淺談拱橋加固工程中氣泡混凝土的應(yīng)用
2015-05-20
鎮(zhèn)西大橋是位于文成縣百丈漈水庫庫區(qū)長(zhǎng)鎮(zhèn)線K5+962處的一座1×65m鋼筋混凝土雙曲拱橋，設(shè)計(jì)荷載為汽-15，掛-100，橋梁全長(zhǎng)76.5m，橋面凈寬4.7m，兩側(cè)2×0.3m欄桿，全寬5.3m，矢跨比1/8，三肋兩波，主拱圈高度為1.3m，拱上設(shè)8個(gè)凈寬為4.2m的腹拱。橋臺(tái)為重力式橋臺(tái)。該橋拱肋采用300#混凝土，拱波、拱板、均為200#混凝土，拱上立柱、蓋梁、柱座均為250#混凝土。經(jīng)橋梁特殊檢查，結(jié)論為橋跨結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度能夠滿足汽車-15的使用要求，校驗(yàn)系數(shù)都接近于1.0，結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備不大。結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下基本完全處于彈性工作狀態(tài)，主要撓度測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)撓度值遠(yuǎn)小于撓度容許值，滿足剛度要求。實(shí)測(cè)頻率大于理論頻率，填料對(duì)增加結(jié)構(gòu)剛度有一定的效果，實(shí)測(cè)頻率比理論頻率為1.08，說明結(jié)構(gòu)處于較好狀態(tài)。結(jié)構(gòu)阻尼比為0.39，屬于小阻尼振動(dòng)，結(jié)構(gòu)振動(dòng)衰減正常。實(shí)測(cè)沖擊系數(shù)最大為1.18和1.21，均大于按照規(guī)范計(jì)算的理論沖擊系數(shù)1.09，安全系數(shù)略微偏小為1.24，小于最小安全系數(shù)為1.40，結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備不大，綜合評(píng)定等級(jí)為3類橋梁，需要進(jìn)行加固。根據(jù)現(xiàn)有檢測(cè)資料及現(xiàn)場(chǎng)勘察，針對(duì)橋梁目前存在的影響橋梁安全性、使用性、耐久性的主要病害有針對(duì)性的進(jìn)行維修加固，確保橋梁原設(shè)計(jì)功能、增強(qiáng)安全性和耐久性，采取更換拱上填料，重建橋面系，拱上填料采用氣泡混凝土換填。
一、氣泡混凝土特點(diǎn)及公路工程應(yīng)用情況
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氣泡混凝土，是通過氣泡機(jī)的發(fā)泡系統(tǒng)將發(fā)泡劑用機(jī)械方式充分發(fā)泡，并將泡沫與水泥漿均勻混合，然后經(jīng)過發(fā)泡機(jī)的泵送系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)澆施工或模具成型，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)所形成的一種含有大量封閉氣孔的新型輕質(zhì)保溫材料。它屬于氣泡狀絕熱材料，突出特點(diǎn)是在混凝土內(nèi)部形成封閉的泡沫孔，使混凝土輕質(zhì)化和保溫隔熱化。氣泡混凝土具有以下特點(diǎn)：
1）輕質(zhì)性：干體積密度為300-1600KG/M3，相當(dāng)于普通水泥混凝土的1/5～1/8左右，可減輕建筑物整體荷載。
2）整體性：可現(xiàn)場(chǎng)澆注施工，與主體結(jié)合緊密，不需留界隔縫和透氣管。
3）低彈減震性：氣泡混合輕質(zhì)土的多孔性使其具有低的彈性模量，從而使其對(duì)沖擊載荷具有良好的吸收和分散作用。
4）抗壓性：抗壓強(qiáng)度為0.6-25.0MPA。
5）耐水性：現(xiàn)澆氣泡混合輕質(zhì)土吸水性較小，相對(duì)獨(dú)立的封閉氣泡及良好的整體性，使其具有一定的防水性能。
6）耐久性：與主體工程壽命相同。
7）施工速度快：只需使用簡(jiǎn)單的機(jī)器可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)800米的遠(yuǎn)距離輸送，工作量為150—300M3/工作日。
8）環(huán)保性：氣泡混合輕質(zhì)土所需原料為水泥和起泡劑，起泡劑為中性，不含苯、甲醛等有害物質(zhì)，避免了環(huán)境污染和消防隱患。
9）經(jīng)濟(jì)性：綜合造價(jià)低。
②公路工程應(yīng)用情況
公路工程主要在新建公路橋臺(tái)背路基換填，以有效解決軟基路段預(yù)壓不充分遺留的工程沉降問題；在舊路改造的橋臺(tái)背路基換填，可一次性徹底解決工后沉降引起的橋頭跳車問題；在道路擴(kuò)建中的加寬路基填筑，更好解決新舊路基差異變形問題，并可節(jié)省征地，避免拆遷；在山區(qū)陡峭路段的路基填筑，避免高填高挖帶來的施工技術(shù)難題；以及用于地下大跨度結(jié)構(gòu)工程的覆土減荷等以減輕荷重或土壓等。
二、氣泡混凝土實(shí)施效果
鎮(zhèn)西大橋加固工程中更換拱上填料采用輕質(zhì)高強(qiáng)的氣泡混凝土，一方面能夠減輕主拱圈所受荷載，另一方面還能夠有效改善和加強(qiáng)橋面荷載的擴(kuò)散效應(yīng)，具體加固工程拱上恒載變化見下表：
可以看出，上部結(jié)構(gòu)換填后，雖然橋面結(jié)構(gòu)厚度加強(qiáng)，導(dǎo)致恒載的增加，總體拱上恒載整體上還是減少了107T，均勻的減少拱上自重，尤其是拱上填料采用氣泡混凝土就減少了150T，氣泡混凝土施工工藝及質(zhì)量管理簡(jiǎn)單可控，最大的好處是帶來主拱圈內(nèi)力減少，提高橋梁的承載能力。本橋上部結(jié)構(gòu)換填約150立方米，相比換填普通砼C10單價(jià)成本約增加80元/每立方米計(jì)1.2萬元，頂部增加鋼筋網(wǎng)計(jì)0.8萬元，鎮(zhèn)西大橋全長(zhǎng)76.5m，橋面凈寬4.7m，橋面面積350平方米僅增加投入2萬元經(jīng)費(fèi)，實(shí)施完成后滿足原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，采用氣泡混凝土拱上填筑對(duì)于拱橋加固具有一定推廣意義。
