浅谈桥梁加固拱桥加固及病害防治措施_湖北楚天联发路桥养护有限公司

浅谈桥梁加固拱桥加固及病害防治措施

1 桥梁病害的原因

1.1 下部结构及基础

①由于水流冲刷, 使基础淘空。造成这种病害的根本原因是设计时水文、地质资料不够或不准确, 由于确定的埋置深度不够;或随意改变设计, 提高基础埋置标高; 或桩基础承台底部标高确定过高; 以及其他不可预测的因素, 如水利部门水库开闸、关闸水位骤涨、骤跌等等; ②桥墩( 台) 基础在软土地基上, 承载能力过低, 使桥墩( 台) 发生垂直沉陷或水平位移; ③框架式轻型桥台, 由于台背土压力影响, 桥台向河心位移; ④桥台由于受力状态改变发生变位; ⑤钻孔桩基础, 在砂砾石河床中, 由于长期反复循环性的局部冲刷, 桩基受到极大的磨损, 磨损深度可达 15 cm～ 35 cm; ⑥在常水位( 即干湿交替之处) 的混凝土构件( 混凝土墩、排桩等) ,常会出现表面开裂, 表面剥蚀、碎裂, 钢筋外露、锈蚀等。

1.2 上部结构

1.2.1 梁式桥

①由于主梁刚度和强度不够, 挠度超过规范要求, 混凝土开裂, 甚至破碎; ②由于少横隔梁和无横隔梁, 桥梁横向联系不够,整体性较差, 主梁裂缝较严重; ③由于钢筋除锈不够彻底, 混凝土保护层沿钢筋延伸方向发展裂缝; ④由于桥面排水设备不完善、纵横坡度不足, 水沿梁流过, 腐蚀混凝土水渗入梁体腐蚀钢筋; ⑤由于赶工期或冬季施工掺加过量氯化钙, 氯化钙中氯离子腐蚀钢筋, 使钢筋锈蚀严重, 混凝土开裂、破碎; ⑥引起支座破坏的原因有: 由于支座或伸缩缝功能丧失, 引起桥梁受力状态改变使梁板变形开裂; 支座垫石未配筋, 强度不够引起; 桥台在土压力作用下向河心产生水平位移, 对固定支座作用较大的水平力,致使垫石破坏。

1.2.2 拱桥( 主要是双曲拱桥)

①由于拱圈高主拱肋截面尺寸不够, 引起拱肋开裂, 肋波脱开; ②由于横向联系薄弱, 拱波产生通缝或肋波脱开; ③桥面是柔性材料铺筑, 传力不均匀, 造成填料或拱圈整体受力性能差,刚度不够, 拱圈开裂; ④由于桥台置于软地基上,产生水平位移,引起拱圈开裂、拱脚拱背出现径向缝、拱波顶径向裂缝、拱肋径向裂缝、拱肋与拱波间环向缝, 拱肋与拱波缝外开裂; ⑤拱上填土较高, 土的侧压力较大, 砂浆的抗拉强度较低, 造成侧墙底部内缘与拱圈接触产生纵向裂缝;⑥施工程序不当, 桥背填土未达到一定标高, 且密度不够便卸拱, 导致桥台向后倾斜, 拱圈下沉开裂; ⑦由于拱圈材料强度低( 对石拱板) , 石块压碎, 拱圈出现纵、横裂缝和变形;⑧由于施工质量不佳, 拱圈变形; ⑨腹拱因未设铰而开裂; ⑩由于超载通缝, 拱圈开裂。

2 上部结构加固技术

2.1 用化学剂补强的方法

2.1.1 注入式

⑴ 用环氧树脂灌浆

主剂: 环氧树脂。目前广泛应用的是环氧氯丙烷和二酚基丙烷缩聚而成的双酚 A 型环氧树脂。固化剂: 采用常温固化的脂肪胺, 如乙二胺、间苯二胺等。增韧剂: 常用邻苯二甲酸酐二丁酯、聚酰胺树脂等。稀释剂: 常用丙酮、二甲苯。这两种化学剂属非活性稀释剂,不参与固化反应, 仅起机械混合降低黏度的作用, 另外还常用环氧氯丙烷、环氧丙烷丁基醚。这两种化学剂属活性稀释剂, 它们的分子结构中含有环氧基和其他活性基因, 在树脂硬化过程中参加反应。先将树脂稍加热, 使其流动性增大, 然后按增韧剂、稀释剂、加固剂的先后顺序掺入, 搅拌均匀, 待冷却后即可进行灌注。调好的浆液尤其在温度高的季节, 应随调随用。

⑵用甲凝浆液灌浆

主剂: 甲基丙烯酸甲酯; 引发剂: 过氧化苯甲酰; 促进剂:二甲基苯胺; 增韧剂: 二丁酯。其浆液呈无色透明液体, 表面张力约为水的 1/3, 有很好的可能性, 可灌入 0.1 mm 以下的裂缝。在配制浆液时, 应注意聚合反应速度的影响因素。配制温度最好在 10℃以下,补强施工在冬季进行最适宜; 促进剂、引发剂、用量要适量;由于氧化会降低甲凝浆液的硬度和强度, 所以在浆液中应加除氧剂。若用氮气瓶送氮气, 即可排氧又可加压。

⑶施工工艺

对于采用化学剂补强的结构物, 对混凝土裂缝不深且细效果较好, 可采用骑缝贴嘴加压灌浆的工艺, 按以下工序进行:缝和表面处理: 把缝面开成 V 型槽凿掉松散的混凝土用压缩空气吹掉浮土, 再用丙酮将缝周围清洗干净。骑缝布咀: 灌浆孔布置在裂缝开度大和裂缝交叉处, 孔距一般为 20 cm～ 30 cm, 安放灌浆咀, 用环氧胶固定, 待树脂固化后检查缝与咀的串通情况。封缝: 用环氧水泥浆贴玻璃布将缝密封, 待固化后, 用灌气法检查质量, 如有漏气现象应及时修补。灌浆: 接通管路、控制 6 kg/cm2 的灌浆压力, 自上而下,由一端向另一端顺序灌注。

2.1.2 粘贴式

( 1) 施工步骤如下: ①表面处理: 先将钢板和混凝土表面进行认真处理, 钢板要打磨除锈, 用丙酮洗干净, 混凝土破碎部分要清理整平, 用钢丝刷刷干净, 再用丙酮擦洗; ②钻孔: 在混凝土和钢板相应的位置, 用电钻钻孔, 孔径 12 mm,深 5 mm; ③粘贴: 采用涂抹法粘贴, 先在混凝土表面涂一层结构胶, 再在钢板表面涂一层结构胶, 厚度在 2 mm 左右,随即将钢板贴在混凝土表面上;④加压: 在已钻好的孔中放入 12 mm 的膨胀螺栓, 钢板贴上后,旋紧膨胀螺栓, 施加压力; ⑤质量检查: 用铁器轻轻地敲打钢板,如有洞声, 说明钢板与混凝土尚未密贴, 需进行补胶, 形成空洞的原因是结构胶具有流动性, 钢板粘贴上后胶往下流, 因此钢板与混凝土之间容易形成空洞。解决的办法是在钢板下缘与混凝土之间用薄泡沫塑料剪成条嵌, 防止胶往下流。

( 2) 用环氧树脂砂浆粘贴钢板: 环氧树脂砂浆: 环氧树脂、砂按一定比例, 用适量的稀释剂如丙酮或二甲苯和固化剂( 如乙二胺或间苯二胺) 调配而成。涂抹环氧树脂砂浆要求厚度均匀, 同时需将钢板与混凝土之间的空气尽量排出,以便加压后环氧砂浆能使混凝土和钢板密贴。

( 3) 用环氧树脂胶浆粘贴玻璃布: ①将裂缝进行灌浆处理,灌浆材料可用环氧、氮凝、甲凝等, 由裂缝宽度来决定选用哪种合适, 其稠度以灌入流畅为宜; ②粘贴玻璃布。将混凝土表面擦拭干净, 刷一定环氧树脂胶浆贴一层玻璃布, 一般贴四层玻璃布, 使玻璃布和环氧胶浆紧密结合, 形成玻璃钢,实施增强抗拉能力的目的; ③注意事项: 在粘贴玻璃布的过程中, 每层须刮平挤出气泡, 最后加压 4 h～ 5 h, 防止出现空壳现象。

( 4) 用环氧树脂砂浆粘贴钢筋: 钢筋用 ф6、 ф8、 ф10、ф12 钢筋均可。施工步骤: ①粘贴钢筋要求进行表面处理, 具

体作法同前贴钢板一样; ②钢筋与混凝土粘贴表面涂以环氧砂浆, 待表面完成被环氧砂浆覆盖后, 将钢筋紧紧地贴在混凝土上。钢筋与钢筋必须摆放一个平面上, 不能交叉放置。

2.2 改变结构体系加固桥梁法

2.2.1 改简支梁桥面板为连续桥面板结构

( 1) 改简支梁为连续结构。对于在重荷载作用下出现病害的简支( 板) 梁桥、减小跨中弯矩和支承处剪力的加固方法, 最有效地将简支( 板) 梁改变成连续。

( 2) 改简支梁为撑架式刚构。在简支梁跨内设八字撑架,使梁体和撑架共同承受。

( 3) 改连续梁为撑架式结构。在连续各跨内增设八字撑架,使连续跨度缩小, 八字撑和连续梁共同受力, 从而提高桥梁的承载能力。

2.3 增大断面加固法

( 1) 增厚桥面板。把原板面铺装清除, 加铺一层钢丝网( 小于 6 的钢筋) , 并浇筑混凝土, 注意新旧混凝土的结合要求, 混凝土的厚度由计算决定, 最后重新铺装桥面。

( 2) 增大主梁断面。对 T 梁和 I 字梁增大主梁断面, 主要是增加下缘受拉钢筋和增大主梁断面惯性矩, 从而提高梁体刚度。具体作法: 将梁下缘每间隔 70 cm 处的混凝土保护层凿除, 露出主筋, 用 5 mm 厚的钢板弯成 U 型钢板箍, 将新增加的钢筋与钢板箍焊成骨架, 然后再同原主梁的主筋焊接, 并浇筑混凝土。

( 3) 双曲拱桥增大断面的方法。加厚双曲拱的拱版; 增大双曲拱的拱肋, 用钢筋混凝土裹覆; 在双曲拱肋波背部加盖钢筋混凝土倒槽形板; 石拱圈增砌一层拱圈加大拱圈断面。用预制拱肋加固桁架拱下弦。

2.4 增加主( 纵) 梁加固法

增加主( 纵) 梁不仅能提高承载能力, 而且还能加宽桥面, 采用此法可以得到双重效果。增加的新主梁按照新的荷

载标准设计施工。在拱桥桥面上现浇一层钢筋混凝土板, 在拱顶处用钢筋将拱圈与边板固定起来, 以加强抗剪能力, 使板与拱能共同工作。这样, 拱桥墩台变形过大时, 可以认为桥台不能承受拱的推力,而变拱式为墩台只产生竖向荷载的梁式结构; 如果拱顶区段的钢筋混凝土板开裂, 则成为弧形斜撑支撑的多跨简支梁体系。

2.5 增加拱肋加固法

增加的拱肋安放位置: ①在原拱肋之间加设新拱肋; ②在无肋双曲拱的拱波波顶下缘加新肋; ③在原拱圈一侧新增拱肋( 或增设悬臂挑梁)

2.6 调整桥台位移加固主拱的方法

( 1) 用预应力筋调整桥台位移加固法。对于单跨拱桥, 由于桥台位移导致主拱和腹拱开裂, 可用一贯穿全拱的高强钢丝索,对拉桥台, 以消除位移, 恢复拱圈的拱轴线位置, 从而提高承载能力。

( 2) 用顶推法调整桥台位移加固拱圈。顶推法调整桥台位移是通过千斤顶的推力, 使桥台水平位移减少以至消除,从而减轻或消除因桥台水平位移对搭桥产生的危害。

3 桥梁基础加固

3.1 锚喷混凝土加固基础

锚喷混凝土加固桥梁的实质是增大受力断面和加强整体性。加固后的组合体根治了原结构的变形协调性, 使其能抵御更大的外荷载。它突出的特点是快速简便、经济可靠、不中断交通。根据加固对象的需要预先钻好孔, 然后用灌浆机按一定压力灌入水泥浆与水泥砂浆。

( 1) 帷幕灌浆: 在基础周围布置钻孔并灌浆, 目的是将基底外围的土壤先行固结, 当基底灌浆时, 以免浆液流失和基础周围的土继续被水淘空。

( 2) 基底加固灌浆: 钻孔布置在墩身平面范围内, 从桥面起,经过墩上横墙、墩身和基础, 直至岩层灌注泥浆, 加固

基底下面的土壤。

( 3) 补充灌浆: 经钻取岩芯检验后, 若发现水泥浆未灌饱满,针对水泥浆不满的部位补充灌浆。

( 4) 预先钻孔逐孔灌浆: 在片石圬工基础裂缝处的灰缝中,每隔 20 cm 左右预先钻一个孔径约 3 cm, 深约 20 cm的灌浆孔,然后用水泥砂浆封缝, 封缝时用圆木每隔 20 cm预留一孔, 封缝4 h～ 6 h 后再开始灌浆, 用水灰比为 0.8 的水泥浆以 4 kg/cm2～ 6 kg/cm2 压力由灌浆器灌入裂缝。灌注时, 先灌 1 号孔, 同时松开 2 号气孔, 灌满后, 封好 1、 2号孔, 再换 3 号孔为灌浆孔, 4 号孔也为泄气孔, 由下而上如此逐孔进行, 直至灌完一条缝为止。

3.2 旋喷灌浆

旋喷灌浆技术用于强化地基, 加固桥隧基础, 处理路基病害、固结基坑软弱土、水井炉壁、帷幕防渗、建筑物地基的不均匀沉陷等已获成功。旋喷灌浆加固的机理是: 将带有特殊喷咀的钻具, 送到土层中预定深度, 用 200 kg/cm2 左右压力的高压水泥( 或其他材料) 浆射流, 通过钻孔中钻具的高压喷咀, 冲击坏土体, 并使之与浆液搅拌混合。在喷射浆液的同时, 喷咀缓慢旋转提升,使浆液射流沿螺旋形轨迹切割钻孔周围土体, 自下而上旋喷胶糊状柱体, 胶糊状体迅速硬化固定构成新的水泥( 或其他材料)与土混合的固结体,这种固体具有一定的强度和承载能力, 因而强化了土基, 加固了基础, 这种固结体亦称为旋喷桩。旋喷灌浆有多种喷射方式: 旋喷、定向喷( 可垂直喷、水平喷、倾斜喷) 、摆动喷。喷射成形多样; 圆柱状, 糠葫芦状、扇形状、条形状等。

3.3 浇筑混凝土加固法

当原基础承载力不够时, 用现浇混凝土将原基础包起来,达到增强承载力的目的。按梅花形布置锚固钢筋, 并修复因冲刷磨断的钢筋( 一般用同直径的钢筋焊接) 。然后交桩基表面打毛洗净, 再在箍套范围内绑扎钢筋并围以 5 mm～ 6 mm 钢板做成的筒状钢模板, 最后浇筑混凝土。钢筋混凝土箍套的范围应根据检查测量决定, 一般在磨损部位上下各加 1 m, 箍套厚度 20cm～ 30 cm, 用 250 级混凝土浇筑, 此法适用于桩基础桥梁。

4 桥梁墩台加固

4.1 用钢筋混凝土箍套加固桥墩先在墩身上布置一层网状钢筋( φ8- φ16 配筋) , 然后浇筑 20 cm～ 30 cm 厚的 200 级钢筋混凝土箍套, 使桥墩得到加固。

4.2 桥台加固

( 1) 在台后加孔减载的方法加固。由于桥台置于软基上产生较大的沉降量, 导致桥梁承载力降低。为了控制下沉量,提高承载能力, 采用台后加孔减载的方法, 效果极为明显。

( 2) 用片石混凝土撑墙加固法。对于轻型桥台可采用此法,具体做法是: 在轻台( 厚约 1 m 之片石圬工砌体) 后侧,紧贴墙面加砌一个厚 2 m 的 200 级片石混凝土撑墙, 这样增强了桥梁的承载能力, 效果很好。

5 结束语

总而言之，路桥加固、维修将是一个永久性的课题，路桥的加固是一项既综合繁杂，应当引起各级公路主管部门的领导充分重视，积极引进和开发路桥加固、改造的先进技术、材料和设备，合理确定加固、改造方案，让有限资金发挥更大的效益，使我国桥梁建设真正步入“建养并重”的可持续发展道路。

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