舊橋加寬加固改造利用技術(shù)研究

1、舊橋加寬加固改造利用技術(shù)研究楊寶林 【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和交通量增長(zhǎng)的需要，樹屏至徐家磨二級(jí)汽車專用公路改造高速公路勢(shì)在必行。本文結(jié)合全線4座中橋、9座小橋的加寬加固改造利用，論述了舊橋的加寬方案、加固措施，舊橋新舊結(jié)構(gòu)連接、新舊材料結(jié)合處理等相關(guān)技術(shù)問題?！娟P(guān)鍵詞】舊橋 加寬 加固 改造 工程概況樹屏至徐家磨汽車專用二級(jí)公路是GZ45線經(jīng)過蘭州市的重點(diǎn)路段，隨著交通量的日益增長(zhǎng)，現(xiàn)有公路等級(jí)已不能滿足國道主干線系統(tǒng)功能的要求，需要改造成高速公路，路線起點(diǎn)位于永登縣樹屏鄉(xiāng)茅茨峴立交，與尹中高速公路相接，終點(diǎn)接徐古汽車專用二級(jí)公路，路線全長(zhǎng)21.915 Km。全線共有4座

2、中橋、9座小橋需要加寬加固改造利用。1.1 舊橋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)有樹屏至徐家磨段為汽車專用二級(jí)公路，路基寬度16.50m，于1997年建成通車。舊橋設(shè)計(jì)荷載：汽車超20級(jí)、掛車120；設(shè)計(jì)洪水頻率：1/100；橋面寬度：橫向布置為0.50m防撞護(hù)欄+15.50m行車道+0.50m防撞護(hù)欄；地震烈度：基本烈度7度；橋面鋪裝：中橋采用4cm瀝青混凝土+218cm水泥混凝土，小橋采用5cm瀝青混凝土+10cm水泥混凝土；橋面橫坡：正常路拱為 2%。1.2 中橋全線共有4座中橋，詳細(xì)情況見下表：舊橋基本資料一覽表經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，舊橋橋面系、主梁、墩臺(tái)構(gòu)造及附屬設(shè)施完備，運(yùn)營良好，確定加寬加固改造利用。1.3 小

3、橋全線11座小橋，上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土矩形板或空心板，下部結(jié)構(gòu)為輕型橋臺(tái)，擴(kuò)大基礎(chǔ)，基底換填50cm三七灰土。兩座通道橋由于位置不合理、不能滿足通行要求，予以拆除重建。其余小橋結(jié)構(gòu)完整，運(yùn)營良好，均加寬利用。小橋加寬根據(jù)路線布設(shè)情況采用單側(cè)加寬或兩側(cè)加寬，加寬部分結(jié)構(gòu)型式與舊橋一致。2.舊橋加寬改造通過從單側(cè)加寬或雙側(cè)加寬、原結(jié)構(gòu)加寬或新結(jié)構(gòu)加寬及舊橋獨(dú)立另辟新線三個(gè)不同角度充分的論證，多方案比選并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，確定舊橋加寬加固改造利用的合理方案。2.1 單側(cè)加寬或雙側(cè)加寬單側(cè)加寬具有橋梁整體性好、橋面只有一條縱向接縫的優(yōu)點(diǎn)。由于舊橋的橋面橫坡（2%）是由橋面鋪裝（4cm瀝青混凝土+218

4、cm水泥混凝土）形成的，而主梁頂面是水平的。若采用單側(cè)加寬，則在加寬一側(cè)主梁頂會(huì)增加由于調(diào)整橫坡而引起的16cm厚的鋪裝層，且又不能抬高主梁，這樣就給主梁無端增加了16cm厚的鋪裝層恒載，經(jīng)過計(jì)算分析，這樣加寬一側(cè)主梁承載能力不滿足要求，所以不能采用單側(cè)加寬方案。雙側(cè)加寬橋梁整體性不及單側(cè)加寬好，橋面縱向接縫也有兩條，施工操作空間小，但舊橋主梁增加恒載并不多且不必重新調(diào)整橫坡，主梁承載能力能夠滿足要求。如下圖所示：因此，通過比較確定采用雙側(cè)加寬方案。2.2 原結(jié)構(gòu)加寬或新結(jié)構(gòu)加寬對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土工型組合梁和鋼筋混凝土T型梁兩種結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力明確但橫向整體穩(wěn)定性差的特點(diǎn)。加寬部分若采用

5、與舊橋一致的結(jié)構(gòu)形式，每側(cè)僅加設(shè)兩片主梁，加寬部分主梁的穩(wěn)定性因梁的數(shù)目少而更差，且與舊橋主梁之間橫向連接構(gòu)造復(fù)雜，質(zhì)量上難以保證，致使橋梁的整體性、橫向穩(wěn)定性均較差。加寬部分主梁若采用橫向穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)整體性均較好的結(jié)構(gòu)，首先保證加寬部分主梁的整體穩(wěn)定性，然后在加寬部分主梁與舊橋主梁之間采用鉸式結(jié)構(gòu)，容許裂縫存在，以適應(yīng)新舊結(jié)構(gòu)由于豎向撓度、縱橫向位移不協(xié)調(diào)以及新舊混凝土收縮徐變變形的不一致所產(chǎn)生的附加效應(yīng)，而在構(gòu)造上采取措施以限制裂縫的發(fā)展。于是推薦分別采用跨徑30米預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁和跨徑20米預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板進(jìn)行加寬。經(jīng)過比較，確定中橋均采用新結(jié)構(gòu)加寬方案?？鐝?0米預(yù)應(yīng)力混凝土

6、簡(jiǎn)支工型組合梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁加寬，每側(cè)加寬2片箱梁；跨徑20米鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T型梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板加寬，每側(cè)加寬3片空心板。加寬部分橋墩、橋臺(tái)與舊橋墩臺(tái)通過蓋梁、臺(tái)帽、系梁連接在一起，為減少施工對(duì)舊橋擴(kuò)大基礎(chǔ)的影響，加寬部分采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。2.3 舊橋獨(dú)立另辟新線結(jié)合實(shí)地地形條件，對(duì)4座中橋逐個(gè)進(jìn)行分析，將原有舊橋做為上行線或下行線橋梁，另外布設(shè)新線、設(shè)計(jì)新橋，做成分離式斷面。經(jīng)過詳細(xì)布線和經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，僅有泉頭溝中橋具備條件，其余三座中橋皆因受地形限制而作罷。通過泉頭溝中橋另辟新線方案設(shè)計(jì)比選，共計(jì)增加接線長(zhǎng)度5Km，增設(shè)5×30米大橋一座，增加工程造價(jià)約5

7、00萬。因此舊橋獨(dú)立、另辟新線方案不可行。3.舊橋加固改造3.1 舊橋現(xiàn)狀舊橋加寬加固改造工程，與同類型的新建橋梁不同，是由舊橋的基礎(chǔ)資料控制設(shè)計(jì)，由于舊橋的變形、位移及施工誤差，與原設(shè)計(jì)差異大。在施工圖詳勘階段，按照間距5m放樁量測(cè)舊橋橋面左中右標(biāo)高、坐標(biāo)和距離，還有舊橋墩臺(tái)蓋梁頂標(biāo)高、墩臺(tái)中心線等控制性數(shù)據(jù)，對(duì)舊橋進(jìn)行嚴(yán)格的平縱面控制，以期能夠得到準(zhǔn)確詳盡的基礎(chǔ)資料。通過分析發(fā)現(xiàn)4座中橋的橋面鋪裝厚度均較原設(shè)計(jì)厚度高出很多，其中跨徑30米工型梁橋橋墩臺(tái)中心處橋面鋪裝厚度為2238cm之間（路緣路中），邊梁橋面鋪裝平均值為13cm、中梁橋面鋪裝平均值為22cm?？鐝?0米T型橋橋墩臺(tái)中心處橋

8、面鋪裝厚度為1228cm之間（路緣路中），橋面鋪裝平均厚度為20cm。通過對(duì)30米預(yù)應(yīng)力混凝土工型組合梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，按照全預(yù)應(yīng)力混凝土組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，1號(hào)梁（邊梁）、2號(hào)梁（中梁）跨中截面正常使用階段最大拉應(yīng)力不能滿足要求，最大值分別為-0.8Mpa和-1.2Mpa，標(biāo)準(zhǔn)值為0 Mpa，且承載能力極限狀態(tài)組合最大彎矩不滿足要求。通過對(duì)20米鋼筋混凝土T型梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，1號(hào)梁（邊梁）跨中截面正常使用階段配筋面積計(jì)算需要117cm21532，實(shí)際112.56 cm21432；2號(hào)梁（中梁）跨中截面正常使用配筋面積雖滿足要求但儲(chǔ)備不足，計(jì)算需要104cm21332，實(shí)際112.56 cm214

9、32。3.2 原因分析通過分析，引起加寬后舊橋主梁結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備不足和耐久性差的主要原因有：3.2.1 由于舊橋采用雙側(cè)加寬，舊橋拆除防撞護(hù)欄后，汽車、掛車荷載在橋梁全寬范圍內(nèi)（16.50m）重新進(jìn)行了橫向布置，主梁的荷載橫向分布系數(shù)發(fā)生了變化，特別是邊梁和第一片中梁變幅較大，活載效應(yīng)增大1020%，詳見下表：活載橫向分布系數(shù)變化表3.2.2 對(duì)于跨徑30米預(yù)應(yīng)力混凝土工型組合梁橋，在施工期間主梁反拱值大，達(dá)到914cm（無實(shí)測(cè)值），之后僅在跨中保證6cm鋪裝的前提下調(diào)整了路線縱坡，造成橋面鋪裝厚度過大。3.2.3 在施工期間，舊橋墩臺(tái)蓋梁頂施工標(biāo)高比設(shè)計(jì)標(biāo)高低，然后在橋面鋪裝上調(diào)整，韻家溝中橋

10、低約5cm，直接增加橋面鋪裝的厚度，每孔增加恒載近42噸。橋面鋪裝厚度的增加直接導(dǎo)致主梁所承受恒載增加，而活載橫向進(jìn)行重新分布，致使主梁承載能力安全儲(chǔ)備降低。3.3 加固處理措施簡(jiǎn)支梁跨中截面承載能力不足的加固方案，通常采用的方法有：增大截面法、施加體外預(yù)應(yīng)力法、梁底粘貼鋼板法、碳纖維片材法、簡(jiǎn)支梁變連續(xù)梁等方法加固。全線4座中橋主梁采用增大截面法加固，通過增加橋面板厚度而達(dá)到增加受壓區(qū)高度的目的，提高主梁的高跨比以增強(qiáng)其承載能力。分別對(duì)30米預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支工型組合梁增加橋面板厚度35.5cm、對(duì)20米鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T型梁增加翼緣板厚度20cm進(jìn)行計(jì)算，均滿足要求。4.新舊結(jié)構(gòu)連接、新舊材料

11、結(jié)合處理對(duì)于舊橋加寬加固改造利用工程，新舊結(jié)構(gòu)連接、新舊材料結(jié)合是重點(diǎn)也是難點(diǎn)所在，設(shè)計(jì)中廣泛采用化學(xué)植筋連接技術(shù)、混凝土界面處理技術(shù)、鋼纖維混凝土橋面鋪裝技術(shù)、新舊結(jié)構(gòu)連接技術(shù)、高壓注漿臺(tái)后加固技術(shù)等新技術(shù)、新材料和新工藝，達(dá)到整體受力、協(xié)調(diào)變形。4.1 化學(xué)植筋連接技術(shù)的應(yīng)用為提高橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力或由于調(diào)整標(biāo)高的需要，本設(shè)計(jì)較為廣泛地采用了植筋技術(shù)，主要應(yīng)用在橋面鋪裝連接、舊橋伸縮縫U型鋼筋的更換與固定、墩臺(tái)蓋梁、臺(tái)身、基礎(chǔ)與舊橋結(jié)構(gòu)的連接等。橋面植筋是在原有橋面板上加鋪一層鋼筋混凝土層，通過植入的鋼筋承接和傳導(dǎo)彎矩引起的剪力，使新舊混凝土形成有機(jī)整體，達(dá)到增大主梁有效高度和抗壓的目的，

12、從而提高主梁的承載能力。在施工工藝上采取下列措施：、舊橋結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行鑿毛處理，鑿去部分混凝土，并使表面粗糙，箍筋外露；、對(duì)結(jié)合面進(jìn)行處理，清掃、干燥、涂抹界面膠；、用鋼筋探測(cè)器探測(cè)主筋混凝土保護(hù)層厚度及位置，按設(shè)計(jì)孔深、間距、孔徑鉆孔、清孔后注入植筋膠，最后種植鋼筋或螺桿；、采用干硬性混凝土或鋼纖維混凝土澆筑加高、加寬部分混凝土，以減少新混凝土的收縮，從而減少新舊混凝土之間產(chǎn)生的差動(dòng)收縮力，提高補(bǔ)強(qiáng)效果；、混凝土澆筑后，應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，避免混凝土過早受力。植筋完成后，需要進(jìn)行抗拉拔效果檢查和評(píng)定，不合格者補(bǔ)充植筋，植筋結(jié)果評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：混凝土內(nèi)植筋強(qiáng)度不小于鋼筋抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度。4.2新舊混凝土界面處理技

13、術(shù)新舊混凝土由于收縮、徐變、溫度效應(yīng)不協(xié)調(diào)以及車輛所產(chǎn)生的疲勞荷載作用，界面會(huì)遭到破壞。結(jié)合面的抗剪強(qiáng)度不僅與鋼筋的多少有關(guān)，還與結(jié)合面的處理情況有關(guān)，設(shè)計(jì)采取了如下措施：、原混凝土表面進(jìn)行鑿毛、粗糙處理，使新舊混凝土產(chǎn)生摩擦作用；、在結(jié)合面涂抹界面膠，使新舊混凝土產(chǎn)生粘結(jié)作用；、原混凝土表面植筋，通過產(chǎn)生銷釘作用和界面力學(xué)約束，提高混凝土之間的粘結(jié)及塑性抗力，防止裂縫延伸（如下圖所示）。用界面膠處理的混凝土結(jié)合面的抗拉強(qiáng)度不得低于該標(biāo)號(hào)混凝土抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度。4.3 鋼纖維混凝土橋面鋪裝技術(shù)為加強(qiáng)橋面鋪裝與主梁的連接，同時(shí)為減少混凝土收縮，中橋均采用了鋼纖維混凝土橋面鋪裝技術(shù)。鋼纖維混凝土鋪裝層

14、厚9cm，鋼纖維摻量0.8%（體積率）。鋼纖維除符合混凝土用鋼纖維（YB/T151）的規(guī)定外，還應(yīng)符合下列技術(shù)要求：、單絲鋼纖維抗拉強(qiáng)度不小于600MPa；、鋼纖維最短長(zhǎng)度為粗集料最大公稱粒徑的2/3，最大長(zhǎng)度不大于粗集料最大公稱粒徑的2倍，鋼纖維長(zhǎng)度與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差不應(yīng)超過±10%；、施工時(shí)應(yīng)使用不銹鋼或經(jīng)過拋蘭等防繡處理的鋼纖維和兩端帶錨固端的鋼纖維。、不得使用表面磨損前后裸露尖端導(dǎo)致行車不安全的鋼纖維及攪拌易成團(tuán)的鋼纖維。為了使橋面鋪裝混凝土與主梁粘接在一起，加寬部分在主梁預(yù)制時(shí)，要預(yù)埋型鋼筋；舊橋利用部分，施工步驟為：、拆除舊橋橋面鋪裝及防撞護(hù)欄；、對(duì)舊橋橋面混凝土進(jìn)行鑿毛處理

15、，使其表面粗糙，清洗表面，不得沾有油污；、按照設(shè)計(jì)尺寸在舊橋主梁表面植筋；、澆筑水泥混凝土調(diào)平層，形成橋面橫坡；、澆筑鋼纖維混凝土鋪裝層（厚度不小于9cm）。舊橋主梁表面植筋時(shí)，用鋼筋探測(cè)器探測(cè)鋼筋位置，若發(fā)生沖突，可適當(dāng)移動(dòng)植筋位置。橋面鋪裝構(gòu)造采用刻槽、壓槽、拉槽或拉毛等方法制作，構(gòu)造深度為0.8mm。鋼纖維混凝土可摻入微膨脹劑，在調(diào)平層混凝土與舊橋混凝土結(jié)合面涂抹界面膠。4.4 新舊結(jié)構(gòu)連接技術(shù)橋墩臺(tái)蓋梁、系梁、臺(tái)身、基礎(chǔ)與舊橋部分的連接主要采取下列措施：、鑿除原結(jié)構(gòu)端頭混凝土，使主筋出露，與加寬部分主筋對(duì)應(yīng)焊接，直徑28mm鋼筋采用等強(qiáng)鐓粗直螺紋鋼筋接頭，其余鋼筋采用雙面焊接，焊縫長(zhǎng)度

16、滿足規(guī)范要求；、在素混凝土內(nèi)植筋以加強(qiáng)連接，涂抹界面膠以增強(qiáng)粘接力；、加寬部分混凝土采用干硬性混凝土或摻入微膨脹劑以減少收縮；、混凝土澆筑后，應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再受力。4.5高壓注漿臺(tái)后加固技術(shù)針對(duì)舊路橋臺(tái)搭板尾端、涵臺(tái)兩側(cè)約5m范圍內(nèi)出現(xiàn)的不同程度的不均勻沉陷問題，本設(shè)計(jì)采用注漿加固措施處理。即利用液壓、氣壓將水泥漿注入路基，在粘性土路基內(nèi)發(fā)生徑向劈裂，漿液沿裂隙流入土體，并將土體切割成不規(guī)則的塊體，在塊體之間形成互相穿插的膠狀水泥結(jié)石，粘性土又受到充填漿液時(shí)的壓縮，形成一種復(fù)合型巖土，防止或減弱路基再下沉；在用碎石土、砂礫土填筑的路基內(nèi)，漿液以滲流或紊流的方式滲入路基土孔隙，從而提

17、高了路基強(qiáng)度和剛度。高壓灌漿法開挖至路面底基層底，再鉆孔注漿，通過注漿形成的水泥柱拄體也可作為半剛性基層的樁基礎(chǔ)，有效地支承路面結(jié)構(gòu)層，起到雙重作用。注漿材料為水泥漿，其水灰比為1：1。注漿孔徑為7.5cm，漿液擴(kuò)散設(shè)計(jì)直徑為40cm。注漿孔間距為1m，采用梅花形布置，單個(gè)孔深2m，注漿壓力15Mpa。單個(gè)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿壓力逐步升高，達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并繼續(xù)注漿10min以上。水泥漿注入量達(dá)到設(shè)計(jì)數(shù)量，且結(jié)束時(shí)的進(jìn)漿量在2030L/min以下。注漿路段注漿孔完成后，進(jìn)行效果檢查和評(píng)定，不合格者補(bǔ)充鉆孔注漿，注漿結(jié)果評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)注漿過程中的各種記錄資料綜合分析，注漿壓力和注漿量變化是否合理，是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。橋臺(tái)兩側(cè)各取3個(gè)注漿孔作為檢查孔。檢查孔應(yīng)鉆取巖芯，觀察漿液充填情況。施工時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整施工參數(shù)。施工時(shí)，應(yīng)先填筑加寬部分路基土方，且需達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)