兩種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的橋梁加固方法
2009-09-28
雙曲拱橋的維修加固
北京房山區(qū)周張公路婁子水橋建于1976年5月，橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽—15、掛—80，橋面凈寬凈9+2×1.4，橋長38.8m，橋梁構(gòu)造為鋼筋混凝土雙曲拱橋，原橋面輔裝為15cmC30水泥混凝土，橋面基層及拱上填料均為12%石灰土，拱背上石灰土最小厚度為15cm（相當(dāng)于路面基層）。
此橋由于拱上填料及路面基層為同種材料，且厚度不等，而且未設(shè)防水層，造成全橋透水，透水后造成石灰土基層不均勻沉降，在重車荷載的作用下，原橋面鋪裝的水泥混凝土路面呈現(xiàn)粉碎性斷裂。同時由于不均勻沉降，致使拱圈局部應(yīng)力集中，造成拱波開裂。
橋梁巡回檢查小組在定期檢查巡視中發(fā)現(xiàn)此橋破損情況，加強(qiáng)了檢查頻率，發(fā)現(xiàn)破損有發(fā)展的趨勢，于是報請上級主管部門進(jìn)行維修加固工程立項。
經(jīng)現(xiàn)場觀察，從外觀上看，主拱圈未出現(xiàn)異常尚能利用，但如挖開拱上填料，重?fù)Q石灰土進(jìn)行夯實(shí)或碾壓，已裂縫的拱波將經(jīng)不住夯實(shí)或壓路機(jī)的作用而徹底損壞。另外從外觀上觀察，全橋透水亦已對橋體產(chǎn)生了很大的危害，已可見混凝土上附著有堿跡且有一定厚度，而此橋的混凝土構(gòu)件已有裂縫。
經(jīng)過慎重考慮，我們決定采用一種輕體高強(qiáng)的材料做為拱上填料，同時加設(shè)土工布制作防水層，橋面輔裝采取Φ12、Φ18螺紋鋼筋組成10×10cm鋼筋網(wǎng)，制作10cm鋼筋混凝土面層的施工方案。通過組織施工人員對數(shù)種材料鑒別試驗(yàn)后，選中了采購自北京亞新特種建材公司經(jīng)銷的陶粒和沸石作為混凝土的粒料，這兩種材料制成的混凝土，具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)。
陶粒混凝土和石灰土的比較結(jié)果如下：
?；炷恋目箟簭?qiáng)度為6.25Mpa，石灰土的抗壓強(qiáng)度為0.7Mpa陶?；炷恋淖畲蟾扇葜貫?00kg/m3，石灰土的最大干容重為1680kg/m3
陶?；炷潦┕r只用小型振搗器即可，不會對拱波造成破壞；而石灰土施工時需要進(jìn)行夯實(shí)或碾壓，會對拱波進(jìn)一步破壞。
確定了施工方案后，我們即組織了施工。施工時采用對稱拆除原橋面鋪裝，清理干凈，陶?；炷潦┕づ浜媳葹?：1：5：4（32.5水泥：水：陶粒：沸石），水灰比為0.33，采用混凝土攪拌機(jī)進(jìn)行拌和，拌和時間2分鐘，用小型振搗器和棒式振搗器配合振搗，澆筑后效果較好，因此橋面鋪裝由原15cm減少10cm鋼筋混凝土，降低了拱頂材料高度，從而加強(qiáng)了拱上建筑與橋面板的聯(lián)系，進(jìn)而加強(qiáng)拱上建筑剛度，使整個體系向柔拱剛梁轉(zhuǎn)化，促使主拱圈在活載的作用下主要承擔(dān)軸力，而彎矩轉(zhuǎn)讓給加固后的拱上建筑。
此次施工共挖除原拱上填料石灰土236m3改換輕質(zhì)高強(qiáng)的陶粒混凝土做為拱上填料，原拱上填料自重396.48T，而新?lián)Q筑的拱上填料自重僅為188.8T，單此項就減輕橋體自重207.68T。上部拱上填料自重的減輕，亦即拱圈所受非均勻分布荷載的減小，拱圈任意點(diǎn)的剪力Q，彎矩M及軸向力均減小。而其內(nèi)力又與水平推力成線性關(guān)系，而水平推力Hg又與分布載qd成線性關(guān)系，所以由恒載引起的拱圈內(nèi)力也與拱上分布荷載成線性關(guān)系，所以由恒載引起的拱圈內(nèi)力將減小近1倍。由此可見這種處理方式，大大地提高了橋梁的承載能力，現(xiàn)婁子水橋經(jīng)近兩年的使用，效果良好。
挖除原拱上填料時，必須注意使拱上受力平衡，防止倒坍。拆除過程中一律由跨中對稱地向拱腳方向進(jìn)行，兩側(cè)的拆除進(jìn)度基本一致，進(jìn)度誤差最好不要超過兩米；澆筑拱上填料及面層混凝土?xí)r，也必須對稱進(jìn)行，由拱腳向跨中進(jìn)行，誤差亦最好不超過兩米；嚴(yán)禁在橋上堆放施工材料。
預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋維修加固
北京市房山區(qū)黃良公路永定河大橋是典型的預(yù)應(yīng)力T梁橋加固范例，該橋位于北京市房山區(qū)良鄉(xiāng)葫蘆垡村東南，是跨越永定河的一座重要橋梁，也是房山區(qū)煤炭及建材運(yùn)輸?shù)闹饕ǖ?。該橋原設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽—20、掛—100，結(jié)構(gòu)形式為45×15m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁，橋面凈寬7m，兩側(cè)各設(shè)0.5m安全帶，橋面橫坡1%，T梁翼板寬1.59m，梁高0.75m。每孔上部結(jié)構(gòu)橫向共五片T梁，橋面輔裝為6cmC30混凝土磨耗層，后加鋪過3cm厚瀝青混凝土面層；下部結(jié)構(gòu)為C20鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁徑0.80m，柱頂用C25鋼筋混凝土蓋梁連接，全橋長677.25m。該橋由北京市市政設(shè)計院1968年11月設(shè)計，同年開工，于1970年10月竣工通車。
第一次加固：由于該橋位置的重要性，交通流量較大（1991年交通量為5479輛/晝夜），造成此橋橋面破損嚴(yán)重，伸縮縫開焊，嚴(yán)重影響行車安全，為此，北京市公路局于1992年將此橋列入大修工程，由市局設(shè)計院根據(jù)京周路大石河1#-4#橋1989—1991年橋面改造經(jīng)驗(yàn)制定施工方案。
方案為：將原橋面混凝土磨耗層及瀝青面層清除、鑿毛，做雙層10×10cm的Φ6、Φ8鋼筋網(wǎng)；全橋45孔，每5孔一聯(lián)，重新焊接制作每聯(lián)之間的伸縮縫，其余每孔間的橋墩縫處墊橡膠墊。當(dāng)時投資133萬元，于1992年10月完工。但兩個月后即在橋梁檢查中發(fā)現(xiàn)橋面橫向出現(xiàn)了裂紋，有少數(shù)裂紋橫貫橋面，并且有繼續(xù)發(fā)展的趨勢。
由此可見，僅靠加強(qiáng)橋面輔裝，并不能徹底解決橋梁橫向整體性問題，在活載作用下，其橋面梁間出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，久而久之造成橋梁上部單片梁受力，不能共同承受荷載，使單片橋梁體跨中撓度加大，嚴(yán)重影響了橋梁的使用性能，由于1/4跨處截面主拉應(yīng)力加大，致使梁體出現(xiàn)裂縫，而隨跨中撓度的加大，造成橋梁穩(wěn)定性較差，出現(xiàn)抖動、行車不穩(wěn)等現(xiàn)象。
綜上所述，要想徹底解決該橋橫向聯(lián)系較弱的問題，預(yù)防單片主梁受力，增強(qiáng)其整體穩(wěn)定性，必須加強(qiáng)各片主梁之間的橫向聯(lián)系，采用后加槽鋼橫梁的處理方式就較好的解決了這一問題。
第二次加固：針對此橋存在的問題，北京市房山公路分局增加了檢查頻率，但是由于交通流量不斷增加（1999年達(dá)到9863輛/晝夜），汽車噸位逐年上升，其中60噸左右的載重車占相當(dāng)大的比重，加速了此橋的損壞。1999年從外觀檢查發(fā)現(xiàn)，地袱、欄桿局部損壞；橋面鋪裝局部嚴(yán)重?fù)p壞，已影響行車安全；從橋下觀察，T梁腹板和翼板均有不同程度的損壞，其中第10、11、15、23、28、29、34、36孔破壞比較嚴(yán)重，有幾處翼板連同橋面鋪裝都有不同程度的損壞，出現(xiàn)露天現(xiàn)象；第28、29、30三孔曾經(jīng)發(fā)生油罐車滾落橋下爆炸事故，導(dǎo)致T梁腹板、翼板和兩根墩柱均有很大程度的破壞。另外此橋橋面板漏水嚴(yán)重，為徹底解決此橋的維修加固問題，北京市公路局決定再次對此橋進(jìn)行加固。
此次由北京市公路局設(shè)計研究院負(fù)責(zé)設(shè)計，設(shè)計方案為：維持原橋荷載標(biāo)準(zhǔn)汽—20、掛—100；梁腹板和翼板多處破損，但裂縫均為0.1—0.2mm，不對梁的強(qiáng)度造成影響，所以不更換T梁，僅對其進(jìn)行加固處理；橋梁的下部結(jié)構(gòu)墩柱和蓋梁未受到大的破壞，能滿足承載力的要求。
僅處理第29孔的墩柱，原因是該墩柱受到火災(zāi)的破壞，表面混凝土脫落并漏筋，處理方法鑿除舊混凝土，重新噴射C25混凝土；在橋面上車輛通過時，能感到橋梁明顯的抖動，因此有必要加強(qiáng)橋梁的整體性。主要措施一是增設(shè)橫梁，二是更新橋面鋪裝，三是更換伸縮縫。關(guān)于增設(shè)橫梁，最初有兩個方案，一是每孔增設(shè)2道混凝土橫梁，二是采用槽鋼橫梁形式。
經(jīng)過方案對此，最終采用了槽鋼橫梁形式。原因是該橫梁形式結(jié)構(gòu)新穎、輕便、施工方便，每孔可設(shè)多道，更能增加橋面的整體剛度和穩(wěn)定性。由于此種形式是第一次實(shí)施設(shè)計，主要借鑒了國外的類似結(jié)構(gòu)，吸取了以往的經(jīng)驗(yàn)，并通過強(qiáng)度計算確定槽鋼的型號和用量。
橋面鋪裝設(shè)計采用一次性重新鋪設(shè)，并加防水層。由于該路重交通占很大比例，所以鋪裝設(shè)計采用雙層鋼筋網(wǎng)，并增大鋼筋用量，鋼筋間距10×10cm，并采用Φ10鋼筋以增大鋪裝整體強(qiáng)度。為延長使用壽命和增加耐磨性，全橋范圍加鋪4cm厚SMA-16改性瀝青混凝土。
全橋均改用美佳伸縮縫，伸縮縫兩端用鋼纖維混凝土連接手段，以增加混凝土強(qiáng)度和耐久性，并延長伸縮縫壽命。5孔一聯(lián)，確保橋梁的整體性和行車舒適性，并適應(yīng)溫度變化條件下橋梁的變形需要。
橫梁的施工工藝：此次施工共計45跨采用加橫梁的方法加固，其中第一跨采用鋼筋混凝土橫梁（作為科研對比用），第二至第四十五跨采用槽鋼橫梁加固技術(shù)。橋每跨有五片T梁，使用專用設(shè)備在T梁兩側(cè)翼板上各鉆一孔，直徑為38mm，將工字形加固鋼梁架設(shè)于T梁底部，用10根高強(qiáng)螺栓將其固定。
然后在鉆孔中、T梁底部灌注微膨脹混凝土，將高強(qiáng)螺栓下部工字鋼梁下的外露部分用電焊劃去螺絲扣后彎曲，以防止工字鋼梁丟失、損壞或工字鋼梁滑動，以避免影響工字鋼梁的傳力作用。
每跨架設(shè)五根鋼梁，從而將每跨五片T梁聯(lián)成一體，當(dāng)橋梁受載時，五片T梁能共同受力，從而減少了單片T梁受力的大小，加強(qiáng)了單片T梁的承受能力，保護(hù)了T梁。
全橋有44跨架設(shè)了槽鋼橫梁，共計220根。當(dāng)鋼梁架設(shè)完成后，橋梁受力明顯改善，當(dāng)重車上橋時，經(jīng)現(xiàn)場觀察，T梁變形減小，未出現(xiàn)單片或少量T梁單獨(dú)變形情況，從而保護(hù)了橋面輔裝混凝土，瀝青混凝土路面無大損害，使橋面整體性得到了很大改善，較重的車輛通行時感覺振幅明顯減小，說明加固取得了成效。一年來，經(jīng)過多次觀察，未見異常，效果很好。
