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拱形橋的病害分析及加固方案
2011-09-23 來源:建設(shè)工程教育網(wǎng)
1 、概述

    南江口大橋位于省道S36線,即郁南縣南江口鎮(zhèn)下咀村段,橋中心樁號K44+860,屬鋼筋混凝土剛架拱橋,設(shè)計(jì)荷載為汽車-20級,掛車-100;主跨260m,橋長169.5m,橋?qū)?.5m,橋高25.3m,通航要求為VI級,橋臺為實(shí)體式,橋臺基礎(chǔ);南江口岸為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ),云浮岸為群樁基礎(chǔ);橋墩為鋼筋混凝土承臺和樁基。于1993年建成通車。

    隨著車輛荷載日趨增大,通車后在交通量和超載車輛增長較快的情況下,公路橋梁技術(shù)狀況迅速下降,橋面損壞不斷加劇,目前水泥鹼橋面板出現(xiàn)大量的病害和缺陷,主要病害除橋面網(wǎng)裂,滲水,欄桿、人行道破損及其他附屬工程損壞外,還出現(xiàn)了拱腹、主拱等多處裂縫和滲水現(xiàn)象,錐坡與橋臺側(cè)墻分離等主體工程問題,嚴(yán)重危及通行安全。因此有必要對南江口大橋進(jìn)行全面、細(xì)致的橋梁使用狀況調(diào)查,對其病害的類型及嚴(yán)重程度進(jìn)行分析和評價(jià),找出產(chǎn)生病害形成的原因,并提出切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)可靠的處治方案,以有效改善大橋的現(xiàn)有路況,提高其行駛質(zhì)量和服務(wù)水平。

    2 、南江口大橋的病害調(diào)查

    經(jīng)過長時間對該橋上、下部結(jié)構(gòu)的觀察,發(fā)現(xiàn)該橋橋臺沒有明顯的沉降和水平位移,橋面鋪裝部分損壞,且出現(xiàn)了大量裂縫,剛架拱實(shí)腹段位置的橋面出現(xiàn)了不同程度的下?lián)稀?br />
    2.1 上部構(gòu)造

    2.1.1 東西兩跨矩形橋面板底面多處鋼筋銹蝕,銹蝕處的混凝土開裂,嚴(yán)重的甚至使混凝土剝落,造成主筋外露?;炷疗茐拿娣e占整個板底的23.13%,嚴(yán) 重降低了承載力。

    根據(jù)銹蝕鋼筋混凝土剝落處混凝土保護(hù)層的厚度只有0.5cm-1.5cm的情況分析,產(chǎn)生鋼筋銹蝕混凝土破壞的主要原因是由于保護(hù)層過薄。

    中間一孔橋面出現(xiàn)縱向裂縫,裂縫寬在0.3mm-5mm之間,裂縫之間間距與工字梁微彎板寬度基本相等。六片工字梁在中部8m左右的范圍均出現(xiàn)垂直于梁軸線的裂紋,裂紋寬0.1mm-0.2mm,裂紋之間的間距為1.3m-2.0m,每片梁有3-4條裂紋,從梁底至腹板中部,有1-2條裂紋從梁底貫穿梁頂面。短裂紋有繼續(xù)向頂擴(kuò)展的趨勢。

    2.1.2 橋面、緣石變形破碎

    橋面縱向變形已呈波浪形,緣石破碎現(xiàn)象較為嚴(yán)重,在墩頂附近伸縮縫處裂縫尤為嚴(yán)重。橋面的橫向排水系統(tǒng)基本不起作用,雨水侵蝕嚴(yán)重。

    2.1.3人行道與欄桿損壞嚴(yán)重

    行道鋪裝層大面積破碎、脫落,欄桿多處斷裂,混凝土剝落、露筋。

    車輛通過橋梁時剛架拱實(shí)腹 段位置的橋面波動明顯;剛架拱肋斜撐和拱腿根部出現(xiàn)裂縫,嚴(yán)重的裂縫長達(dá)25cm,寬1.5cm。

    2.2 下部結(jié)構(gòu)

    東邊的橋臺兩翼均在距臺帽10cm-15cm范圍內(nèi)各出現(xiàn)一條往下的斜裂縫,縫長一條為2.5m,一條為3m,寬均在1.2cm-1.5cm之間,現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)有繼續(xù)往下擴(kuò)展的趨勢。

    西邊橋臺前墻與翼墻完全斷裂,在路線走向左側(cè)的斷縫處從臺帽下開始 ,右側(cè)在臺帽下17cm開始,兩側(cè)斷縫均往下至U型橋臺底。右側(cè)的斷縫較窄,寬為2.3cm-3.7cm,左側(cè)的斷縫寬為4.2cm-5.8cm,左側(cè)的翼墻沿遠(yuǎn)離路基方向向外位移4.7cm兩條斷縫深與墻厚相同。

    兩個橋臺的斷、裂縫方向基本與前墻和翼墻的內(nèi)轉(zhuǎn)角線一致。翼墻墻背受到土壓力的作用,將翼墻外推,這就會在翼墻頂面與前墻的連接處發(fā)生破壞。

    2.3 病害原因分析

    橋面縱向裂縫的產(chǎn)生,是由于工字梁之間沒有設(shè)置橫隔梁梁與梁之間沒連成整體而造成。該橋工字梁底的裂紋是由于近幾年通過該橋的車流量增大,超重車輛過多,梁底產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力將梁底的混凝土拉裂。

    據(jù)調(diào)查,近年來,隨著交通量、重車的日益增加,特別是橋上錯車現(xiàn)象日見頻繁,重車則多在一側(cè)車道上行駛,這種經(jīng)常性的重車偏載對橋中心線附近拱圈進(jìn)行反復(fù)交替的剪切,造成拱圈產(chǎn)生中波上的縱向裂縫。

    拱肋、拱波、拱根整體性受到一定程度的破壞,而橫向整體性又不能很好地保證,車載有增 無減地繼續(xù)作用,使拱圈在局部受力集中,全斷面受力不均勻。

    由于對伸縮縫、排水設(shè)施等未能及時維護(hù)和清理,致使橋面損壞嚴(yán)重。

    3、 維修加固方案

    3.1 施工內(nèi)容

    本工程加固主要涉及拆除現(xiàn)有橋面系(包括防撞欄、橋面鋪裝、填平層和微彎板),拆除系梁,每跨增加四片拱肋,在此基礎(chǔ)上澆筑連續(xù)實(shí)心板作為橋面的行車道板,之后澆筑橋面鋪裝,安裝伸縮縫。

    3.2 施工順序

    施工順序如下:

    a)拆除原有防撞欄、橋面鋪裝、填平層及微彎板;

    b)安裝拱肋施工懸掛式吊架;

    c)拆除拱肋間的系梁,保留原有剛架拱肋外露的鋼筋作為連接實(shí)心板用;

    d)在墩臺帽上鑿毛,植人相應(yīng)的鋼筋,綁扎鋼筋,用環(huán)氧樹脂粘貼相應(yīng)的鋼板,澆筑新拱肋的拱座硅,保證預(yù)槽口安裝新的拱肋;

    e)安裝拱肋、系梁底模,綁扎拱肋、系梁鋼筋,安裝整體模板;

    f)使用懸掛式吊架順序澆筑硅;

    h)拆模,轉(zhuǎn)到另一片拱肋施工;

    i)綁扎實(shí)心板鋼筋,兩跨同時間、對稱地澆筑硅 ;

    j)兩跨同時間、對稱地澆筑橋面鋪裝和防撞欄,安裝伸縮縫;

    k)用環(huán)氧樹脂將原有拱肋的斜撐與拱腿的裂縫封密,避免斜縫時一步擴(kuò)寬和伸長。

    3.3 施工工藝

    3.3.1 拆除防撞欄和橋面鋪裝

    使用硅切割機(jī)將防撞墻分塊,再用鉤機(jī)將硅塊吊走,同時采用空壓機(jī)人工鑿除橋面鋪裝,施工中盡量減少鹼渣掉人河中。在施工時采取半幅拆除施工,另外半幅作施工便道和人行通道,由專人管理。半幅施工前應(yīng)先進(jìn)行放樣,保證橋面鋪裝與中拱肋有一半搭接。

    3.3.2 拆除微彎板

    拆除順序?yàn)橄?/4拱,再1/2拱,(拱頂)最后拆除拱腳,施工時采用人工配合吊機(jī)平衡對稱拆除。

    3.3.3 安裝懸掛式吊架

    采用懸掛式吊架(拱架)施工,輔助施工的量要少,且不影響水中通航的凈空,其主要缺點(diǎn)是成本略高。在施工時,沿縱向間隔按2m一組,吊架要有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性,做到澆注的拱肋不下?lián)喜蛔冃巍?br />
    3.3.4 拆除系梁

    拆除完橋面系、微彎板和安裝完懸掛式吊架,使吊架系統(tǒng)與舊拱肋構(gòu)成一個整體后再拆除系梁,施工中應(yīng)當(dāng)小心謹(jǐn)慎,注意保留拱肋與系梁的預(yù)埋鋼筋。

    3.3.5 拱肋槽口施工

    鉆孔植人鋼筋時應(yīng)參考原橋竣工圖拱座布筋圖,避免鉆傷原拱座鉚筋,粘貼鋼板應(yīng)處理好粘貼位置、fl4表面和鋼板表面,鑿除表面舊的硅后粘貼鋼板。

    原有拱肋的斜撐和拱腿是固定在墩臺帽預(yù)留的槽口口內(nèi),新加的拱肋是固定在墩臺帽外包的鋼筋硅的預(yù)留槽口內(nèi),新的斜撐和拱腳長度縮短,澆筑新拱肋時應(yīng)注意定好位。

    拱座施工時新舊鹼結(jié)合處應(yīng)先澆水泥純漿再澆硅。

    拱肋槽口施工時,應(yīng)充分利用三片舊拱肋安裝施工平臺。施工平臺主要承受施工人員荷載。

    3.3.6 安裝模板、澆硅

    模板采用木模和鐵皮,在懸掛式吊架上安裝,拱肋澆鹼時應(yīng)按照施工規(guī)范要求,先澆筑拱腳硅,再澆筑拱頂硅(1/2拱),最后澆筑1/4拱,嚴(yán)格做到兩跨同時對稱平衡施工。模板應(yīng)用斜撐頂住,以保證模板的剛度和穩(wěn)定性。

    橫系梁與拱片同時澆筑以保證梁與肋的整體性和橫向穩(wěn)定性。

    與此同時,用水泥砂漿把原有的拱肋弦桿和實(shí)腹段頂上的缺口用砂漿填實(shí),填實(shí)前,該部分舊的砼表面要鑿毛,使得新舊砼的連接牢固。另外,因?yàn)閾隙茸?形的拱肋,其頂面的標(biāo)高低于實(shí)際的標(biāo)高,故可加鋪砼在頂上以調(diào)整到正確的標(biāo)高。

    澆筑C40砼采用現(xiàn)場攪拌機(jī)攪拌,人工運(yùn)料。

    3.3.7 拆模、拆除懸掛式吊架

    一般在混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa時方可拆除側(cè)模,在混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值75%的要求時可拆除底模。模板拆除應(yīng)遵循先支后拆,后支先拆的順序,拆時嚴(yán)禁拋扔。

    拆除模板和卸落時不允許用猛烈的敲打和強(qiáng)扭等方法進(jìn)行;模板和拱架拆除后應(yīng)維修整理,分類妥善存放。

    3.3.8 實(shí)心板施工

    實(shí)心板的鋼筋要與剛架拱肋頂上外露的鋼筋綁扎在一起;兩端要預(yù)留伸縮縫的安裝位置;對應(yīng)斜撐和拱腿頂上的位置橫向切1cm的縫,縫中間填塞瀝青。澆砼時應(yīng)兩跨同時間、對稱地進(jìn)行。

    澆筑C30鹼采用現(xiàn)場攪拌機(jī)攪拌,人工運(yùn)料。

    3.3.9 橋面鋪裝、防撞欄和伸縮縫施工

    待實(shí)心板鹼達(dá)到一定強(qiáng)度后開始進(jìn)行橋面鋪裝施工,須兩跨同時間、對稱地澆筑,橋面鋪裝采用C35防水硅,現(xiàn)場機(jī)械攪拌。

    防撞欄施工時應(yīng)每隔6m-8m沿防撞欄橫向設(shè)縫;扶手和扶手立柱應(yīng)先除銹,后刷防銹漆二道,面漆二道;伸張縫處墻身應(yīng)斷開,墻縫內(nèi)嵌XQ-1型聚乙烯泡沫板結(jié),外周漆雙組份聚硫封膏,寬度為40mm,厚度為20mm。防撞墻必須在鋼筋鹼橋面鋪裝完成后方可施工;夜間反光膜按要求的顏色尺寸和間距于鋼扶手的迎車面上;PVC泄水管在橋兩邊布設(shè),間距為6m。伸張縫采用NJSF型。

    南江口大橋維修加固工程于2004年12月開始,2005年3月竣工,工期近3個月。由于該橋地處S368,車流量大,為不中斷交通,施工期間采用半幅施工、半幅通車的方式,在橋頭兩端設(shè)置醒目的安全標(biāo)志及限速標(biāo)志,夜間開啟照明設(shè)施,確保橋下施工人員及過往車輛的安全。經(jīng)過一年多的使用,該橋整體狀況良好,維修部分尚未發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題。

    4 、結(jié)語 

    本文介紹了s368線南江口大橋加固的主要措施、方案,探討了懸掛式吊架施工的有關(guān)施工工藝問題,期望能在實(shí)踐中取得良好的效果,為今后舊橋的改建施工和改建技術(shù)應(yīng)用提供有益的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
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