中小跨徑危舊橋梁改造工程設計

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0引言

青島地區(qū)國省道干線公路橋梁共計1300多座，特大橋5座、大橋90多座、中橋350多座、小橋880多座，按上部結構的材料組成和結構類型大致可分為鋼筋砼梁橋、預應力砼梁橋、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)象十分嚴重，橋梁的耐久性急劇下降。2008年至今，多個公路危舊橋梁改造項目設計十踐表明，特別是在中小跨徑常規(guī)橋梁的改造項目中，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、設計和施工經(jīng)驗值得總結，供行業(yè)內有關技術人員參考。

1改造分類

項目實施過程中發(fā)現(xiàn)，設計規(guī)范中關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造物的較大損壞進行周期性綜合修理，以全面恢復到原設計標準的技術狀況，或在原技術等級范圍內進行局部改善和個別增建，以逐步提高其通行能力的工程項目。

1.2加固工程

是對橋梁的主要承重結構、構件及其相關部分采取增強、局部更換或調整其內力等措施，使其滿足現(xiàn)行設計規(guī)范要求。

1.3改建工程

是對橋涵及其附屬構造物因不適應交通量、荷載、泄洪要求而提高技術等級[1]，或因公路局部遷線改移需要重建，或為了顯著提高通行能力而進行的較大型、大型工程項目。

2工作步驟、方法及內容

2.1工作步驟

研究過程按照評價、分析、確定改造方案三個步驟進行。

2.2工作方法

通過現(xiàn)場勘測、結構計算和數(shù)據(jù)分析，結合有關檢測報告和養(yǎng)護資料等，對項目橋梁逐一分析論證，采用的方法主要包括：目測與儀器相結合、實地檢測與內業(yè)資料相結合、結構檢算與專家經(jīng)驗相結合、定性分析與定量分析相結合。

2.3工作內容

橋梁技術狀況評價研究的內容主要有：結構承載能力評價、總體服務功能評價和外觀病害評價。結構承載能力評價主要包括材料強度、變形，結構或局部構件的剛度、強度和穩(wěn)定性等。結構承載能力評價不通過的，推薦采用加固或改建方案?？傮w服務功能評價主要包括荷載等級、路線線形、橋面寬度、過水斷面等。對于結構承載能力評價不通過的，要提出改建方案，根據(jù)結構承載能力評價結論進行經(jīng)濟比選。外觀病害評價，主要包括材料缺損、裂縫描述等。對所有檢測出的外觀病害，提出相應維修方案。其中，病害調查簡便、有效，是橋梁改造的關鍵環(huán)節(jié)，是橋梁技術狀況評價和處置方案設計的基礎。病害調查對技術人員的專業(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)場調查經(jīng)驗。

3改造方案

改建類項目一般與新設計橋梁類似，需要根據(jù)橋梁的地質、水文和路線等具體條件設計，本文暫不討論。維修和加固類項目，根據(jù)歷年危舊橋梁改造項目設計經(jīng)驗，特將使用次數(shù)較多、相對獨立成體系的處置方案匯總如下：

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。單獨環(huán)向裂縫套箍高度為2m，施工時根據(jù)墩柱表層砼裂縫及缺陷情況可適當增加套箍高度。主要施工順序為：圍堰或排水、砼表層處理、植筋、安裝鋼筋網(wǎng)、現(xiàn)澆C30砼、養(yǎng)護。

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，施工前應現(xiàn)場檢測原結構砼強度不應低于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行修補，對松散浮渣、油污等采用鋼刷除去，砼粘貼面凹凸不平的應采用磨光機整平，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件和鋼板上鉆孔，將螺栓植入砼結構中并清理砼表面。

3.2.3粘貼鋼板在砼和鋼板結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立即旋緊螺帽進行加壓，并用特制U型夾具加壓，壓力應保持在0.05～0.1MPa，使鋼板邊縫有少量膠液擠出為宜。3.2.5檢驗防護鋼板粘貼加壓后應保護24h以上，使膠體完全固化。檢查并根據(jù)需要補救或重貼，保證鋼板與砼之間結合密實，符合設計及規(guī)范要求后，對粘貼鋼板的砼構件表面涂刷丙乳砂漿防護。

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狀況，特別是對一些有保留價值的多跨拱橋，在維持其外觀造型的同時，能有效提高承載能力、增加耐久性。其施工順序為：

3.3.1搭設拱架平整拱下場地并夯實，必要時可澆筑砼臨時基礎。確定主拱圈完好后，搭設拱架。拱架應采用拱盔等整體式支撐結構，如采用滿堂支架類支撐，應作多組次多循環(huán)調節(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。

3.3.3拆除拱上結構橋面系采用小型機具從跨中向拱腳方向對稱挖除；拱上側墻采用人工拆除，從拱頂向拱腳方向、橋梁左右兩側同時進行；拱上填料采用人工從跨中向拱腳方向對稱挖除，分層厚度不應超過50cm。拱上結構拆除時嚴禁使用強烈震動機具，及時清理廢渣，同時應進行觀測，如拱圈出現(xiàn)沉降、變形或者裂縫等現(xiàn)象，要及時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，拱圈底面進行聚合物水泥砂漿抹面。拱圈頂面應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，分層間隔時間視施工季節(jié)而定，應保證前一層表面干燥時再進行下一層施工。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，應先進行修補或適當調整植筋位置。3.3.6套拱施工鋼筋布置后，由兩側拱腳同時對稱地向拱頂澆筑套拱砼[4]。保證整個澆筑過程對稱、均衡。振搗砼過程要避免機具接觸原石砌拱圈及側向模板，保證原結構穩(wěn)定性。3.3.7重做拱上結構待橋梁上部結構施工完成并達到設計要求后，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，特別是施工期間對道路交通影響較小，因此應用范圍較廣。根據(jù)統(tǒng)計，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]。其施工順序為：⑴在基礎側面2m范圍內開挖，然后用高壓水槍將拱圈表面和基礎側面沖洗干凈?；撞捎?0cm厚碎石夯實，并用2cm厚水泥砂漿抹面。⑵采用高壓噴注環(huán)氧砂漿修補拱圈裂縫。⑶拱圈植筋按梅花狀分布，間距不大于30cm；基礎植筋豎向均布三層，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；基礎安全高度處理，兩側順橋向澆筑30cm。

4結語

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)務經(jīng)驗積累。本文總結了青島地區(qū)中小跨徑橋梁改造成套處置方案，供行業(yè)內有關技術人員參考。

作者：朱曉慶 單位：青島市交通規(guī)劃設計院