中小跨徑危舊橋梁改造工程設(shè)計(jì)

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0引言

青島地區(qū)國省道干線公路橋梁共計(jì)1300多座，特大橋5座、大橋90多座、中橋350多座、小橋880多座，按上部結(jié)構(gòu)的材料組成和結(jié)構(gòu)類型大致可分為鋼筋砼梁橋、預(yù)應(yīng)力砼梁橋、圬工拱橋、鋼筋砼拱橋和石梁橋等五種型式。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，交通量快速增加，道路車輛超限、超載現(xiàn)象十分嚴(yán)重，橋梁的耐久性急劇下降。2008年至今，多個(gè)公路危舊橋梁改造項(xiàng)目設(shè)計(jì)十踐表明，特別是在中小跨徑常規(guī)橋梁的改造項(xiàng)目中，呈現(xiàn)出雖然病害數(shù)量較多但病害類型和處置方法相對集中的現(xiàn)象，其中部分研究、設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)值得總結(jié)，供行業(yè)內(nèi)有關(guān)技術(shù)人員參考。

1改造分類

項(xiàng)目實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)規(guī)范中關(guān)于橋梁改造定性存在多種描述，如維修、加固、改建、改造、搶修等，各種規(guī)范之間沒有統(tǒng)一定義。為便于描述和界定，根據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范將危舊橋梁改造劃分為維修、加固和改建三種類別，明確了各類別所指代的工程規(guī)模和基本內(nèi)容，方便了溝通并取得了良好使用效果。具體改造分類如下：

1.1維修工程

是對橋涵及其附屬構(gòu)造物的較大損壞進(jìn)行周期性綜合修理，以全面恢復(fù)到原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)狀況，或在原技術(shù)等級范圍內(nèi)進(jìn)行局部改善和個(gè)別增建，以逐步提高其通行能力的工程項(xiàng)目。

1.2加固工程

是對橋梁的主要承重結(jié)構(gòu)、構(gòu)件及其相關(guān)部分采取增強(qiáng)、局部更換或調(diào)整其內(nèi)力等措施，使其滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

1.3改建工程

是對橋涵及其附屬構(gòu)造物因不適應(yīng)交通量、荷載、泄洪要求而提高技術(shù)等級[1]，或因公路局部遷線改移需要重建，或?yàn)榱孙@著提高通行能力而進(jìn)行的較大型、大型工程項(xiàng)目。

2工作步驟、方法及內(nèi)容

2.1工作步驟

研究過程按照評價(jià)、分析、確定改造方案三個(gè)步驟進(jìn)行。

2.2工作方法

通過現(xiàn)場勘測、結(jié)構(gòu)計(jì)算和數(shù)據(jù)分析，結(jié)合有關(guān)檢測報(bào)告和養(yǎng)護(hù)資料等，對項(xiàng)目橋梁逐一分析論證，采用的方法主要包括：目測與儀器相結(jié)合、實(shí)地檢測與內(nèi)業(yè)資料相結(jié)合、結(jié)構(gòu)檢算與專家經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合、定性分析與定量分析相結(jié)合。

2.3工作內(nèi)容

橋梁技術(shù)狀況評價(jià)研究的內(nèi)容主要有：結(jié)構(gòu)承載能力評價(jià)、總體服務(wù)功能評價(jià)和外觀病害評價(jià)。結(jié)構(gòu)承載能力評價(jià)主要包括材料強(qiáng)度、變形，結(jié)構(gòu)或局部構(gòu)件的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性等。結(jié)構(gòu)承載能力評價(jià)不通過的，推薦采用加固或改建方案。總體服務(wù)功能評價(jià)主要包括荷載等級、路線線形、橋面寬度、過水?dāng)嗝娴?。對于結(jié)構(gòu)承載能力評價(jià)不通過的，要提出改建方案，根據(jù)結(jié)構(gòu)承載能力評價(jià)結(jié)論進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比選。外觀病害評價(jià)，主要包括材料缺損、裂縫描述等。對所有檢測出的外觀病害，提出相應(yīng)維修方案。其中，病害調(diào)查簡便、有效，是橋梁改造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是橋梁技術(shù)狀況評價(jià)和處置方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。病害調(diào)查對技術(shù)人員的專業(yè)能力要求較高，除了基本的理論知識儲備，還需要具備現(xiàn)場調(diào)查經(jīng)驗(yàn)。

3改造方案

改建類項(xiàng)目一般與新設(shè)計(jì)橋梁類似，需要根據(jù)橋梁的地質(zhì)、水文和路線等具體條件設(shè)計(jì)，本文暫不討論。維修和加固類項(xiàng)目，根據(jù)歷年危舊橋梁改造項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，特將使用次數(shù)較多、相對獨(dú)立成體系的處置方案匯總?cè)缦拢?/p>

3.1墩柱套箍

對墩柱環(huán)向裂縫和頸縮處采用現(xiàn)澆C30砼套箍處理[2]，厚度25cm。單獨(dú)環(huán)向裂縫套箍高度為2m，施工時(shí)根據(jù)墩柱表層砼裂縫及缺陷情況可適當(dāng)增加套箍高度。主要施工順序?yàn)椋簢呋蚺潘?、砼表層處理、植筋、安裝鋼筋網(wǎng)、現(xiàn)澆C30砼、養(yǎng)護(hù)。

3.2橫隔板粘貼鋼板

青島地區(qū)尚有大量T梁橋通行使用，橫隔板是T梁薄弱環(huán)節(jié)，破損現(xiàn)象較為普遍，常采用粘貼鋼板進(jìn)行維修處理。中隔板采用雙面粘貼，終端隔板采用單面粘貼，鋼板下緣距橫隔板下緣50mm，施工前應(yīng)現(xiàn)場檢測原結(jié)構(gòu)砼強(qiáng)度不應(yīng)低于C20。其工藝為：

3.2.1砼表面處理首先對砼裂縫和表層缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，對松散浮渣、油污等采用鋼刷除去，砼粘貼面凹凸不平的應(yīng)采用磨光機(jī)整平，露出新鮮砼，并用壓縮空氣清除灰塵，使砼表面清潔。

3.2.2鉆孔植筋根據(jù)螺栓安裝位置在砼構(gòu)件和鋼板上鉆孔，將螺栓植入砼結(jié)構(gòu)中并清理砼表面。

3.2.3粘貼鋼板在砼和鋼板結(jié)合面分別涂刷一薄層環(huán)氧樹脂膠液，然后在鋼板上再涂刷一層厚1～3mm環(huán)氧樹脂膠砂，中間厚、邊緣薄，并將氣泡擠出，對應(yīng)鉆孔位置將鋼板貼在砼表面[3]。

3.2.4固定加壓鋼板粘貼后應(yīng)立即旋緊螺帽進(jìn)行加壓，并用特制U型夾具加壓，壓力應(yīng)保持在0.05～0.1MPa，使鋼板邊縫有少量膠液擠出為宜。3.2.5檢驗(yàn)防護(hù)鋼板粘貼加壓后應(yīng)保護(hù)24h以上，使膠體完全固化。檢查并根據(jù)需要補(bǔ)救或重貼，保證鋼板與砼之間結(jié)合密實(shí)，符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后，對粘貼鋼板的砼構(gòu)件表面涂刷丙乳砂漿防護(hù)。

3.3上套拱加固

上套拱加固可從根本上改善舊拱橋的技術(shù)狀況，特別是對一些有保留價(jià)值的多跨拱橋，在維持其外觀造型的同時(shí)，能有效提高承載能力、增加耐久性。其施工順序?yàn)椋?/p>

3.3.1搭設(shè)拱架平整拱下場地并夯實(shí)，必要時(shí)可澆筑砼臨時(shí)基礎(chǔ)。確定主拱圈完好后，搭設(shè)拱架。拱架應(yīng)采用拱盔等整體式支撐結(jié)構(gòu)，如采用滿堂支架類支撐，應(yīng)作多組次多循環(huán)調(diào)節(jié)，避免局部桿件受力集中而破壞原主拱圈的整體穩(wěn)定。

3.3.2墩臺維修墩臺裂縫采用壓力注漿維修，以一定的壓力將無收縮水泥基灌漿料注入墩臺砌石裂縫腔內(nèi)。

3.3.3拆除拱上結(jié)構(gòu)橋面系采用小型機(jī)具從跨中向拱腳方向?qū)ΨQ挖除；拱上側(cè)墻采用人工拆除，從拱頂向拱腳方向、橋梁左右兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行；拱上填料采用人工從跨中向拱腳方向?qū)ΨQ挖除，分層厚度不應(yīng)超過50cm。拱上結(jié)構(gòu)拆除時(shí)嚴(yán)禁使用強(qiáng)烈震動機(jī)具，及時(shí)清理廢渣，同時(shí)應(yīng)進(jìn)行觀測，如拱圈出現(xiàn)沉降、變形或者裂縫等現(xiàn)象，要及時(shí)停止施工并查明原因。

3.3.4拱圈維修用高壓水槍將拱圈頂面和底面沖洗干凈，拱圈頂面采用擠壓式砂漿泵噴射環(huán)氧砂漿，拱圈底面進(jìn)行聚合物水泥砂漿抹面。拱圈頂面應(yīng)分段施工或間隔施工。每次噴射環(huán)氧砂漿厚度0.5～1cm為宜，分層間隔時(shí)間視施工季節(jié)而定，應(yīng)保證前一層表面干燥時(shí)再進(jìn)行下一層施工。3.3.5拱圈植筋植入筋在拱頂采用梅花型布置，縱橫向間距為30cm。錨固部位拱圈砌石若有局部缺陷，應(yīng)先進(jìn)行修補(bǔ)或適當(dāng)調(diào)整植筋位置。3.3.6套拱施工鋼筋布置后，由兩側(cè)拱腳同時(shí)對稱地向拱頂澆筑套拱砼[4]。保證整個(gè)澆筑過程對稱、均衡。振搗砼過程要避免機(jī)具接觸原石砌拱圈及側(cè)向模板，保證原結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。3.3.7重做拱上結(jié)構(gòu)待橋梁上部結(jié)構(gòu)施工完成并達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，需對拱架拆除。

3.4下套拱加固

使用下套拱工藝加固拱橋施工方便、適用性強(qiáng)，特別是施工期間對道路交通影響較小，因此應(yīng)用范圍較廣。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，青島地區(qū)國省干線公路圬工拱橋約有260余座，占所有橋梁20%左右。除了個(gè)別五類危橋或改建類處置的舊橋，采用下套拱加固處理，能在有限資金約束的前提下有效改善舊拱橋的安全使用[5]。其施工順序?yàn)椋孩旁诨A(chǔ)側(cè)面2m范圍內(nèi)開挖，然后用高壓水槍將拱圈表面和基礎(chǔ)側(cè)面沖洗干凈?；撞捎?0cm厚碎石夯實(shí)，并用2cm厚水泥砂漿抹面。⑵采用高壓噴注環(huán)氧砂漿修補(bǔ)拱圈裂縫。⑶拱圈植筋按梅花狀分布，間距不大于30cm；基礎(chǔ)植筋豎向均布三層，橫橋向間距30cm。⑷加掛鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)間距15cm×15cm，并與植筋焊接固定。⑸采用支架法現(xiàn)澆C30砼。舊橋主拱圈底面澆筑C30砼30cm；基礎(chǔ)安全高度處理，兩側(cè)順橋向澆筑30cm。

4結(jié)語

總之，在公路危舊橋梁改造工作中，除了具備足夠的理論知識儲備，還需要重視業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)積累。本文總結(jié)了青島地區(qū)中小跨徑橋梁改造成套處置方案，供行業(yè)內(nèi)有關(guān)技術(shù)人員參考。

作者：朱曉慶 單位：青島市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院