2023年旧桥加宽加固改造利用技术研究.doc

旧桥加宽加固改造利用技术研究 杨宝林   【摘 要】随着经济的开展和交通量增长的需要，树屏至徐家磨二级汽车专用公路改造高速公路势在必行。本文结合全线4座中桥、9座小桥的加宽加固改造利用，论述了旧桥的加宽方案、加固措施，旧桥新旧结构连接、新旧材料结合处理等相关技术问题。 【关键词】旧桥 加宽 加固 改造   ⒈工程概况 树屏至徐家磨汽车专用二级公路是GZ45线经过兰州市的重点路段，随着交通量的日益增长，现有公路等级已不能满足国道主干线系统功能的要求，需要改造成高速公路，路线起点位于永登县树屏乡茅茨岘立交，与尹中高速公路相接，终点接徐古汽车专用二级公路，路线全长21.915 Km。全线共有4座中桥、9座小桥需要加宽加固改造利用。 1.1 旧桥技术标准 现有树屏至徐家磨段为汽车专用二级公路，路基宽度16.50m，于1997年建成通车。旧桥设计荷载：汽车—超20级、挂车—120；设计洪水频率：1/100；桥面宽度：横向布置为0.50m防撞护栏+15.50m行车道+0.50m防撞护栏；地震烈度：根本烈度7度；桥面铺装：中桥采用4cm沥青混凝土+2~18cm水泥混凝土，小桥采用5cm沥青混凝土+10cm水泥混凝土；桥面横坡：正常路拱为 2%。 1.2 中桥 全线共有4座中桥，详细情况见下表： 旧桥根本资料一览表 经现场勘察，旧桥桥面系、主梁、墩台构造及附属设施完备，运营良好，确定加宽加固改造利用。 1.3 小桥 全线11座小桥，上部结构为钢筋混凝土矩形板或空心板，下部结构为轻型桥台，扩大根底，基底换填50cm三七灰土。两座通道桥由于位置不合理、不能满足通行要求，予以撤除重建。其余小桥结构完整，运营良好，均加宽利用。小桥加宽根据路线布设情况采用单侧加宽或两侧加宽，加宽局部结构型式与旧桥一致。 2.旧桥加宽改造 通过从单侧加宽或双侧加宽、原结构加宽或新结构加宽及旧桥独立另辟新线三个不同角度充分的论证，多方案比选并进行经济技术比拟，确定旧桥加宽加固改造利用的合理方案。 2.1 单侧加宽或双侧加宽 单侧加宽具有桥梁整体性好、桥面只有一条纵向接缝的优点。由于旧桥的桥面横坡〔2%〕是由桥面铺装〔4cm沥青混凝土+2~18cm水泥混凝土〕形成的，而主梁顶面是水平的。假设采用单侧加宽，那么在加宽一侧主梁顶会增加由于调整横坡而引起的16cm厚的铺装层，且又不能抬高主梁，这样就给主梁无端增加了16cm厚的铺装层恒载，经过计算分析，这样加宽一侧主梁承载能力不满足要求，所以不能采用单侧加宽方案。 双侧加宽桥梁整体性不及单侧加宽好，桥面纵向接缝也有两条，施工操作空间小，但旧桥主梁增加恒载并不多且不必重新调整横坡，主梁承载能力能够满足要求。如以以下图所示： 因此，通过比拟确定采用双侧加宽方案。 2.2 原结构加宽或新结构加宽 对于预应力混凝土工型组合梁和钢筋混凝土T型梁两种结构，具有结构简单、受力明确但横向整体稳定性差的特点。加宽局部假设采用与旧桥一致的结构形式，每侧仅加设两片主梁，加宽局部主梁的稳定性因梁的数目少而更差，且与旧桥主梁之间横向连接构造复杂，质量上难以保证，致使桥梁的整体性、横向稳定性均较差。 加宽局部主梁假设采用横向稳定性、结构整体性均较好的结构，首先保证加宽局部主梁的整体稳定性，然后在加宽局部主梁与旧桥主梁之间采用铰式结构，容许裂缝存在，以适应新旧结构由于竖向挠度、纵横向位移不协调以及新旧混凝土收缩徐变变形的不一致所产生的附加效应，而在构造上采取措施以限制裂缝的开展。于是推荐分别采用跨径30米预应力混凝土简支箱梁和跨径20米预应力混凝土简支空心板进行加宽。 经过比拟，确定中桥均采用新结构加宽方案。跨径30米预应力混凝土简支工型组合梁采用预应力混凝土简支箱梁加宽，每侧加宽2片箱梁；跨径20米钢筋混凝土简支T型梁采用预应力混凝土简支空心板加宽，每侧加宽3片空心板。加宽局部桥墩、桥台与旧桥墩台通过盖梁、台帽、系梁连接在一起，为减少施工对旧桥扩大根底的影响，加宽局部采用钻孔灌注桩根底。 2.3 旧桥独立另辟新线 结合实地地形条件，对4座中桥逐个进行分析，将原有旧桥做为上行线或下行线桥梁，另外布设新线、设计新桥，做成别离式断面。经过详细布线和经济技术比拟，仅有泉头沟中桥具备条件，其余三座中桥皆因受地形限制而作罢。通过泉头沟中桥另辟新线方案设计比选，共计增加接线长度5Km，增设5×30米大桥一座，增加工程造价约500万。因此旧桥独立、另辟新线方案不可行。 3.旧桥加固改造 3.1 旧桥现状 旧桥加宽加固改造工程，与同类型的新建桥梁不同，是由旧桥的根底资料控制设计，由于旧桥的变形、位移及施工误差，与原设计差异大。在施工图详勘阶段，按照间距5m放桩量测旧桥桥面左中右标高、坐标和距离，还有旧桥墩台盖梁顶标高、墩台中心线等控制性数据，对旧桥进行严格的平纵面控制，以期能够得到准确详尽的根底资料。通过分析发现4座中桥的桥面铺装厚度均较原设计厚度高出很多，其中跨径30米工型梁桥桥墩台中心处桥面铺装厚度为22~38cm之间〔路缘~路中〕，边梁桥面铺装平均值为13cm、中梁桥面铺装平均值为22cm。跨径20米T型桥桥墩台中心处桥面铺装厚度为12~28cm之间〔路缘~路中〕，桥面铺装平均厚度为20cm。 通过对30米预应力混凝土工型组合梁进行结构分析，按照全预应力混凝土组合结构进行计算，1号梁〔边梁〕、2号梁〔中梁〕跨中截面正常使用阶段最大拉应力不能满足要求，最大值分别为-0.8Mpa和-1.2Mpa，标准值为0 Mpa，且承载能力极限状态组合最大弯矩不满足要求。通过对20米钢筋混凝土T型梁进行结构计算，1号梁〔边梁〕跨中截面正常使用阶段配筋面积计算需要117cm2〖15φ32〗，实际112.56 cm2〖14φ32〗；2号梁〔中梁〕跨中截面正常使用配筋面积虽满足要求但储藏缺乏，计算需要104cm2〖13φ32〗，实际112.56 cm2〖14φ32〗。 3.2 原因分析 通过分析，引起加宽后旧桥主梁结构安全储藏缺乏和耐久性差的主要原因有： 3.2.1 由于旧桥采用双侧加宽，旧桥撤除防撞护栏后，汽车、挂车荷载在桥梁全宽范围内〔16.50m〕重新进行了横向布置，主梁的荷载横向分布系数发生了变化，特别是边梁和第一片中梁变幅较大，活载效应增大10~20%，详见下表： 活载横向分布系数变化表 3.2.2 对于跨径30米预应力混凝土工型组合梁桥，在施工期间主梁反拱值大，到达9~14cm〔无实测值〕，之后仅在跨中保证6cm铺装的前提下调整了路线纵坡，造成桥面铺装厚度过大。 3.2.3 在施工期间，旧桥墩台盖梁顶施工标高比设计标上下，然后在桥面铺装上调整，韵家沟中桥低约5cm，直接增加桥面铺装的厚度，每孔增加恒载近42吨。 桥面铺装厚度的增加直接导致主梁所承受恒载增加，而活载横向进行重新分布，致使主梁承载能力安全储藏降低。 3.3 加固处理措施 简支梁跨中截面承载能力缺乏的加固方案，通常采用的方法有：增大截面法、施加体外预应力法、梁底粘贴钢板法、碳纤维片材法、简支梁变连续梁等方法加固。 全线4座中桥主梁采用增大截面法加固，通过增加桥面板厚度而到达增加受压区高度的目的，提高主梁的高跨比以增强其承载能力。分别对30米预应力混凝土简支工型组合梁增加桥面板厚度35.5cm、对20米钢筋混凝土简支T型梁增加翼缘板厚度20cm进行计算，均满足要求。 4.新旧结构连接、新旧材料结合处理 对于旧桥加宽加固改造利用工程，新旧结构连接、新旧材料结合是重点也是难点所在，设计中广泛采用化学植筋连接技术、混凝土界面处理技术、钢纤维混凝土桥面铺装技术、新旧结构连接技术、高压注浆台后加固技术等新技术、新材料和新工艺，到达整体受力、协调变形。 4.1 化学植筋连接技术的应用 为提高桥梁结构的承载能力或由于调整标高的需要，本设计较为广泛地采用了植筋技术，主要应用在桥面铺装连接、旧桥伸缩缝U型钢筋的更换与固定、墩台盖梁、台身、根底与旧桥结构的连接等。桥面植筋是在原有桥面板上加铺一层钢筋混凝土层，通过植入的钢筋承接和传导弯矩引起的剪力，使新旧混凝土形成有机整体，到达增大主梁有效高度和抗压的目的，从而提高主梁的承载能力。在施工工艺上采取以下措施：①、旧桥结构外表进行凿毛处理，凿去局部混凝土，并使外表粗糙，箍筋外露；②、对结合面进行处理，清扫、枯燥、涂抹界面胶；③、用钢筋探测器探测主筋混凝土保护层厚度及位置，按设计孔深、间距、孔径钻孔、清孔后注入植筋胶，最后种植钢筋或螺杆；④、采用干硬性混凝土或钢纤维混凝土浇筑加高、加宽局部混凝土，以减少新混凝土的收缩，从而减少新旧混凝土之间产生的差动收缩力，提高补强效果；⑤、混凝土浇筑后，应加强养护，防止混凝土过早受力。植筋完成后，需要进行抗拉拔效果检查和评定，不合格者补充植筋，植筋结果评定标准：混凝土内植筋强度不小于钢筋抗拉设计强度。 4.2新旧混凝土界面处理技术 新旧混凝土由于收缩、徐变、温度效应不协调以及车辆所产生的疲劳荷载作用，界面会遭到破坏。结合面的抗剪强度不仅与钢筋的多少有关，还与结合面的处理情况有关，设计采取了如下措施：①、原混凝土外表进行凿毛、粗糙处理，使新旧混凝土产生摩擦作用；②、在结合面涂抹界面胶，使新旧混凝土产生粘结作用；③、原混凝土外表植筋，通过产生销钉作用和界面力学约束，提高混凝土之间的粘结及塑性抗力，防止裂缝延伸〔如以以下图所示〕。用界面胶处理的混凝土结合面的抗拉强度不得低于该标号混凝土抗拉设计强度。 4.3 钢纤维混凝土桥面铺装技术 为加强桥面铺装与主梁的连接，同时为减少混凝土收缩，中桥均采用了钢纤维混凝土桥面铺装技术。钢纤维混凝土铺装层厚9cm，钢纤维掺量0.8%〔体积率〕。钢纤维除符合混凝土用钢纤维〔YB/T151〕的规定外，还应符合以下技术要求：①、单丝钢纤维抗拉强度不小于600MPa；②、钢纤维最短长度为粗集料最大公称粒径的2/3，最大长度不大于粗集料最大公称粒径的2倍，钢纤维长度与标准值的偏差不应超过±10%；③、施工时应使用不锈钢或经过抛兰等防绣处理的钢纤维和两端带锚固端的钢纤维。④、不得使用外表磨损前后裸露尖端导致行车不安全的钢纤维及搅拌易成团的钢纤维。为了使桥面铺装混凝土与主梁粘接在一起，加宽局部在主梁预制时，要预埋Ｕ型钢筋；旧桥利用局部，施工步骤为：①、撤除旧桥桥面铺装及防撞护栏；②、对旧桥桥面混凝土进行凿毛处理，使其外表粗糙，清洗外表，不得沾有油污；③、按照设计尺寸在旧桥主梁外表植筋；④、浇筑水泥混凝土调平层，形成桥面横坡；⑤、浇筑钢纤维混凝土铺装层〔厚度不小于9cm〕。旧桥主梁外表植筋时，用钢筋探测器探测钢筋位置，假设发生冲突，可适当移动植筋位置。桥面铺装构造采用刻槽、压槽、拉槽或拉毛等方法制作，构造深度为0.8mm。钢纤维混凝土可掺入微膨胀剂，在调平层混凝土与旧桥混凝土结合面涂抹界面胶。 4.4 新旧结构连接技术 桥墩台盖梁、系梁、台身、根底与旧桥局部的连接主要采取以下措施：①、凿除原结构端头混凝土，使主筋出露，与加宽局部主筋对应焊接，直径φ28mm钢筋采用等强镦粗直螺纹钢筋接头，其余钢筋采用双面焊接，焊缝长度满足标准要求；②、在素混凝土内植筋以加强连接，涂抹界面胶以增强粘接力；③、加宽局部混凝土采用干硬性混凝土或掺入微膨胀剂以减少收缩；④、混凝土浇筑后，应加强养护，到达设计强度后再受力。 4.5高压注浆台后加固技术 针对旧路桥台搭板尾端、涵台两侧约5m范围内出现的不同程度的不均匀沉陷问题，本设计采用注浆加固措施处理。即利用液压、气压将水泥浆注入路基，在粘性土路基内发生径向劈裂，浆液沿裂隙流入土体，并将土体切割成不规那么的块体，在块体之间形成互相穿插的胶状水泥结石，粘性土又受到充填浆液时的压缩，形成一种复合型岩土，防止或减弱路基再下沉；在用碎石土、砂砾土填筑的路基内，浆液以渗流或紊流的方式渗入路基土孔隙，从而提高了路基强度和刚度。高压灌浆法开挖至路面底基层底，再钻孔注浆，通过注浆形成的水泥柱拄体也可作