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金属波纹管在拱桥加固中的应用

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浏览:- 发布日期:2018-04-20 16:39:10【

1 问题的提出 

常圈沟桥位于我省主要运煤干线之一———109 国道的 433K+836 处。该桥始建于1983 年,是1-5.6 m+1-6.2 m+1-5.6 m 的上承式无铰石砌板拱,拱上填土高度在4 m 左右,拱径高为 1.8 m,桥墩、台为重力式墩台,高度2.4 m,桥梁中心线与水流方 向右前夹角为90°。由于该桥周边地区均为大中型煤矿,建成后 交通量日益增多,且超载的大吨位运煤车辆所占比例愈来愈多, 大大超过了原有桥梁的设计承载能力,同时因煤矿采空区地基 的不均匀沉降,致使该桥拱圈纵向不规则通裂达2 cm,拱圈1/8 处出现横向通裂,墩台身及翼墙亦有1 cm~2 cm 不等的纵、横向 贯通裂缝,安全隐患已不容管养单位有丝毫懈怠。为此我们提出 了两种方案,一种方案是对其拆除重建,另一种方案是采用金属 波纹管对其进行加固。 由于常圈沟桥位于两山夹沟部位,既无法修建施工便道,又 无可绕行路线,若拆除重建,全线交通将中断,且施工周期较长, 工程造价达256 万元,直接影响了周边煤矿的经济效益。而采用 金属波纹管来加固旧桥,能取得较好的效益,不仅能提高桥梁的 承载能力,还能确保较大荷载车辆的安全通行。经过比较,决定 选用金属波纹管进行加固。 


2 金属波纹管加固工艺 

2.1 金属波纹管的优势 金属波纹管是一种新型的柔性结构物,不但具有一定的抗 震能力,而且能适应各种复杂地形、较大的沉降与变形和不同的 路基填土高度。在结构上具有横向补偿位移的优良特性,可充分 发挥钢材的抗拉性能强、变形性能优越的能力。特别是波纹钢管 的变形能力和钢材抗拉性能及抗疲劳性能都较好,对预防或解 决人为或地区冬季冻胀而导致的破坏较为有效。

2.2 设计要点 (1)常圈沟桥纵跨河沟,沟中水流主要为工业废水和生活污 水,流量比较小,因此在不影响泄洪流量的前提下,我们采用在 每孔拱内设置一根直径为3 m 的金属波纹管,四周空隙用片石 混凝土进行密实、填充加固处理。 (2)材料要求。对金属波纹管的要求:金属波纹管的几何尺 寸在允许偏差范围内;表面光洁平滑、焊接平整、无气孔裂缝夹 渣及飞溅物等缺陷;镀锌层厚度≥84.0 μm,镀锌层要均匀;金属 波纹管在运输、装卸时应防止碰撞,镀锌层被破坏要及时进行增 涂涂层。 对金属波纹管基础的要求:金属波纹管适应形变能力较强, 适应在许多不良地质中使用,它对基础材料要求相对不高,一般 采用沙砾垫层或换填砂砾石即可。对金属波纹管外固填筑材料 的要求:金属波纹管与原桥孔间的间隙,采用C30 的片石混凝土 填筑,片石的抗压强度应不小于30 MPa,并不得低于混凝土的级 别;在使用前应清扫、冲洗干净;填充片石的数量不宜超过混凝 土体积的25%,片石厚度不小于150 mm;片石应均匀放置于刚 浇筑的混凝土上,其净距不小于100 mm。 

2.3 施工工序 

清理原拱桥拱内壁—拱内裂缝灌填—基础垫层填筑—波纹 管身安装—空隙回填—洞口铺砌。 

2.3.1 施工准备 (1)对施工场地进行平整,安排布置好各种材料堆放场地, 组织所需机械设备,备齐波纹管安装工具及配件,如梅花扳手、 活口扳手、小撬棍、撬杠、手锤、凿子等。 (2) 用钢丝刷清理拱桥内壁的沉积物等,将裂缝检查和标 志,清理缝隙松动体,把裂缝两侧各20 mm~30 mm 范围擦洗干净 并保持干燥。 (3)根据施工图设计文件放出各孔轴线,布好中边桩,在波 纹管基础范围边缘撒上白灰线并测出铺底高程。 

2.3.2 缝灌浆处理 (1)裂缝处理采用灌浆法施工,将裂缝构成一个密闭空腔, 有控制地预留进水口,借助专用灌浆泵,将调制好的环氧树脂压 入裂缝使之填满。以专用的黏结剂将注浆口与裂缝对齐粘贴,且 粘贴牢靠对中,保证导流畅通,同时对处理过的裂缝表面用环氧 浆液沿裂缝表面均匀涂刷两遍进行裂缝表面封闭。 (2)待环氧树脂封闭带硬化后,需进行压气实验,以检查封 闭带是否封严,然后由低端向高端进行灌浆。贯通缝须在一侧表 面裂缝处进行封缝处理,从另一个表面进行灌浆,对于已灌浆的 裂缝,待浆液固化后将灌浆嘴撤除,并将灌浆嘴处用环氧胶泥抹 平。 (3)灌浆结束后,检查补强效果和质量,发现缺陷应及时补 救,确保灌浆质量。 

2.3.3 基础垫层填筑 原桥铺底为浆砌片石,刚度较大,不但会降低管壁本身所具 有的良好柔性,而且会减小波纹管自身的承载能力。因此,对原 桥铺底进行平整后,在其上填筑50 cm 厚的沙砾材料,密实度达 到90%以上,选择3%左右的流水纵坡。基础铺筑最小宽度为2.0 m+1.0 m+Φ,在该桥铺筑时,我们采用满幅铺筑。

 2.3.4 波纹管管身的安装 我们使用的波纹管是YTHG 金属拼装板型,每道管圆周由4 块板组成,板长及管的直径可根据需求进行定制,每孔管的拼接 总长为23 m。在每4 块波纹管板进行组装的同时,在原桥下游出 水口处用碎石土等材料铺筑一个和拱桥上游桥底相同标高的工 作台,台长不得小于28 m,宽不得小于桥的径宽。然后在已铺筑 好的工作台预先并排放置两根长45 m 的角钢,作管道推动时的 滑道。 将组装好的管节运至施工现场,一般采用套管或法兰方式 进行连接,操作比较简便。但是还需注意:第一,当两管相连,相 邻法兰间距3 cm~5 cm 的缝隙时,用小撬棍对准法兰上的螺栓 孔,使两根管上的螺栓孔中心线对正,并用撬杠在相邻管节的另 一端撬动管节,使其纵向平移至相邻两法兰间距在2 cm 左右范 围内,然后全部穿上螺栓,拧上螺丝,带平扣即可,以此方式逐节 依次安装连接。第二,当管节全部安装好后,在相邻法兰间镶石 棉垫,石棉垫镶牢后,再以人工对称锁紧螺丝,直至外观观察两 法兰间隙在2 mm~3 mm 即可。 三孔的波纹管依次组装拼接完成后,首先要校正波纹管轴 心线是否与基础纵向轴线竖向重合,达到标准后,用装载机从 外端逐渐向孔内推进、就位,在两侧用撬杠进行微调后,固定管 位。 在波纹管内外喷涂两层热沥青,喷涂厚度要达到1 mm,从 外观看管壁内外均匀地涂成了黑管即可。另因管中常水位处受 腐蚀较大,我们在常水位上15 cm 范围内用水泥砂浆均匀涂抹1 cm 厚的防腐层,以加强管壁的防腐作用。 

2.3.5 回填 波纹管推进后,我们采用分段浇筑的方法,将每孔分成3 段,每段7 m~8 m,用土袋把每段的两端砌1.5 m 高左右的墙,然 后在波纹管两侧同时连续灌注片石混凝土,直到把波纹管四周 全部灌注密实为止后,砌筑上下游进出水口。 

2.3.6 清理 工程完工后,要及时清理上下游河道,保证流水顺畅无冲 刷,不允许有废料等堆积物淤塞河道。


3 结语 

通过工程实践表明,用金属波纹管加固拱桥的方法,从技术 方面讲:使桥梁结构受力更合理,荷载分布均匀,并提高了整体 的抗变形能力。 从经济效益方面讲:金属波纹管采用工厂集中化、标准化设 计生产,设计简单,不受环境影响,生产周期短,有利于降低成 本,控制质量;土建工程与型材安装可分开实施,减少了常规建 材,如水泥、碎石、沙砾的使用,既经济以环保;由于加固作业面 在桥下,不影响桥上行车;工程造价要比新建同等跨径的混凝土 类型的桥梁低。因此,采用金属波纹管加固危桥是一种值得 推广和借鉴的桥梁加固方法。

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