混凝土梁桥的维修和加固方法

  • 来源:建筑网   2020-02-17 15:10
摘要:

当交通量增加,主梁出现承载能力不足,或纵向主筋出现严重腐蚀的情况时,梁板桥的主梁会出现严重的横向裂缝。采用粘结剂及锚栓,将钢板或炭纤维条粘贴锚固在混凝土结构的受拉缘或薄弱部位,使其与结构形成整体,以钢板或炭纤维条代替增设的补强钢筋,达到提高梁的承载能力的目的。当桥梁墩台由于埋置深度不够,或因施工质量控制不严等原因,导致墩台开裂破损时,有时会出现贯通裂缝,可采用钢筋混凝土围带或钢箍进行加固。当墩台损坏严重,如有严重裂缝及大面积表面破损、风化和剥落时,则可采用围绕整个墩台设置钢筋混凝土护套的方法进行加固。

1、概况

桥梁始建于1968年,荷载等级为汽-13、拖-60,桥宽净7+2×0.75米人行道。上部结构为T型梁,橡胶板伸缩缝,两侧为栏杆式护栏;下部结构为双柱墩,钻孔灌注桩基础;单孔跨径22.2米,共31孔,全长688.2米。该段路目前的平均日交通量为2534辆。

由于该桥修建年代久远,原设计和竣工资料已无从查找,为对该桥的承载能力和使用性能有一个科学的分析,先对该桥进行了动、静载检测,并请有关专家对该桥的现状及改造方案进行了论证,结论如下:

(1)该桥能够满足汽-13、拖-60的荷载要求,但不能满足目前使用荷载汽-20、挂-100荷载等级的要求;

(2)桥梁梁板目前产生的裂缝较多,有的裂缝超出了技术规范的要求;

(3)目前梁板尚无其它较大病害,且挠度变形较为正常,建议继续利用老桥板,而采取相应的加固措施,使该桥提高到汽-20、挂-100的荷载等级。

2、可选维修加固方法及其适用性

经过专家的论证,该大桥的维修加固方法最终确定为上部T梁可采用压力灌浆法和凿槽嵌补、截面增强、钢板或炭纤维粘贴加固等方法进行加固;墩台下部钢筋混凝土套箍或护套加固法进行加固。

2.1 压力灌浆和凿槽嵌补法

各类混凝土梁桥的裂缝修补,对于缝宽小于0.3mm的裂缝或表面裂缝可采用表面封闭;对于0.3mm~0.5mm的裂缝可采用化学灌浆封闭;对于大于0.5mm的裂缝则需采用凿槽嵌补法修复。裂缝较大时采用手压泵注浆;裂缝较细或灌浆量小时采用注射器注浆;封闭应严格;作业要防火、防毒;凿槽嵌补时应将槽内清除干净,用水泥砂浆填补时槽内应湿润,用环氧砂浆时槽内应干燥。

2.2 截面增强法

当梁的强度、刚度、稳定性和抗裂性能不足时,通常采用增大构件截面、增加配筋、提高配筋率的加固方法。这种方法是在梁底面或侧面加大尺寸,增加配筋,提高梁的有效高度和抗弯强度,从而提高梁的承载能力。该法广泛应用于梁桥。

2.3 贴加固法

当交通量增加,主梁出现承载能力不足,或纵向主筋出现严重腐蚀的情况时,梁板桥的主梁会出现严重的横向裂缝。采用粘结剂及锚栓,将钢板或炭纤维条粘贴锚固在混凝土结构的受拉缘或薄弱部位,使其与结构形成整体,以钢板或炭纤维条代替增设的补强钢筋,达到提高梁的承载能力的目的。

2.4 筋混凝土套箍或护套加固法

当桥梁墩台由于埋置深度不够,或因施工质量控制不严等原因,导致墩台开裂破损时,有时会出现贯通裂缝,可采用钢筋混凝土围带或钢箍进行加固。当墩台损坏严重,如有严重裂缝及大面积表面破损、风化和剥落时,则可采用围绕整个墩台设置钢筋混凝土护套的方法进行加固。

3、加固方法的选用

经专家研究在造价和施工难度上进行比较后,决定:

3.1 上部T梁

由于粘贴加固法中的钢板粘贴加固法和炭纤维粘贴加固法施工难度较大、造价较高且其加固方法并不能提高T梁的刚度从而在根本上解决T梁扰度过大的问题。

截面增强法虽然施工难度较高但造价较低,且可以提高桥梁的设计荷载,可以提高T梁的刚度在根本上解决T梁扰度过大的问题,故在桥梁维修加固设计中采用该方法。

T梁的裂缝采用压力灌浆和凿槽嵌补法进行封闭。

3.2 下部墩台

由于原有桥台为U型桥台,在运营过程当中未出现大的病害故在此次设计未予维修加固。桥墩采用钢筋混凝土套箍或护套加固法和增加承台法进行加固。

4、桥梁维修加固设计

4.1 上部T梁的加固设计

设置下马蹄,并根据计算配置4Φ25+2Φ20钢筋,马蹄尺寸为33×28cm,梁高由原135cm增高至153cm。经过计算桥梁的抗力强度及刚度已经满足汽-20,挂-100设计的荷载标准。具体数值如下:

其荷载效应的控制值为Mj=3113.1KN.m,拉力效应的理论计算值为Mj=4221.5KN.m。剪力荷载效应的控制值为Qj=556.2KN,控制截面的钢筋所需面积为Aw=16.9cm2,控制截面的钢筋实有面积为Aw‘=32.6cm2。附加恒载及活载对截面产生的上缘混凝土应力为8.5kPa,下缘钢筋应力为151MPa,均小于容许应力。附加恒载及活载产生的跨中挠为5.85mm和25.2mm,均小于容许值。

4.2 更换支座

原桥支座为钢板支座和活动摆柱支座,改造后全部改为板式橡胶支座。为此将原桥活动摆柱支座拆除,设预制垫块调整其标高。由于原桥钢板支座与主梁和盖梁都由预埋筋焊牢,无法清除。故采用槽型钢板扣住钢板支座,一方面免除剔掉钢板支座的麻烦和对主梁和盖梁的伤害,也为设置橡胶板支座增加了承压面积。

4.3 桥台的改造

因为上部T梁增设了下马蹄,故T梁高度增加了18cm,且随着支座的更换原桥台背墙高度已不能满足设计需求,故需将原桥台背墙进行加高。

桥墩基础加固对1~18#,23~30#墩进行,19~22#墩为群桩承台基础,有较高强度储备,0#及31#为桥台基础不允加固。加固采用在双柱间设置承台,形成桩基与扩大基础联合作用,承台所设位置在桩柱结合面以下2m,按此承台加固时,增加基础承压面积10.3m,以该桥位处地质状况为松散砂砾,其地基强度为(200-300kPa),故可提高地基承载能力206T~309T而承台本身自重只为25.8T.1~30号桥墩墩柱均采用钢筋混凝土套箍法进行加固。

5、加固效果与经济效益分析

该桥的维修加固仅用了5个月时间,工程投资510.8万元,平均每延米造价7421.8元,达到了节省投资、缩短工期、提高桥梁通行能力的目的。以该桥和相关资料考核比在原旧桥旁新建一座相同长度和宽度的桥梁,可节约投资67%,工期缩短60%.该桥经过几年的通车运营,未发现异常迹象,行车舒畅,使用效果良好,经济效益和社会效益巨大。

尽管建设桥梁时,充分考虑了当时当地远景经济发展和社会诸多方面的要求,采取了时代最先进技术和材料,但仍然难以摆脱历史的局限性。早期建设的桥梁,标准低,承载力不足,成为公路交通的“瓶颈”,结合桥梁实际,采用合适的维修与加固技术,可使旧、危桥满足使用要求继续服务,让有限的投资发挥更大的效益。

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