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浅谈路网改造项目中的老桥加固

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浏览:- 发布日期:2018-01-05 13:14:05【

摘 要:针对我省路网项目中老桥荷载等级低的特点,文章从老桥加固实践中总结分析了老路改造时对老桥加固的必要性,并针对不 同类型的桥梁结构型式归纳出桥梁加固及加固效果评定的几种方法,为路网项目桥梁的设计、施工和建设提供了一定参考依据。 

关键词:加固,老桥,路网改造项目,桥梁加固,老桥加固 


1  桥梁加固的迫切性 

安徽省现有各条国道、省道、县道上各个时期修 建的桥梁是按照不同的荷载设计标准修建的,随着交 通运输事业的发展,交通运输量大幅度增长,目前尚 有不少设计荷载偏低的桥梁在担负着繁重的交通运 输任务。 针对安徽省省情以及老路改造的指导思想,不可 能将此类桥梁全部拆除重建,但同时也绝对不可以盲 目直接加以利用,因此老路改造时对老桥加固、维修 或重建应进行认真分析、科学决策。 客观的路网改造、兴建新桥的同时,充分重视老 桥的利用价值,并通过采用适当的桥梁加固与提载技术, 恢复和提高老桥的承载能力及通行能力、延长使用年 限,是非常必要的,也是一项重要的桥梁研究课题,在 路网改造中更具有深远的意义。老桥加固前,必须进 行检测和评定。 

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2  桥梁检测与评定 

桥梁检测是桥梁评定的基础。桥梁检测一般应 由有相应资质的单位进行,检测内容包括:结构的实 际尺寸、材料特性、桥梁的缺陷等方面。一般检测前 应详细了解老桥设计、施工、养护情况,根据检测结果 再对老桥进行评定。 桥梁评定方法一般有:根据桥梁存在的缺陷和病 害加以评定;根据结构高度进行评定;调查与分析计 算相结合的方法进行评定等;其中,第3 种方法可为 老桥加固提供较为可靠的科学依据。 

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3  桥梁加固措施 

老桥经过检测和评定后,应根据各自的实际情况 进行保养、维修或加固。一般情况下当老桥根据桥梁 技术状况评定低于3 类以下时,应当进行加固[1 ,2 ] 。 桥梁加固一般是通过对构件的补强和结构性能的改 善来恢复现有桥梁的承载能力,以延长使用寿命,适 应现代交通运输的要求。加固方法概括地说有5 类: ①减轻恒载或调整恒载。②加强弱态构件。③ 增 加辅助构件。④ 改变结构体系。⑤ 加固墩台及 基础。 安徽省路网改造桥梁结构型式主要为拱桥和梁 桥两种,针对不同型式的桥梁建议采取如下的加固措施。 

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3. 1  拱式桥梁 拱式桥梁通常包括双曲拱桥、石拱桥、肋拱桥、箱 形拱桥等形式。路网项目中最常见的结构为双曲拱 桥、石拱桥两种。 据调查安徽省大部分拱桥的桥台均未产生位移, 拱轴线亦未变形,主拱圈砌筑大部分完好,无风化、剥 蚀、开裂等现象,个别桥台侧墙有细微裂缝。大部分 桥梁为20 世纪70 年代修建,荷载等级均为汽215 级、 挂280 级[3 ,4 ] ,基本能够保证现有通行能力,但无法满 足本次路网改造的设计年限。现分别对双曲拱桥和 石拱桥的加固措施分别进行阐述。 

3. 1. 1  双曲拱桥 (1) 拱肋加固。当拱肋由于截面强度不足而出 现严重的径向裂缝时,一般可采用锚喷混凝土、现浇 混凝土局部加大或全截面加大拱肋,以及在受拉翼缘 粘贴钢板、钢筋或玻璃钢的方法进行加固[3 ] 。如果同 时在拱肋与拱坡衔接处产生环形裂缝,为了加强其整 体性,宜采用全截面外包混凝土加大拱肋。喷射混凝 土加固双曲拱桥,如图1 所示;预应力钢拱加固双曲 拱桥,如图2 所示。 (2) 加厚拱板。路网改造中,调查发现有的双曲 拱桥拱肋比较强,但是拱坡显得很薄弱,特别是当横 向联系不强时,往往在拱坡顶出现纵向裂缝。如六舒 三公路改建工程中路里桥(1 孔20 m 双曲拱桥) ,就 是这种情况,在改造时,就采取了加厚拱板的方法,将 拱上填料拆除,先用混凝土将坡谷填平,再沿全桥宽 浇筑混凝土拱板,内设钢筋网,当然也可以沿拱坡背 直接等厚浇筑拱板。为使新旧拱板能粘合为整体,需 要将拱背的混凝土凿毛,冲洗干净。 (3) 加强横向联系。拱肋间横向联系一般较弱, 是双曲拱桥整体性较差而出现各种病害的重要因素。 因此,加强横向联系增强双曲拱拱圈的整体性,是该 桥型加固的重要技术措施之一。常用的桥梁加固方法有: 用外包混凝土加大横系梁截面;将横系梁改为横隔 板;对于只设有套管拉条横向联系的双曲拱,可以沿 拱圈增加几道新的横系梁或横隔板,如灵璧县西闸桥 (5 孔30 m) 就采用这种加固方式。 (4) 减轻拱上建筑重量。双曲拱桥多数采用腹 拱式拱上建筑,自重较大。当桥梁承载能力不满足要 求时,采用减轻桥梁恒载的办法来提高承受活载的能 力,是一种经济有效的措施。减轻拱上建筑的措施有 以下几种:降低桥面标高;将腹拱的重力式横墙挖空, 或改为钢筋混凝土立柱;用预制的钢筋混凝土T 梁、 微弯板或心板等轻质桥面系代替笨重的腹拱体系;做 成钢筋混凝土刚架式拱上建筑等。某双曲拱桥加固 示意图,如图3 所示。 (5) 其它桥梁加固方法。双曲拱桥的其它桥梁加固方法 很多,如调整拱轴线及压力线;增加拱肋;改变结构体 系等。进行加固时应当针对不同病害采取相应的措 施,不可盲目的进行。

 3. 1. 2  石拱桥 (1) 加大主拱圈截面。主拱圈是石拱桥的主要 承重结构,但由于修建时荷载等级较低,石拱桥主拱 圈普遍存在截面偏小、强度不足的情况,亟待桥梁加固改 造。一般是采取锚喷混凝土或现浇混凝土局部或全 截面,加大拱圈截面的方法进行桥梁加固。结合以往成功 经验,建议采用内壁现浇钢筋混凝土拱圈的永久性加 固方案,即在原拱圈拱腹内布锚杆,使原拱圈与钢筋 混凝土拱圈构成复合式拱圈。通过复合式拱圈增强 砖石的抗弯拉应力和整体刚度。新增设钢筋混凝土 拱圈与原主拱圈共同作用,分担了桥梁荷载,减小了 原主拱圈在活载作用下的应力,从而达到了桥梁加固整治 的目的。 钢筋混凝土拱圈采用板式截面,厚0. 3~0. 5 m、 宽度根据老桥宽度确定,受拉区主筋采用<30 ,受压区 主筋采用<22 ,间距为20 cm。锚杆采用钻孔安装的 方法也可以采用植筋的方法进行, 采用纵横间距 10 cm的<16 钢筋,双向锚杆与双层主筋焊接,分布钢 筋采用纵横间距15 cm 的<10 钢筋。具体施工步骤 为:原桥下搭设满堂式钢管架;拱腹划线布设锚孔,采 用机械成孔,孔径为35 mm ; 清除灰尘,原拱圈用 1 ∶1砂浆勾缝;安装砂浆锚杆;安装主钢筋、箍筋、分 布钢筋;安弓形木、底模;高压水清洗;分榀浇筑混凝 土并振捣密实;混凝土养护。 (2) 减轻拱上建筑自重。由于石拱桥拱上建筑 自重较大,恒载重量通常占着较大的比例,在很大程 度上制约着主拱圈承受活载的能力。老桥拱顶填料 应当予以全部挖除,换填成密度较轻的灰土,减轻恒 载自重,但要翻开填料,比梁桥费力的多,并应注意使 水平推力不增大或增大有限,保证不会产生桥台位 移,这是拱桥加固的基本原则。改造时也可以将实腹 式改为空腹式,从而减轻恒载自重。具体施工步骤 为:修补主拱圈裂缝;从拱脚向拱顶对称拆除拱上侧 墙并挖除拱腔填料,若拱圈病害较重应先搭设支架; 对拆除过程中拱腹出现的裂缝及拱背裂缝进行修补; 对截面较小、承载力不足的拱圈先加固;重新砌筑空 腹式或其它较为轻型的拱上建筑;铺设桥面铺装,修 建栏杆或人行道。 (3) 其它。同双曲拱桥一样,石拱桥也可以采用 调整拱轴线及压力线的方法。另外,石拱桥采用外部 预应力加固法也较为常见。总之,只要能改善桥梁承 载力,都可以作为桥梁加固的方法进行探讨。

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 3. 2 简支梁桥 大部分路网改造项目中的梁桥具有修建年代较 短,桥面栏杆普遍毁坏严重的特点。加固时,首先必 须将栏杆全部拆除,换成钢筋混凝土防撞护栏,以保 证行车安全。其次,应当请检测部门对桥梁现有承载 能力进行检测分析评定,然后根据实际承载能力进行 相应的桥梁加固措施。 (1) 增大构件截面。增大构件截面的途径有增 加受力主筋截面、加大混凝土截面、加厚桥面板、锚 喷加固4 种方法。当桥梁现有承载能力与本次设 计荷载相差不大时,采用重浇整体钢筋混凝土的方 法,适当加大桥面铺装的厚度并加大加密铺装层钢 筋规格和间距,一方面可以大大加强桥梁上部构造 横向整体刚度(重新调整了横向分布) ;另一方面通 过增大梁(板) 的有效高度,来增加桥梁的承载能 力。当结构主筋应力超过容许范围,桥梁现有承载 能力与本次设计荷载相差较大时,尤其是当板梁出 现较多裂缝时,则应当考虑加焊受力主筋、增设箍 筋、加大结构断面,提高构件的强度、刚度、稳定性 和抗裂性,从而提高桥梁的承载能力,并修补裂缝。 较为常用和便捷的方法是粘贴钢板法,即在钢筋混 凝土受弯构件的表面采用环氧树脂或建筑结构胶 将钢板粘贴牢固,使之与结构物形成整体,从而取 得提高构件的抗弯、抗剪能力,以及减少裂缝扩展 的效果,如图4 所示。 (2) 梁的连续桥梁加固法。根据简支梁与连续梁的 受力特性,变简支梁为连续梁,减小原桥跨中截面的 弯矩和挠度值,改善受力特性,提高承载力。施工时, 掀开桥面铺装,将端部混凝土凿开,露出钢筋,并使其 连通。桥面加铺一层混凝土,上设连续梁负弯距钢 筋。对于中小跨径桥梁,空间较小,施工比较麻烦。 但这种方法对于交通平顺起很大作用,有时对改善动 力性能有一定好处,但对于桥梁承载力的提高,意义 并不是很大。 (3) 八字撑架加固法。在原桥主梁下加设八字 形斜撑作支撑,斜撑用型钢或钢筋混凝土预制构件制 作,其下端支撑在桥梁墩台上,上端支撑在梁底,中部 加设托梁,使一孔变三孔,这种方法不仅适用于简支 梁,也可用于连续体系,但必须保证负弯距区有足够 的钢筋,对于以排洪为主的桥梁,一般不采用这种方 法,或者避免在雨季施工。 4 桥梁加固效果的评定 桥梁加固的主要目的是为了提高桥梁的承载能 力以及节约造价,一般桥梁加固的费用为新建桥梁造 价的1/ 2 。 (1) 结构改善系数———为结构提高承载能力的 百分比。 η = ( P2 - P1 ) / P1 ×100 % 其中, P1 为加固前承载能力; P2 为加固后承载能力; η越大,则表明加固效果越显著。 (2) 成本效益系数———单位加固费用所得到的 结构改善。 K = η/ M 其中,η为结构改善系数; M 为每平方米桥面的加固 费用; K 越大,经济效果越好。 桥梁加固后,必须保证桥梁的承载能力达到预期 效果,这也是设计者最为关心的问题,也是必须保证 的方面。因此,加固桥梁时必须在保证承载力的前提 下,才能谈及经济效果,否则无从谈起。 5 结束语 路网改造中老桥加固方案的确定至关重要,它不 仅影响到整个项目的总造价,而且在建设过程中将关 系到沿线交通运输业的能否正常运营,具有非常重要 的经济和社会影响力,因此路网改造时应当慎重采取 恰当处理方案。本文为我省路网改造项目中的老桥 加固,提供了一定的参考借鉴依据。


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