拱桥的维修与加固方法

拱桥的维修与加固方法（共3篇）

拱桥的维修与加固方法 篇1

摘要：分析了对原有旧石拱桥进行加固维修的必要性,结合具体工程实例,对桥梁的病害情况进行了分析,探讨了旧石拱桥加固设计原理,详细地介绍了旧石拱桥加固维修的施工过程,以积累旧桥加固经验,保障公路行车安全。

关键词：石拱桥,加固,维修技术,应用

目前,全山东省有石拱桥1 000余座,其中绝大部分修建于二十世纪七八十年代。随着近些年经济发展,车流量增加,车辆荷载不断提高,原有的旧石拱桥已无法承担如此大的荷载,出现了各种各样的病害。因此,切实解决好旧桥加固维修技术,不但有利于保障公路行车安全,并能节省一大笔修建新桥的工程费用,有着极其深远的意义。

案例:此项目为省公路局重点科研项目,旨在指导山东省其他旧石拱桥大规模加固维修施工应用。

1 桥梁概况及历史背景

烟台市界河桥,位于省国道206辅线烟汕线烟台市招远境内,中心桩号K131+780。桥梁全长为205.56 m,桥宽为净10.7 m+2×0.95 m人行道,桥面横坡为双向1.5%。该桥为两侧加宽桥梁。老桥部分宽7.6 m,双侧各加宽2.1 m,新老桥上部构造均为17孔净跨径为10 m的石砌拱:老桥矢跨比为1/8,主拱圈高度为0.4 m;新桥矢跨比为1/6,主拱圈厚度为0.5 m。下部构造:老桥部分桥墩为石砌重力式墩身,单排3颗钻孔灌注桩基础,石砌U形桥台;新桥部分为石砌重力式墩台及扩大基础。老桥设计荷载为汽—15,挂—80;新桥设计荷载为汽—20,挂—100。

界河桥老桥部分于1972年竣工通车;1986年左右两侧各加宽2.1 m。

2 桥梁病害情况分析

1)两端桥台台背路基沉陷,大面积网裂;桥面铺装在两侧新老桥结合部位0.8 m范围内出现多道纵桥向贯通开裂,形成网裂,局部凹陷;全桥80%面积网裂,其中左幅网裂尤为严重。

2)经检查发现老桥4号,5号,7号,9号,10号,14号孔主拱圈底面均出现纵向裂缝,缝长在7 m～10 m之间,裂缝最大缝宽在0.25 mm～2 mm之间,已超出《公路桥涵养护规范》规定限值0.5 mm,其中4号主拱圈底面出现4道纵裂,间距1.8 m～2 m,裂缝长度贯通整孔;4号孔主拱圈底面在拱顶附近出现横向贯通并超限的裂缝;最大缝宽为0.4 mm,已超出《公路桥涵养护规范》规定限值0.3 mm;新桥部分各孔拱底均有渗水现象,主要出现位置在拱脚向上3 m范围内,且局部伴随有泛白、流膏现象;多数新老桥拱底结合处出现勾缝砂浆脱落、开裂现象。

3)所有新老桥拱底结合处均出现勾缝砂浆脱落、开裂现象,其中尤以1号,4号,5号,7号,15号孔严重,勾缝砂浆完全脱落,开裂缝宽达3 cm～6 cm。

4)老桥5号,8号,9号,10号,11号,13号桥墩承台外露,混凝土表层砂浆脱落、骨料外露,局部受水冲刷,混凝土缺损。

3 加固设计原理

1)考虑到主拱圈厚度较小,故现浇C30聚丙烯钢筋混凝土加厚主拱圈截面,通过在主拱圈上加设剪力销,以提高两者之间的整体性,达到共同参与受力的目的;新增设钢筋混凝土拱圈与原拱圈共同作用,分担了桥梁活载,减小了原拱圈在活载作用下的应力;且在拱顶2.5 m范围内将主拱圈加固横向钢筋贯穿整个桥宽,加强新老桥之间的横向联系。2)对老桥桥墩外露承台进行防冲刷维护,保证桥梁下部构造的耐久性。

4 施工实施方案

4.1 裂缝封闭处治

4.1.1 清缝处理

剔除缝口表面的松散杂物,用气压为0.2 MPa以上的压缩空气清除缝内浮尘。

4.1.2 埋设灌浆嘴

骑缝用环氧胶泥封缝并埋设、粘贴灌浆嘴,灌浆嘴的间距沿缝长依据缝的宽窄以15 cm～30 cm左右为宜,原则上缝宽可稀、缝窄宜密。

4.1.3 封缝

对缝宽小于0.15 mm的裂缝,沿缝长先涂一层环氧树脂基液,待其初凝后再抹上一层环氧胶泥并排除气泡抹平。

4.1.4 密封检查(气检)

待封缝材料固化后,沿缝涂刷一层肥皂水,并从灌浆嘴中通入气压为0.2 MPa的压缩空气,检查缝的密封效果,对漏气部位应进行补封处理。

4.1.5 灌浆

1)灌浆采用水泥浆。2)灌浆工艺:灌浆顺序由一端向另一端依次连续进行。灌浆压力以0.2 MPa～0.4 MPa为宜,压力逐渐升高,防止骤然加压对管道造成破坏。灌注操作程序:a.接通管道;b.将配制好的水泥浆注入灌浆罐;c.打开储气瓶阀门,调节压力;d.打开灌浆罐通向灌浆嘴的阀门进行灌注;e.待相邻贴嘴冒浆时关闭阀门;f.用木塞封住灌浆嘴,移至下一灌浆嘴灌注,依此压灌至最后一个贴嘴冒浆,并用木塞塞紧,保持恒压继续压灌。当吸浆率小于0.1 L/min时,再续灌5 min～10 min后即可停止灌浆。

4.1.6 封口处理

灌浆后待缝内浆液初凝而不外流时,可拆除灌浆嘴,用环氧胶泥对灌浆孔进行封口抹平。进行灌浆封闭的缝要进行抽样开孔检查,以保证灌浆封闭质量。

4.2 主拱圈加固施工

第一步:在主拱圈的拱底面进行放样钻孔,此后用空压机把孔内杂物吹净,并用蘸有丙酮的棉纱擦洗一遍。

第二步:用胶枪注入孔深2/3的环氧类结构胶,插入锚固钢筋,使孔内结构胶外溢,此现象为最佳,主拱圈拱底植筋时,会遇到锚筋下滑现象,可以采用钢钉固定。

第三步:根据设计,从拱脚起纵桥向各2 m位置布设灌浆管,灌浆管上以梅花形钻有一定孔径大小的孔,带孔的一面朝主拱圈方向,与主拱圈的间距在1 cm左右,把灌浆管固定在锚筋上。

第四步:绑扎钢筋网,钢筋网与锚筋的垂钩衔接处进行焊接,并外加喷水降温。

第五步:主拱圈拱底支模前,应硬化桥下地面防止现浇混凝土下沉,根据拱形量现浇混凝土和竹胶板厚度,此后布设满堂脚手架,钢管根据拱形等进行预弯,预弯后钢筋下部采用多个不同长度钢管并能承受一定重量的螺旋状伸长丝,顶起预弯后放好的钢管,并加以绑扎固定,螺旋部位不必固定,以防浇筑混凝土时加以螺旋式预压,使现浇混凝土与老桥拱底表面结合较为紧密,减少结合处的间隙。

第六步:根据竹胶板的长度、宽度,计算出钢管各个方向的布设间距,搭设满堂支架。钢管上面布设竹胶板时,应遵循从两侧拱脚向拱顶及从左到右或从右到左的原则,两个边必须有一侧根据拱形支立边侧模板,在布设边底模板时应稍微向外伸出主拱圈10 cm～20 cm左右,使侧模与边底模垂直紧密衔接,以防漏浆。把侧模、底模用扎丝加以固定,模板与模板衔接处夹2 cm厚的海绵,防止漏浆。

第七步:根据现场的劳动力、材料、施工进度,可以适当的在横桥向分段浇筑,但必须远离纵向裂缝位置,且横向钢筋不可截断,否则就起不到整体受力的原则,失去了加固的效能。

第八步:在浇筑混凝土前,均匀喷洒一遍水,润湿待浇混凝土的表面,此后采用喷射机的原理,把喷射机连接到空气压缩机上,通过一定的气压,把混凝土输送到待浇筑部位,浇筑时应遵循竹胶板所遵循的原则,受外部环境及喷射机的影响,可以适当调整坍落度,防止喷射机使用时受堵。浇筑混凝土时,必不可少的是振捣,要在模板内外振捣,外侧可以采用附着或振动振捣模板内的混凝土。

第九步:全孔浇筑完毕之后,用预埋的泥浆管灌水泥浆,在灌浆前,应把预埋泥浆管一侧用木塞或橡胶塞封闭,然后采用带有一定气压的泥浆泵连接到外露一侧泥浆管内压浆。应从两侧拱脚起进行预埋灌浆管压浆,待相邻的泥浆管口冒浆时关闭阀门,用塞子封住灌浆管,移至下一个灌浆管灌注,中间间隔4 d～5 d,进行二次灌注。

第十步:7 d～10 d之后可以进行拆模,混凝土养生。

随后的监控测量资料表明,此次维修达到了桥梁的加固要求,整个维修加固程序是可靠的,可以在其他同类桥梁的加固维修过程中推广使用。

参考文献

[1]蒙云,卢波.桥梁加固与改造[M].北京:人民交通出版社,2005.

[2]肖建国,信志刚.公路桥梁施工质量监控[J].内蒙古科技与经济,2005(2):122-123.

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[5]彭志波.城市桥梁检测与养护以及标准规范实务全书[M].合肥:安徽文化音像出版社,2006.

拱桥的维修与加固方法 篇2

轻型肋板石拱桥加固方法初探

结合某拱桥的.加固改造工程,研究分析了该类桥的病害现象和病害原因,同时探讨了此类特殊拱桥的受力机理,提出了合理的加固改造措施,加固实践表明,该石拱桥加固效果很好,桥梁的承载能力得到了显著提高.

作 者：张建军 ZHANG Jian-jun 作者单位：中铁十二局集团第七工程有限公司,湖南,长沙,410004刊 名：山西建筑英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE年，卷(期)：200935(7)分类号：U448.22关键词：轻型肋板石拱桥 主拱圈 加固

双曲拱桥加固维修实例 篇3

关键词：双曲拱桥,加固,施工要点

1 前言

近20多年来, 我国公路建设事业蓬勃发展, 公路的通行能力和服务水平进一步得到改善和提高, 尤其是“九五”以后, 国家进一步加大了基础设施建设投资, 公路面貌日新月异。但是, 我国在20世纪60～70年代修建的桥梁, 设计荷载标准较低, 而且大部分公路和桥梁仍在服役, 已不适应交通量日益增长的需要。而我国是一个发展中的国家, 不允许也不可能对所有此类桥梁全面重建, 因此对旧桥进行加固、维修或重建应进行认真分析, 科学决策, 使之更好地为国民经济服务。

2 敖汉桥的病害及原因分析

2.1 敖汉桥基本情况简介

敖汉桥位于G101线K716+487处, 全长44.2m, 上部结构由2孔15m双曲拱组成, 桥宽为净7+2×0.75m人行道, 矢跨比为1/6, 横向7肋6波, 拱肋混凝土强度为C25, 拱波的混凝土标号为C15;下部为重力式桥墩和U形桥台, 基础为污工沉井基础。

敖汉桥原设计荷载为汽车-13级, 拖车-60, 建于1967年

2.2 敖汉桥的病害状况

桥面纵向变形呈波浪形, 除桥两侧桥面沉陷达30cm外, 其余幅度不大, 但桥面铺装碾压破碎较为严重, 集中在墩顶伸缩缝附近处。安全带因受挤压而整体外移最大处达40cm。桥面栏杆损坏严重, 已残缺不全。伸缩缝也老化损坏。

主拱圈拱肋无明显破损, 在拱脚3m范围内发现纵向微小裂缝, 拱顶下沉10cm;拱波纵向裂缝严重, 尤其表现在桥梁横向跨中位置, 几乎贯通全拱, 且纵向裂缝较宽, 达4mm, 检查中两孔情况相似;在各孔拱波与拱肋连接处, 大部分都有裂缝, 有的还十分明显, 有不少水泥砂浆脱落现象, 用手就能抠下用于浆砌的砂浆。拱肋上有的地方有水迹, 说明拱板拱波有渗水的地方;有的横系梁破损露筋。

靠近桥台处腹拱拱圈有被压碎的现象, 混凝土有局部脱落, 腹拱拱脚及拱顶处有拱圈相对错开。立墙未发现明显鼓肚及裂缝。

桥墩墩身的浆砌片石被水冲刷严重, 无鼓肚裂缝现象。桥墩桥台没有严重下沉现象, 桥墩台承载力基本上能满足荷载的要求。

2.3 病害情况分析

拱上填料的透水性不好而造成拱上填料的含水量升高, 降低了填料的抗压强度。桥面铺装的破坏, 使降水更容易渗入拱上填料。重车作用下, 拱上填料向两侧挤压而将安全带推移。并且桥面结构缺乏基层, 桥面形成波浪。拱桥墩台处的变形缝在桥面处理不当。

主拱圈下沉有施工的原因, 也有后来几十年来混凝土受压徐变的因素等。现场观察结果表明, 主拱圈中的拱肋无明显破坏, 说明拱肋有一定的承载能力贮备。

拱波的纵向开裂主要原因是:拱肋间横向联系差, 变形不协调, 承载能力不足。说明主拱圈横向联系存在严重不足。

有的拱圈横系梁与拱肋接触位置的混凝土破碎, 也表明该桥在较大的荷载作用下抗扭刚度和横向刚度不够, 造成桥梁整体受力能力减弱, 也进一步证实了低设计荷载标准下的结构在承受较高的荷载作用时显示出来的破坏迹象。

总之, 造成桥梁破坏的原因有如下几个方面:

(1) 重车交通量的不断增长:重车的日益增加, 病害则日见严重, 且随着交通量的增加, 桥上会车的机会变多, 经常性的重车偏载对桥中心线附近拱圈进行反复交替的剪切。

(2) 设计原因:60年代, 设计荷载标准低, 结构设计不完善。

(3) 施工原因:限于历史原因和当时的施工管理方法, 在质量控制环节存在着一定的问题, 表现在施工工艺的先进性、建材的质量上及施工人员的整体素质上等。

(4) 自然条件原因:阜新地区昼夜温差较大, 温差的变化给结构带来很大内力, 对拱圈的影响是很不利的。除此之外桥梁主体受自然风化较为严重。

2.4 加固维修的目标

根据所分析情况, 针对性的对该桥各个部位进行病害处理与结构加固维修, 以充分发挥原桥潜在的承载力, 延长桥梁原有使用寿命, 并将桥梁的设计荷载标准由汽-13、拖-60, 提高至汽-20、挂-100, 以适应日益增长的交通量和车辆轴载, 为阜新地区的经济转型和经济振兴提供有利的保障。

3 针对各部位的病害加固方案

通过对该桥检查和分析的情况来看, 尚未发现墩台基础出现下沉病害。该桥目前使用多年, 墩台基础的沉降已完成并趋于稳定。桥墩台身除了表面冲刷和风化处, 也没有发现鼓肚、各种方向裂纹等结构性的破坏。所以对该桥的加固维修主要针对上部结构。

(1) 主拱圈的加固

拱桥的横跨比小于1/20时不需要验算桥梁的横向刚度, 但事实上原横系梁尺寸偏小, 而显示出提载后横向刚度相对小, 属薄弱构件, 针对这病害, 将横向拉杆改成横系梁, 即将全桥八根横系杆由104cm×9cm×9cm改成104cm×13cm×17cm横系梁, 以加强桥梁的横向整体性。

对于拱波较大的裂缝的处理, 可将其凿成深2cm的“∧”形, 再填塞12号砂浆。然后用钢扒钉卡紧, 钢扒钉的间距为30cm左右。拱波裂纹的处理如图1所示。

清除拱圈上部的填料, 加铺C30膨胀混凝土补强层, 增大主拱圈横截面积, 提高主拱圈的轴向力和弯矩抗力, 同时增强了全桥的横向刚度和纵向稳定性。加固结构如图2所示。

(2) 拆除腹拱立墙及实腹段侧墙, 按原结构尺寸以M7.5号砂浆砌块石重新安砌。更换腹拱圈中破坏的预制块, 按原结构尺寸和结构形式安装。拱上填料换上砂砾并分层夯实, 砂砾的回填松铺厚度每层控制在15cm内。拱上建筑拆除后的材料再应用, 要注意将原来附着的旧砂浆和混凝土清除干净。施工中注意砂浆的质量和浆砌圬工的施工工艺。

(3) 桥面

由于原桥面缺少稳定而坚实的基层, 缺少桥面铺装的整体性而造成现有的破坏现象。对桥面铺装的加固采用铺设20cm水泥稳定砂砾基层和10cm钢筋混凝土板、3cm沥青混凝土面层。桥面横坡2%。

钢筋混凝土桥面采用间距为15cm×15cm的构造配筋, 混凝土材料选用C40, 钢筋为Φ12 (Ⅱ级) 。

(4) 桥墩台

桥梁的桥墩, 除外观表现为浆砌片石的砌体外, 无法考证桥墩内部尺寸与构造, 给结构的验算带来了很大困难。从实际的运营情况来看, 桥墩台没有结构性损伤, 只是在水冲刷下, 浆砌墩身大部砂浆冲空。针对这种情况, 采用类比法, 即以同类工程中, 破坏程度更高, 提载幅度更大桥梁作为加固经验, 以保守的方式处理该桥墩台。

沿墩身下挖至沉井基础顶面, 采用预应力锚索喷射5cm喷混凝土的方法。预应力锚索用Φ20 (Ⅱ级) 的螺纹钢筋制做, 从基础顶部一直到拱脚位置每隔50cm设置一箍, 总共设置6道。

(5) 其它

重新安装栏杆底座, 重新预制桥梁栏杆。

4 建筑材料的使用

一般普通混凝土在硬化之后, 其体积是收缩的。膨胀混凝土的使用, 是为了补偿混凝土的这部分收缩, 才能使新旧混凝土更好结合。而且, 拱波下的水迹说明上部拱板有渗水的地方。使用膨胀混凝土也能够很好的防渗。普通混凝土本身抗拉强度低, 在硬化收缩时, 自身也会产生拉应力。在计算过程中可以看出, 补强的混凝土在一定程度上可完全抵消这两种拉应力。这就更降低了混凝土受拉破坏的可能性。《混凝土外加剂应用技术规范》GBJ50119中规定, 补偿收缩混凝土的应用范围为构件补强、渗漏修补等。所以, 在此类旧桥加固中在普通水泥里掺入膨胀剂是有必要的。

拱圈加固所使用的补强混凝土的标号是C30, 为了使得新旧混凝土更好的结合, 设计中在混凝土中掺入一定量的膨胀剂。混凝土的施工配合比和膨胀剂的掺量由辽宁工程技术大学土木建筑工程学院的建材试验室根据工地提供的材料和水泥反复试配得出。C30混凝土施工配合比是水泥∶砂子∶石子∶水=1∶1.578∶2.913∶0.4, 此时W/C+U=0.4, FDN减水剂掺量为1%。C30膨胀混凝土施工配合比 (kg/m3) 是水泥∶砂子∶石子∶水∶U型膨胀剂=370.8∶650∶1200∶165∶41.2, 膨胀剂为UFA-W膨胀剂, 掺量为10%, 等量替代水泥量。

墩台身的加固使用普通喷射混凝土。所有浆砌圬工采用M7.5砂浆, 石料的强度不低于30MPa, 拱上填料采用天然级配砂砾。

5 施工要点

5.1 膨胀混凝土的施工

5.1.1 原拱圈处理

挖除拱圈顶部的填料, 并清除原表面杂物、泥土等。检查挖除填料的拱板顶部是否有纵向裂纹, 如果有的话按照拱腹部处理裂缝的方法处理。

5.1.2 凿毛原拱板

为了使新旧混凝土结合密实有足够的粘结力, 更好的共同作用, 保证两种混凝土达到整体受力的设计要求。需要将原拱板凿毛或打成沟槽。凿毛拱板顶部时, 用铁锤和钢钎等工具, 用人工凿毛的方法凿成深度约5mm, 密度为9～12点/10cm2的小坑, 凿毛工具为钢钎, 可以用钢筋工地自制, 如果要形成沟槽, 则深度不小于6mm。

5.1.3 混凝土施工

(1) 混凝土施工用水泵喷水冲洗, 充分湿润拱板表面, 预先保证不少于12h的表面湿润。施工前刷水泥净浆进行处理表面, 以利新混凝土与原结构的粘结。

(2) 运输与贮存:膨胀剂在运输与保管中不得受潮。产品贮存期为六个月, 不得与水泥混放, 过期或受潮要重新进行物理性能试验。

(3) 膨胀剂与混凝土其他原材料一起投入搅拌机, 拌和时间较普通混凝土延长30s, 不得小于60s, 以保证拌和料的均匀性。膨胀剂按重量计, 称量偏差为±1%。

(4) 膨胀混凝土施工过程中, 在计划浇注区段内连续浇注, 不得中断;混凝土的振捣不得漏振、欠振和过振;混凝土终凝前, 采用人工多次抹平。

(5) 混凝土施工应该从拱脚向拱顶浇注, 两边同时施工, 目的在于主拱圈的受力均匀。

5.1.4 混凝土养护

膨胀混凝土要有充分湿养才能更好地发挥其膨胀效应, 必须重视混凝土的养护工作。混凝土浇注完毕后, 表面再抹平。混凝土硬化后, 采用湿麻袋覆盖, 保护混凝土表面潮湿, 养护时间不小于14d。

5.2 墩身预应力锚索喷射混凝土施工要点

(1) 受喷面清理与凿毛

处理方法同上。但浆砌片石的墩身中砂浆已经被水冲刷掉, 并且片石中夹杂了泥砂, 这不利于喷射混凝土与墩身的粘结。所以高压水冲洗干净。

(2) 喷射混凝土施工

喷射时, 尽可能使料束与受喷面垂直, 无法垂直时倾斜应小于30°。喷嘴与受喷面保持0.6～1.2m的距离, 施喷顺序为自下向上, 按30～50cm直径划圆成螺旋形前进。每次施喷层厚以3cm左右为宜, 两次喷层间隙20～30min。

(3) 喷射混凝土的养护

对新喷射混凝土喷水养护, 保持其表面湿润, 从喷射混凝土初凝后2h开始, 养护期不少于7d, 由于喷射混凝土中掺有一定量的速凝剂, 即能显著加快混凝土凝结, 提高早期强度, 也在一定程度上抑制了水泥的水化作用而易于产生较大的收缩变形。因此, 必须保持较长的养护日期, 以保证强度的正常增长, 减少和防止收缩开裂。

(4) 表面修整

喷射面修整平整, 对提高耐久性和强度均是有利的。在喷射混凝土初凝后 (即喷射后15～20min) , 直接在喷射面上抹一层砂浆。

5.3 浆砌圬工施工

腹拱立墙和实腹段侧墙采用M7.5号砂浆浆砌块石, 石料规则, 镶面平整, 砌体采用工字缝砌筑, 要求外观美观。

砌体中按结构留变形缝与伸缩缝, 要求做通, 里面用沥青麻丝填实处理。

5.4 钢筋混凝土桥面铺装施工

拱上填料的最后一层 (20cm) 做成水泥稳定砂砾层, 再进行桥面钢筋混凝土的施工。分块施工的钢筋混凝土桥面铺装的伸缩缝要尽量直顺, 填充的沥青麻丝要填实而不至于渗水。施工完毕后的表面用木抹抹平。混凝土硬化后, 覆盖湿麻袋或草帘浇水养护不小于7d。

6 加固效果分析

为了检验双曲拱桥的加固效果, 省公路局委托长安大学进行荷载试验验证。表明经过加固后, 可以使结构的整体刚度和承载能力得到明显提高, 满足了使用要求。

7 结束语

我国大部分双曲拱桥建于20世纪50～70年代, 已经运营数十年, 再加上超载、超限车辆的日益增多及结构本身的缺陷, 大批桥梁都有了不同程度的破坏, 急需维修与加固。伴随着经济增长的步伐, 各种桥梁包括双曲拱桥还要面临着承担超过原设计荷载标准很多的活载及各种偶然荷载, 因此旧桥的改造工作中还要有提高承载能力的意识。危、旧桥的整治、加固及提载已经成为当今我国公路养护的一项日益繁重而紧迫的工作。