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成渝高速公路瀨溪河大橋維修加固措施
發布時間:2012-5-18 閱讀:5883次  

摘要:本文對瀨溪河大橋維修加固工程病害分析、加固方案、施工要點進行論述;并對裂縫處理、植筋及檢測進行闡述;**后對經維修加固后本橋使用狀況進行了簡述。

一、概述

  瀨溪河大橋位于成渝高速公路K241+350m處,主跨一孔80m鋼筋混凝土箱型肋拱橋,矢跨比1/7,拱軸系數m=1.756,采用等截面懸鏈線無鉸拱,主拱肋箱高1.5m,箱寬1.6m,頂板0.24m(預制6cm,現澆18cm),底板及腹板厚0.2m。每孔半幅2條拱肋,肋間距6.6m。上部設置雙柱式排架支承縱梁,于縱梁上設橫置橋面板,板厚0.3m。橋面鋪裝層為6cm厚水泥混凝土,面層為4cm瀝青砼。下部構造為石砌圬工基礎,重力式橋臺。一九九五年五月一日建成通車。詳見橋型總體布置圖:

二、橋梁病害狀況內力驗算及成因分析

  二OO二年一月中旬,右幅橋面產生嚴重裂縫,積水滲漏嚴重。該月下旬經再次檢查,橋面橫置板間裂縫達53條(占全橋35%),****裂縫寬為50-70mm,縫深度貫穿板厚,橋面積水向橋下傾瀉如注。重車通過橋上,橫置板跨中擾度****達30mm以上,橋面變形及振動異常明顯。左幅橋面有少量裂縫,裂紋寬度甚小,仍有少量橋面積水滲入橫置板縫滴入河內。
  二OO二年二月由重慶公路質量檢測中心對該橋進行檢測,檢測結果為拱肋底板、腹板及頂板均產生有縱向裂縫,縫寬0.1-0.5mm,長度為1.0m-4.5m。橫置板跨中裂縫0.1-0.3mm。橫置板與縱梁或墊墻支承處脫空現象均較嚴重,****達50mm以上;部分板于脫空間隙內填塞有鋼板,且混凝土與鋼板接觸面局部壓碎現象嚴重,除鋼板接觸處外仍為脫空。
  本橋維修加固由四川省交通廳公路規劃勘察設計研究院進行設計。設計中對原設計圖進行了內力驗算,其結論為:主拱圈拱頂截面在荷載組合I、II、III時計入偏心增大系數時,截面抗力均不能滿足規范要求。縱梁跨中截面不能滿足抗彎要求,支點截面不能滿足抗彎和斜截面抗剪要求。位于伸縮縫處兩側的端板截面不能滿足抗彎和斜截面抗剪要求。
  除上述病害工程檢測情況及內力驗算外,橋梁產生嚴重損壞的成因還有下列重要因素。
1、右幅橋位于彎道下坡(縱坡均為3.0%)300m處,且下坡中橋面縱坡為0.3%,由于車速原因及受車輛沖擊荷載的影響導致橋面嚴重損壞;而左幅進入橋面之前處于彎道延長直線段,車輛進入橋面為0.3%上坡行駛過程中,橋面受車輛沖擊荷載的影響遠小于右幅,因此左幅橋面僅產生微小裂縫。

2、橋面鋪裝現澆6cm混凝土,鋪裝層內布Ф6@20cm×20cm鋼筋網,板間鉸縫僅用2Ф8縱向筋與預制板預留伸出筋搭接,其上鋪4cm瀝青混凝土;屬半剛性柔性橋面,橋面鋪裝層及鉸縫剛度不夠,不能有效傳遞荷載作用力分布,致使絞縫嚴重損壞,車道板產生裂縫或斷板。

3、 行車道板由雙柱式排架支承縱梁,其上設橫置橋面板,呈П型單跨雙懸臂車道板,行車方向由П橫置板通過鉸縫形成橋面結構。當車輛活載沿橋縱向行駛時,由于車輛荷載于橋上行駛沿橋面縱、橫向位置的不斷變化,車輛活載沿橋面縱、橫向分布系數也隨之變化,沿橋縱向橫置板之間的企口鉸縫隨車輛行駛將全部承受車輛活載作用。加之橋面鋪裝層及企口鉸縫剛度差,不能滿足活載縱向傳遞剛度,更不能將車輛活載較均勻的分布在橋面系相應的范圍內。

4、橋面橫置板與縱梁及墊墻接觸面為砂漿連接,板的受力不明確且橋面板的振動及撓度較大,部分橫置板支承處底部嚴重脫空,不能使板與縱梁或墊墻之間有效接觸和傳力,部分橫置板與縱梁或墊墻間用鋼板填塞,形成局部混凝土壓碎,無法將橫置板所受力均勻有效傳遞。導致懸臂橫置板支承處頂面產生橫向裂紋或斷板現象。

5、橋面伸縮縫構造簡單,原設計為板式橡膠伸縮縫,使用中雖將其改造為型鋼縫,但其與橋面板錨固不牢,縫內未設傳力桿,當車輛移動活載作用于橋面時,沿橋面縱向活載無法傳遞于伸縮縫兩側相鄰行車道板,致使伸縮縫兩側車道板產生不均勻的擾度,導致車道板損壞嚴重。

三、維修加固方案

  針對本橋現狀及病害成因分析,設計中曾擬定多種方案,由重慶市交委主持,邀請重慶交通學院,公路設計、科研、質檢部門專家進行了論證,形成二種方案進行比較:一是盡可能在現有橋梁狀況下,針對不同部位、結構、構造進行維修加固;二是拆除縱梁,于立柱上加設帽梁形成框架,廢棄現有橫置板,于框架上設置縱向行車道板,增加橋面及引道標高的橋梁改造方案。經專家論證,第二種方案雖可行,但投資較大。****種方案投資較少,經維修加固后仍可滿足汽車––超20級,掛車––120荷載使用要求,因此決定采用****種維修加固方案實施。其維修加固方案如下:

1、裂縫治理
  在對全橋進行補強之前,對于大于0.15mm的裂縫采用恒定低壓壓注改性環氧灌縫膠的方法,恢復結構整體性。對于0.15mm以下的裂縫采用封閉處理。

2、對拱肋的處理
  根據拱肋各部分受力不同,拱腳至拱上****根立柱間采用上緣加厚30~20cm厚補強混凝土;配16ф32鋼筋(單肋)。****根立柱至拱上墊墻上緣加20cm厚補強混凝土;配16ф25鋼筋(單肋),并延長經墊墻段與拱頂段內主鋼筋焊接。拆除拱頂段15.2cm范圍內橋面板及拱上墊墻,整體澆注其橋面板及墊墻,并與拱圈形成整體。為使拱肋頂板與現澆混凝土形成整體,采取鑿毛新舊混凝土結合面,在原拱肋頂板上植入ф12連接鋼筋與拱肋配筋焊接。
  在拱肋立柱根部采用A235鋼板環抱立柱根部作為連接件,縱向鋼筋焊接于連接鋼板上,確保拱圈縱向主筋受力的連續性。詳細見主拱圈加固構造圖。


  拱圈拱腳處植入16ф32主筋的長度為100cm,為加強拱座處的受力連續性,由于原拱座配筋較弱,對全橋拱座鑿毛,加鋪一層ф12間距15cm的鋼筋網,并植入一定數量的ф12cm架立鋼筋,在原拱座上澆鋪一層50cm厚的補強混凝土,防止拱座開裂。

3、對縱梁的處理
  采用加高、加厚縱梁增大其抗彎及抗剪剛度的方法,在縱梁底部澆筑20cm厚,側面澆筑12cm厚補強混凝土,加配ф25縱向受力筋及U型箍筋,在原混凝土表面鑿毛、植筋及局部焊接鋼筋等方法增強新舊混凝土的結合。詳見縱梁加固構造圖。

4、對橋面板的處理
① 端板的處理
  對伸縮縫兩側1~3#板更換,增加板跨中厚度,更換板整體澆筑,端板間鉸縫增設五處傳力桿。詳見端部橋面板構造圖(圖中:A、B、C、D切面尺寸及相應鋼筋構造圖略)

② 拱頂實腹段處理
  拱頂15.2m范圍內橋面板設計為現澆板與墊墻、拱圈形成整體。詳見拱頂現澆橋面板鋼筋構造圖。

③ 橋面板鉸縫處理
  為保證橋面板按鉸接板整體受力,對橫置板鉸縫進行改造;對保留行車道板的頂面、側面進行清鑿,露出石子,縫內增設螺旋鋼筋、縱向鋼筋及П型縱向鋼筋;兩相鄰橫置板植筋(ф12)及加設縱向筋與橋面鋪裝層鋼筋網連接成整體,鉸縫內再澆筑小石子混凝土。詳見企口鋼筋構造圖。

5、對橋面鋪裝層的處理
  由于橋面橫置板設計是按鉸接板法計算內力,設計時考慮了鋪裝層參與板的受力,為保證計算模式的正確即鉸縫的傳力剛度,取消原瀝青混凝土和防水混凝土面層,鑿毛清洗橋面板頂面,改作10cm單層鋼纖維混凝土,并加強橋面鋪裝鋼筋網參與鉸縫受力。更換伸縮縫,加設伸縮縫傳力桿。在縱梁與墊墻交接處取消原施工中增設的伸縮縫,加密鋼筋網設置橋面連續,詳見橋面鋪裝及連續構造圖:

6、對橫置板支承面處理
  原橋面板與縱梁或墊墻的接觸面為砂漿連接,部分板脫空支承,板的豎向荷載無法均勻傳遞,板的受力不明確且橋面板的振動較大。對橋面板與縱梁、墊墻接觸面兩邊清縫,并沖洗干凈,風干后用改性環氧砂漿膩子條封面、并埋設灌嘴,待其指觸干燥后再壓入化學粘接劑,保證板與縱梁或墊墻之間有效接觸和傳力。

7、對防止角壓碎的脫空處理
  縱梁頂面兩側邊緣5cm不灌填建筑膠,使縱梁邊緣與橋面板脫空,在縱梁頂面兩側邊緣粘貼橡膠條后再澆注混凝土,使橋面板與縱梁邊緣脫空。伸縮縫處兩側新澆端板。



四、施工措施及工藝

1、裂縫治理
  采用Ha系列膠粘接劑雙組份產品,按規定配比均勻混合,甲、乙組份產生高子化合反應,固化后的綜合強度指標均大于混凝土本身強度,耐老化性國際認為30-50年。Ha系列膠粘劑產品抽檢后由國家合成樹指質量檢測中心檢測,結果如下:
①、Ha74:斷裂伸長率92%;剪切強度10.3Mpa;粘度860 Mpa.s;
②、Ha71:斷裂伸長率88%;剪切強度14.3Mpa;粘度200Mpa.s;壓縮強度55.9 Mpa;
③、Ha64:壓縮強度60.8 Mpa,剪切強度8.86Mpa。
  對拱圈、橋臺、車道板等部位的裂縫和缺陷進行壓漿或封閉治理。依據《成渝高速公路瀨溪河大橋檢測報告》。對裂縫的寬度在0.15 mm以下采用封閉的方法處理。用鋼絲刷清除裂縫及修補表面的雜質,再用高壓氣泵吹去縫內及表面塵土。修補表面必須干燥不沾水,將Ha74粘接劑與水泥調合成膏狀(水泥用量一般20-40%,固化時間一般以2小時為佳,溫度高、混合膠的反應速度加快,用膠量相應減少)用灰刀均勻涂沫在修補表面上,厚度不少于3mm,沿縫寬約10cm左右邊緣應整齊、美觀。
  對裂縫寬度在0.15mm以上,則采用恒定低壓壓注改性環氧化學漿液進行裂縫灌注。用鋼絲刷或刮刀清除裂縫表面雜物、浮漿,用高壓氣泵吹凈裂縫中的塵土,裂縫必須干凈。在裂縫表面用Ha64與水泥調配成漿液進行封閉。將Ha71膠液甲乙組分按甲、乙3:1(重量比)均勻調配并將其裝入壓漿罐內,用高壓植筋槍(恒壓3Mpa)將Ha71灌縫膠液向灌嘴內注膠,讓膠液在重力和毛細作用下滲入裂隙中。較深的裂縫可以每隔10分鐘重復注膠直到相鄰灌嘴吸膠飽滿為止。注膠完畢后,用環氧樹指砂漿罩面、打磨、使修復裂縫表面恢復如新。

2、對原結構表面的處理
  對拱肋頂板、拱座及縱梁進行加厚、加寬,澆筑表面補強混凝土以及對利用原車道板頂面、兩側(設鉸縫處)表面必須進行鑿毛,露出表面石子。對于鑿毛后的原結構表面必須用高壓水充分沖洗干凈(必要時可使用混凝土界面膠粘劑涂抹)后才能澆筑混凝土,使新澆的混凝土與原結構形成更為牢固的整體。

3、原結構表面植筋施工工藝  本橋植筋部位有拱座、拱肋頂板、縱梁底部及兩側、橫置板鉸縫兩側水平面以及實腹段墊墻部位。植筋鋼筋為普通II級鋼筋。植筋所采用的化學劑為Ha81稀劑膠;結構底面(倒植筋)采用Ha81干劑膠。該產品具有極強的粘接力,優異的機械性能,抗振動負載力強,主要用于橋梁植筋錨固。由于Ha81錨固劑與鋼筋的粘接強度遠大于混凝土的抗剪強度,因此無必要對Ha81錨固劑進行檢測。對于植筋ф12鉆孔采用日立牌(HITACHL)沖擊電錘。
  對于拱肋頂板、縱梁等結構植筋,由于原結構內鋼筋位置不便量取,植筋鉆孔前,采用鋼筋保護層厚度探測儀對原結構內的鋼筋位置進行判定,保證鉆孔不損壞原結構內的鋼筋。當按設計文件鉆孔會損壞原結構內鋼筋時,則采取沿縱向主筋兩側調整孔位,孔內植筋與補強混凝土內主筋連接間差距,則由植筋加焊短鋼筋與補強混凝土內主筋焊接形成其鋼筋骨架。
  對于拱肋拱座植筋鉆孔,由于植筋多,孔徑大(D37)、孔深(L=1000mm),采取逐根鉆孔、植筋,待達到強度后,再鉆第二孔及植筋。拱座處植筋ф32為受力主筋,因此對鉆孔及植筋劑均有特殊的要求。本橋采用進口喜利得(HILTI)鉆孔系列鉆機,該鉆機為薄壁空芯鉆機,其產品具有可導向定位,震動小,不損壞原結構表面,成孔快速,成型孔徑、孔深準確的特點。鉆孔成型后,用高壓水反復沖洗孔內塵土,待沖凈后,用電阻發熱管烘干鉆孔,采用喜利得專用空壓機植筋槍壓入進口喜利得(HILTI)植筋粘接劑HIT-HY150(因植筋粘接劑粘接力遠大于混凝土抗剪強度,無必要對粘接劑進行檢測),將植筋插入膠孔內,并排出孔內空氣,形成真空,使植筋更為牢固可靠,詳見下列植筋施工順序圖:

4、橋面橫置板的處理
  對原橋面橫置板的利用,由西南交通大學工程檢測中心逐塊板進行全面檢查確認。為保證板間鉸縫的傳力作用,將無法利用的原橫置板伸出之搭接鋼筋重新植入ф12鋼筋,增設鉸縫縱向受力筋。對原可利用的橋面橫置板的頂面、側面進行鑿毛、露出石子、沖洗干凈;待鉸縫風干后,用10#砂漿填實下部1.0cm縫隙,再用40#小石子混凝土澆筑全部板間企口縫。
  橫置板與縱梁或墊墻支承處間隙,采用Ha64化學粘接膠液壓注填塞。用鋼刷清除表面雜物,再用高壓氣泵吹去間隙內及表面塵土,修補表面必須干燥,不帶水。采用環氧樹脂5份+乙二氨1份+二丁脂1份+水泥調成膠狀,將注膠管嘴按40cm-50cm間距埋入縫內,預埋注膠管嘴之間縫隙仍用環氧樹脂封閉,待達到強度后;采用Ha64膠液的甲乙組分按甲:乙=3:1重量比均勻混合,將混合膠裝入專用恒壓灌注器內芯中,并將恒壓灌注器套裝在裂縫預埋灌膠嘴上進行灌注,直到相鄰灌嘴溢膠為止,取下灌注器,用快封膠封閉灌膠嘴。待2-3小時Ha64固化后,再去除灌膠嘴,用砂石及水泥、修補劑調配成原結構表面顏色進行罩面,待達到強度后,用砂輪機打磨表面,使其表面恢復如新。

5、橋面鋪裝層處理
  橋面鋪裝層澆注前,全面認真沖洗,去除雜質。在拱頂及端板現澆段,為保證在鋪裝層混凝土澆注過程中鋼筋網的安裝位置準確,不使鋼筋網下塌,采用50cm×50cm間距設置短鋼筋支撐鋼筋網,并與之焊接,以確保鋼筋網不下塌,**后對橋面進行刻紋防滑處理。

五、質量檢測

  本文對瀨溪河大橋維修加固工程施工中的裂縫壓漿飽滿度及植筋抗拔檢測進行論述;該項檢測由西南交通大學工程檢測中心進行,相關檢測情況如下:
1、壓漿飽滿度檢測
  檢測依據:CECS21:200《超聲波檢測混凝土缺陷技術規程》。當超聲波跨越裂縫傳播速度與無裂紋混凝土(裂縫附近)中的傳播速度之比大于90%時,壓漿飽和度即大于90%。
  經檢測:對裂縫在0.15mm以上的裂縫采用恒定低壓壓注改性環氧化學漿液灌注后,對全部其壓漿飽和度進行超聲波檢測,****聲速比99.5%,**小聲速比91.4%,全橋裂縫壓漿飽和度平均聲速比95.6%,壓漿飽和度均大于90%,滿足上述技術規程要求。

2、植筋抗拔檢測
  檢測依據:GBJ50086-2001《錨桿噴射混凝土支護技術規范》,本橋對拱肋拱腳、頂板,縱梁及橋面橫置板鉸縫兩側進行植筋,植筋規格分別為ф32及ф12承包商按植筋總數的0.6%進行自檢,業主按自檢總數的20%進行抽檢。
  ф32植筋設計抗拔力≥203KN,檢測中按8.8 KN、17.6 KN、26.4KN、211.2 KN四級恒載各5分鐘進行抗拔檢測。ф12植筋設計抗拔力≥29.9KN,檢測中按29.9KN恒載5分鐘進行,對全橋自檢及抽檢的所有植筋均滿足設計要求。

六、維修加固后橋梁運行效果

  本橋于二OO二年五月中旬開始施工,右幅九月中旬開放交通營運,雙向行駛,當年十二月中旬全橋交付使用,至今使用狀況良好,經檢測觀察,具體體現在:

1、車輛行駛橋上,橋梁無異常振動聲。

2、橋下觀察,橫置板間無任何滲水現象發生;板縫干燥無潮濕跡象。

3、橫置板與縱梁或墊墻間支承無脫空現象,支承更為密實,受力更為均勻合理。

4、由于拱頂實腹段及伸縮縫兩側端板采用整體現澆,增加了板厚與配筋,并加設了五道傳力桿,結構剛度大大加強,橋面無明顯振動和擾度產生,平整度更佳。

5、橋面伸縮縫采用FD-80及FD-40以及用專用防水條,橋面行車無跳車現象,舒適度良好

6、取消原施工中在縱梁與墊墻交接處增加的伸縮縫,加密橋面鋪裝層內鋼筋設置橋面連續鉸縫;加設橫置板間企口門型和螺旋鋼筋與鋪裝層內鋼筋連接形成整體;加密鋪裝層內鋼筋間距和增大鋼筋直徑,使橋面結構剛度大為提高,減少了橫置板擾度,使橋面行車更平穩。

七、結束語

  本橋經上述維修加固實施后,開放交通以來,橋梁使用效果良好,未發生異常不良狀況,完全能滿足在設計荷載下車輛對橋梁的使用要求。本橋維修加固直接工程費350萬元,實踐證明是****維修加固方案。
  施工中對不同結構、不同部位裂縫的封閉、壓漿灌縫、植筋等工藝積累了一定經驗,并對高速公路上的大型橋梁在正常營運狀態下,如何針對高速公路的特點進行維修,加固、改造積累了經驗,為今后類似工程施工提供了寶貴的借鑒。相關的施工工藝,有待于在今后相應的工程實踐中不斷總結、完善和提高。對化學粘膠漿液相關技術指標的要求,目前國家尚未頒布設計及施工規范,有待于在今后的工程實踐中不斷完善和總結,以便頒布相應的設計、施工規范,以利指導工程實踐和施工。

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