改善主梁負彎矩區受力情況,並增加梁板耐久性能及剛度,同時為了在
加固施工中(zhong)需(xu)要(yao)將(jiang)導(dao)梁(liang)移(yi)孔(kong)時(shi),主(zhu)梁(liang)及(ji)掛(gua)梁(liang)能(neng)安(an)全(quan)承(cheng)受(shou)在(zai)上(shang)通(tong)過(guo)的(de)導(dao)梁(liang)設(she)備(bei)重(zhong),本(ben)橋(qiao)加(jia)固(gu)設(she)計(ji)采(cai)用(yong)了(le)以(yi)高(gao)分(fen)子(zi)化(hua)學(xue)材(cai)料(liao)對(dui)主(zhu)梁(liang)及(ji)掛(gua)梁(liang)裂(lie)縫(feng)以(yi)壓(ya)灌(guan)的(de)方(fang)法(fa),使(shi)裂(lie)縫(feng)予(yu)以(yi)粘(zhan)合(he)。
3.4 試驗結果
(1)贛州西河大橋加固前後采用兩輛黃河牌重車加載時,盡管加固後試驗荷載的內力較加固前大9%左右,但在相同位置上實測的應力值,仍見明顯減小,說明加固效果是較好的。
(2)在(zai)黃(huang)河(he)車(che)及(ji)大(da)交(jiao)通(tong)車(che)作(zuo)用(yong)下(xia),考(kao)慮(lv)了(le)衝(chong)擊(ji)係(xi)數(shu)實(shi)測(ce)活(huo)載(zai)應(ying)力(li)值(zhi),與(yu)恒(heng)載(zai)應(ying)力(li)計(ji)算(suan)值(zhi)合(he)計(ji)值(zhi),均(jun)小(xiao)於(yu)砼(tong)軸(zhou)心(xin)抗(kang)壓(ya)強(qiang)度(du)和(he)鋼(gang)筋(jin)抗(kang)拉(la)設(she)計(ji)強(qiang)度(du)值(zhi)。說(shuo)明(ming)該(gai)橋(qiao)承(cheng)載(zai)能(neng)力(li)完(wan)全(quan)滿(man)足(zu)設(she)計(ji)荷(he)載(zai)標(biao)準(zhun)(汽―20、掛―100)。
(3)由實測最大撓度值可見,錨跨跨中撓度為計算跨徑的1/4583,遠小於規範的1/600。懸臂跨懸臂端在兩列大交通作用下的撓度為懸臂長度的1/788,小於規範的1/300。說明加固後橋梁剛度是較好的。
3.5 加固效果與跟蹤觀察
贛州西河大橋通過在橋麵鋪裝層內增設縱向鋼筋,用鋼纖維砼重新澆築牛腿和澆築負彎矩區橋麵鋪裝層,用GJK-1高分子化學材料粘合梁體裂縫等措施,將西河大橋原僅能承受汽―10、拖―60的承載能力提高到汽―20、掛―100標準,說明此種
加固方法shiyouxiaode。shigongqixianyejiaoduan,jingfeiyejiaoshao,wanquankeyiyingyongdaotongleideshuangxuanbigangjintongliangqiaojiagushang。gaiqiaojingjiaguhoukaifangjiaotongzhijin,shiyongqingkuangyizhilianghao,jinggenzongguanchaweifaxianxindebinghai。
4、320國道黃花大橋(懸臂拓寬橋麵、雙曲拱橋)
4.1 黃花大橋概況
黃花大橋位於江西省萍鄉市湘東區改建後的320國道K1127至K1128段,是萍鄉市湘東鎮於1974年建成的、跨越萍水河下遊的一座鋼筋砼雙曲拱橋,全長188m,主橋三跨,每跨淨距28.5m,兩岸引橋各為六孔,跨徑4~6m不等。主橋設計荷載:汽-13,拖-60,橋麵淨寬7.3m,無人行道,矢跨比1/6,設計拱軸係數M=2.20,主拱圈寬度為8m,拱圈厚0.88m,立柱式腹拱墩。下部構造為:15#片石砼實體墩和橋台,橋墩頂寬2.5m,基礎均為明挖擴大基礎。
1987年320國道改線測設時經與新橋方案反複比較後決定利用該橋。為判定黃花大橋既有結構狀況和承載能力及進行加固的可行性,1992年元月對該橋進行了詳細的結構檢查和靜載試驗,以期對大橋上下部構造的承載能力(強度和剛度)進行鑒定,為加固拓寬利用該橋提供科學依據。
4.2
加固技術及采用方案
4.2.1 上部構造
由於設計荷載增大,橋麵拓寬,車輛橫向不利位置較原橋麵淨寬不利位置外移(原橋設計荷載為汽-13,拖-60,橋麵淨寬:淨-7.3+2×0.25m安全帶),增加了人行道活載,故對主拱圈,腹拱圈、拱上立柱等均采用錨噴砼加固,邊肋亦予以加寬,拱背現澆砼加固。
4.2.2 下部構造
根據結構檢查和靜載試驗結果,證明主橋墩台的強度和剛度能滿足現設計荷載要求,地基也堅實可靠,故對主橋墩台不予加固。
4.2.3 大橋拓寬技術的研究
(1)拓寬原則
由於原橋麵淨寬7.3m,無人行道,為配合二級路的寬度要求,需將橋麵拓寬至12m,即淨-9+2×1.5m人行道。而主橋兩岸引橋(引道)均鋪築好砼路麵,故主橋拓寬必須沿橋中心線對稱地在上下遊加寬。
(2)拓寬方案擬定與比選
①拓寬方案一
於墩台上挑出懸臂梁,然後增設邊拱肋,修建拱上構造,拓寬橋麵至淨-9+2×1.5m,重修橋麵鋪裝。
優點:拓寬部分直接傳力到墩台上,受力明確,對原橋各拱肋受力影響不很大。
缺點:墩台上挑出的懸臂梁,因要承受增設的拱肋,故必須做得較強勁,造價較高,施工難度較大。
②拓寬方案二
在橋的兩側和重修的橋麵一道現澆車行道懸臂板和人行道懸臂梁,再在人行道懸臂梁上擱置微彎板。
優點:采用懸臂梁(板)加微彎板結構,構件輕巧,並充分利用了重建砼橋麵作為懸臂梁(板)的錨固端,造價比方案一低,施工(安裝)也方便。
缺點:懸出部分主要依靠邊肋承受,故受力不如方案一有利,因此應對拱肋予以加固加強。
經對方案一、二的經濟技術比選,最後采用拓寬方案二作為本橋拓寬方案。
(3)拓寬設計要點
①由you於yu該gai橋qiao為wei空kong腹fu式shi雙shuang曲qu拱gong橋qiao,現xian采cai用yong懸xuan臂bi梁liang結jie構gou來lai拓tuo寬kuan大da橋qiao橋qiao麵mian,所suo以yi應ying盡jin量liang使shi懸xuan臂bi梁liang處chu於yu拱gong上shang立li柱zhu或huo附fu近jin,使shi得de盡jin量liang通tong過guo立li柱zhu來lai傳chuan力li給gei主zhu拱gong圈quan和he墩dun台tai上shang。
②車行道橋麵懸臂板和人行道懸臂梁根部支於原拱橋側牆上,懸臂板和懸臂梁相交處亦澆成一個整體。人行道板采用輕巧的少筋微彎板。
③為加強主橋的整體性,減少橋麵接縫,橋麵鋪裝采取全橋連續續,僅在橋麵兩頭各設置一道伸縮縫,橋麵在跨墩(柱)部分底層設置鋼筋網。
4.3 黃花大橋加固效果與社會效益分析
(1)社會效益好。
黃花大橋於1993年10月完成加固與拓寬施工並通車,營運至今,大橋狀況良好,現該橋通行的交通量達8000餘輛/日。
(2)benqiaoliangcaiyongmaopengangjintongjiaguhexuanbishituokuandejishufangfagaizao,bujinbianyushigong,quebaozhiliang,erqieshigongqijiankebuzhongduanjiaotong,yinershehuixiaoyixianzhu。
(3)本橋采用加固拓寬方法改造,不僅在總體上具有上、下部構造配合恰當之優點,而且給人們以輕巧、優美、安全之感,施工亦安全簡便,質量易於保證,工期短。從而說明該橋加固拓寬設計新穎、美觀、實用,結構合理,便於施工。
(4)該橋梁
改造工程費用低。經加固拓寬後的黃花大橋,不僅滿足了汽-20,掛-100,淨-9+2×1.5m人行道的二級公路橋梁設計要求,而且比新修橋梁節約經費150多萬元。同時節約了大量的鋼筋、水泥、木材等建築材料。
(5)黃花大橋的加固與拓寬設計被江西省交通廳授以優秀設計二等獎。
5、進賢北門橋(外包砼加大截麵、剛架拱橋)
5.1 北門橋的概況
進賢北門橋位於江西省進賢縣縣城,於1984年竣工通車。北門橋橋梁總長55.6m,主孔為1孔淨跨36m的剛架拱,矢跨比為1/6,南北副孔為跨徑6.0m的微彎板組合梁。基礎及下部結構為組合式L形橋台與樁基礎,橋麵淨空為淨-7+2×1.0m人行道,原設計荷載為汽車-20級,掛車-100。
北門橋通車後,在對該橋進行驗收時,部分拱腿拱腳斷麵上緣即出現裂縫。1987年撫州供電局運輸一台主變壓器時,上海城建學院曾對該橋進行檢測,上述裂縫深達450mm左右,裂縫寬度為0.6-0.8mm。檢測後所附《進賢北門橋承載能力評價報告》中指出:“剛架拱與副孔簡支梁的伸縮縫北邊拉開12mm,南邊拉開20mm,shuomingqiaotaiyoushuipingweiyi,bujunyunchenjianghezhuandong,beibianqiaotaichenjiangjiaonananqiaotaiduoyixie,yishangbianweizhuyaoshiyouyutaihougaotiantuchenjiangyinqi,qiaotaibianweishiyinqigongtuigenbukailiedezhuyaoyuanyinzhiyi。”
由於拱腿係剛架拱橋的主要受力杆件,考慮到安全問題,南昌公路分局將該橋列為危橋,對通行車輛采取限載100KN通過。
5.2 病害檢查
(1)拱腿病害
拱腿根部拱腳處有7處出現由上自下裂縫,拱腿拱腳處上緣裂縫寬度南岸橋台2-5mm,北岸橋台2-3mm。
(2)橋台病害
橋台立牆出現全斷麵橫向裂縫,南、北橋台八字牆受土壓力作用向外突出。
(3)部分微彎板組合橫梁出現由下自上裂縫,縫寬0.2~0.4mm。
(4)行車道主要發現橫向裂縫,主孔與南、北副孔伸縮縫均向兩側滑動,而且有一定規律可循。
5.3
加固方案及其內容
通(tong)過(guo)對(dui)老(lao)橋(qiao)的(de)計(ji)算(suan)分(fen)析(xi),我(wo)們(men)認(ren)為(wei)應(ying)對(dui)老(lao)橋(qiao)進(jin)行(xing)全(quan)麵(mian)加(jia)固(gu),並(bing)依(yi)靠(kao)加(jia)固(gu)後(hou)老(lao)橋(qiao)本(ben)身(shen)的(de)結(jie)構(gou)來(lai)達(da)到(dao)滿(man)足(zu)通(tong)行(xing)超(chao)重(zhong)平(ping)板(ban)車(che)是(shi)一(yi)個(ge)最(zui)為(wei)安(an)全(quan)和(he)兼(jian)顧(gu)長(chang)遠(yuan)利(li)益(yi)。
(1)加固的具體範圍及內容
①拱腳斷麵
拱腳斷麵由於開裂嚴重,且經常處於水位之下,所以必須重點加固。可采用以下辦法:將拱腿斷麵保護層鑿開,在原主筋旁焊接新的主筋,並增加新的箍筋。鋼筋數量由電算得出,鋼筋長度在裂縫位置左右3m內可滿足錨固的要求。裂縫用環氧樹脂填死閉合。然後澆築新的混凝土,再在其外拱腿四周用粘貼
鋼板並打栓釘的辦法來特別加強。
②上弦杆下緣
主孔方麵:由於每片上弦杆的下緣僅寬30cm,按照計算最不利截麵將對應配13Φ22,suoyijiaguhaibixucaiyongjiadaduanmianfa,zaokaixiayuanbaohuceng,luchuzhujinhegujin,jianggujinjiechang,hanshangxindezhujin。ranhoujiaozhuxindehunningtu,zaizaijubujigeduanmiandexiayuanyongzhantie
鋼板並打栓釘的辦法來特別加強。
③副孔方麵:采用滿堂腳手來加固。
④橋麵全麵加固
因(yin)為(wei)施(shi)工(gong)質(zhi)量(liang)良(liang)好(hao)的(de)橋(qiao)麵(mian),將(jiang)會(hui)提(ti)高(gao)微(wei)彎(wan)橋(qiao)麵(mian)板(ban)的(de)承(cheng)載(zai)力(li),並(bing)且(qie)頂(ding)層(ceng)鋼(gang)筋(jin)將(jiang)參(can)與(yu)抵(di)抗(kang)弦(xian)杆(gan)斷(duan)麵(mian)負(fu)彎(wan)矩(ju),所(suo)以(yi)決(jue)定(ding)鑿(zao)除(chu)原(yuan)有(you)破(po)損(sun)橋(qiao)麵(mian),除(chu)配(pei)常(chang)規(gui)的(de)構(gou)造(zao)鋼(gang)筋(jin)外(wai),在(zai)負(fu)彎(wan)矩(ju)區(qu)加(jia)設(she)受(shou)力(li)鋼(gang)筋(jin),縱(zong)向(xiang)可(ke)設(she)在(zai)弦(xian)杆(gan)計(ji)算(suan)的(de)負(fu)彎(wan)矩(ju)區(qu)起(qi)抗(kang)拉(la)作(zuo)用(yong),橫(heng)向(xiang)全(quan)橋(qiao)布(bu)置(zhi),並(bing)保(bao)證(zheng)截(jie)麵(mian)的(de)厚(hou)度(du),以(yi)提(ti)高(gao)微(wei)彎(wan)橋(qiao)麵(mian)板(ban)的(de)承(cheng)載(zai)力(li)。
⑤橋台立牆等
5.4 荷載試驗結果評定
(1)靜載試驗荷載效率各控製載麵已達到0.823、0.783、0.838,滿足有關規程要求。
(2)靜載試驗結果表明:經加固後的2#、3#拱肋在彈性範圍內工作,橋台基礎在次重車加載的情況下幾乎沒有位移,整體結構剛度和強度滿足重車通行。