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公路舊橋的加固與管理

2023年09月26日

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摘要:隨著我國 社會 經濟 和 交通 運輸事業的快速 發展 ,過去年代修建於各地城鎮和各級公路上的橋樑,負擔著十分沉重的交通荷載及繁重的交通量。由於 歷史 的種種原因,如建橋當時的資金緊缺,設計荷載及泄洪標準偏低,技術力量的缺乏,設計、施工管理的粗放,設計、施工技術水平較低和設備、手段、材料的落後,以致在設計上或多或少存在考慮不周的缺點,施工也留下大小不同的缺陷。根據近年對超限運輸橋樑及大中型橋樑的加固實踐,下面介紹公路舊橋各組成部分的加固 方法 ,並對橋樑的管理提出建議。
  關鍵詞:舊橋 加固
  管理前言:隨著我國社會經濟和交通運輸事業的快速發展,過去年代修建於各地城鎮和各級公路上的橋樑,負擔著十分沉重的交通荷載及繁重的交通量。當時社會發展較緩,缺乏前瞻和預見,橋樑投入運營使用之後,運營管理的長期滯後,管養制度建設和隊伍建設長期被忽視,管養費用被擠占、挪用,運營車輛長期普遍超載和嚴重超載未得遏制,橋樑的技術狀態未得到及時、細緻的觀測掌握。在寒冬酷暑、暴雨烈日、洪水沖刷、車船撞擊的多年 影響 下,使得為數眾多的農用、公路及城市橋樑,發生了各種大大小小的病害,如橋面破損、欄杆斷裂、伸縮縫損壞、橋頭跳車、梁板或拱體裂縫、砼剝落、鋼筋鋼索鏽蝕、鋼結構裂紋銹爛、墩台斷裂位移、擋牆傾斜錯位、錐坡下挫坍塌、墩台基底沖空、橋頭路基沖塌、河床護底沖翻以及河道被沖刷嚴重變遷而危及橋頭路基等,已經破壞了橋樑的正常良好狀態。這種不良狀態,除將大大縮短橋樑的使用壽命之外,有的已經威脅著過往人車的安全而成為危橋,成了政府、管理部門和人民群眾關注、耽心的大事。
  這些橋樑具有荷載等級低、使用年限長的特點。從技術資料 分析 ,大多數橋樑是三不知:1不知基底地質;2不知基礎深度;3不知隱蔽部分的尺寸。從橋樑技術狀況分析,由於河床屢遭洪水沖刷,河床底部加深,橋樑墩台基礎外露、沖空,產生不均勻沉降,導致橋台、拱圈產生附加應力而出現開裂,有的甚至出現開合現象;有的橋樑由於橋台較高,受行車及台后土壓力的作用,橋台出現開裂、凸肚等病害;橋面混凝土鋪裝層由於使用時間長加之重車作用,導致開裂、剝落等病害。按橋樑技術狀況來評定大多屬三類橋樑。
  隨著國民經濟的發展和重點工程的建設, 目前 公路橋樑所承受的負荷有3個特點:1交通量不斷增大;2重型車輛增加及超載現象嚴重;3超限運輸的出現和增加。按現在橋樑和運輸狀況,橋樑的承載能力和通過的車輛荷載是公路與運輸的矛盾之一。
  舊橋加固,提高舊橋的承載能力,確保交通運輸的安全是目前和今後面臨的任務。自1989年以來,我單位多次完成超限運輸舊橋加固及大中型危橋的維修加固監理工作,在公路舊橋加固和管理方面取得一些經驗,本文按橋樑的組成部分介紹橋樑的加固方法。
  1、舊橋上部結構加固技術
  1.1、橋面補強層加固法
  在梁頂上加鋪一層鋼筋混凝土層,一般先鑿除舊橋面,使其與原有主梁形成整體,達到增大主梁有效高度、改善橋樑荷載橫向分布能力,從而達到提高橋樑的承載能力的目的。
  1.2、增大截面和配筋加固法當梁的強度、剛度、穩定性和抗裂性能不足時,通常採用增大構件截面、增大配筋、提高配筋率的加固方法,這種方法是在梁底面或側面加大尺寸、增配主筋、提高梁的有效高度和抗彎強度,從而提高橋樑的承載力。該法廣泛 應用 於橋樑及拱橋及拱橋拱肋的加固。
  1.3、錨噴砼加固法藉助高速噴射機械,將新砼混合料連續的噴射到已錨固好鋼筋網的受噴面上,凝結硬化面形成鋼筋混凝土,從而增大橋樑的受力斷面和補強鋼筋,加強結構的整體性,使其能承受更大的外荷載作用。
  1.4、粘貼鋼板加固法當交通量增加,主梁出現承載力不足或出現嚴重腐蝕的情況時,梁板橋的主梁會出現嚴重的橫向裂縫。採用粘結劑及錨栓,將鋼板粘貼錨固在混凝土結構的受拉緣或薄弱部位,使其與結構形成整體,以鋼板代替增設的補強鋼筋,達到提高梁的承載力的目的。這種加固方法的特點是:
  1.4.1、需要破壞被加固的原結構尺寸;
  1.4.2、工工藝簡單,施工質量較容易控制;
  1.4.3、施工工期短。
  1.5、增設縱梁加固法在墩台地基安全性能好,並具有足夠承載力的情況下,可採用增設承載力高和剛度大的新縱梁,新梁與舊梁相連接,共同受力。由於荷載在新增主梁後的橋樑結構中重新分布,使原有梁中所受荷載得以減少,由此使加固後的橋樑承載力和剛度得到提高。當增設的縱梁位於主梁的一側或者兩側時,則兼有加寬作用。
  為保證新舊砼能夠共同作用,必須注意做好新舊梁之間的橫向連接。
  1.6、拱圈增設套拱加固法在原主拱圈腹面下增設一層新拱圈,即緊貼原拱圈底面上,澆注或錨噴混凝土新拱圈,外形上就像是在原拱圈下套做了一個新拱圈。
  2、舊橋下部結構加固技術
  2.1、擴大基礎加固法
  此法適用於基礎承載力不足或埋深太淺,而墩台又是磚石或砼剛性實體式基礎時的情況。擴大基礎底面積應由地基強度驗算確定。
  2.2、增補樁基加固法當橋樑墩台基底下有軟臥層時,墩台發生沉陷;對此採用增補樁基加固法是一種常用而且有效的方法。這種方法是:在樁式基礎的周圍補加鑽孔樁等,以此提高基礎的承載力,增強基礎的穩定性。
  2.3、鋼筋砼套箍或護套加固法當橋樑墩台由於基礎埋深不夠,或因施工質量控制不嚴等原因,導致墩台開裂時,有時會出現貫通裂縫,可採用鋼筋砼圍帶或鋼箍進行加固。
  2.4、橋台新建輔助擋土牆加固法由於橋台台背水平土壓力過大,引起橋台傾斜,應在台背之後加建一擋牆,以抵禦過大的土壓力。
  2.5、墩台拓寬加固法利用舊橋基礎,靠墩台蓋梁挑出懸臂加寬部分,以便安裝的上部結構。此種情況為只加寬墩台上部的蓋梁、墩台身和基礎則不需予以加固。
  3、舊橋加固的常用方法
  3.1、塞縫灌漿是一種綜合普用的方法。
  塞縫灌漿是把按一定比例配製的水泥(砂)漿、環氧樹脂(砂)漿,通過噴漿機按一定壓力灌入結構物縫隙內,起到填塞裂縫、避免鋼筋鏽蝕並提高結構整體強度的作用。裂縫在橋樑病害中較為普遍,產生裂縫的原因很多,也很複雜。結構物一旦出現裂縫,其受力截面發生應力重分布,也就意味著受力有效截面變小,結構應力增大,承載能力降低。塞縫灌漿是用膠結材料把結構的裂縫填滿,使力的作用、傳遞儘可能恢復到原來狀態。塞縫灌漿一般用於處理橋樑上、下部結構裂縫,灌漿分為水泥漿、水泥砂漿、環氧樹脂漿、環氧樹脂砂漿等,具體採用哪一種,應視實際情況而定。通常水泥(砂)漿用於石砌墩、台和拱圈裂縫,由裂縫的大小來決定灌漿中是否摻砂,採用水泥(砂)漿造價低、效果好。環氧樹脂漿一般用於鋼筋混凝土結構物,因為鋼筋混凝土構件產生的裂縫較小,易灌滿,粘結性好;環氧樹脂砂漿多用於橋面裂縫。塞縫灌漿的通常做法是:先用1∶1水泥砂漿勾縫,勾縫時須預留直徑約6~8mm的灌漿孔,孔距視裂縫寬度而定,縫寬處孔距為0.6~1.0m,縫小處孔距為0.4~0.6m.待勾縫砂漿達到一定強度後即可灌漿。鋼筋混凝土梁的裂縫較小,用環氧樹脂勾縫,凡大於0.2mm的裂縫都要留孔灌漿,孔距一般為0.25~0.30m,灌漿方法與灌水泥漿大致相同。在公路舊橋加固中,塞縫灌漿是綜合處治的方法之一,用得比較普遍,通過試載及使用觀察,效果較好。
  3.2、上部結構加固上部結構加固改建在調查 研究 舊橋的基礎上,經過技術、經濟比較,採用充分利用原橋進行拼寬,利用橋台將拱式結構改為板式結構的加固方法,使其滿足超限運輸要求。
  3.2.1、拼寬原橋對驗算不能滿足超限運輸要求的舊橋,經技術經濟比較後,按實際通過的超限運輸荷載設計拼寬橋樑,以確保超限運輸安全。
  如三那線K186+325處的龍畝溝橋為一孔石拱橋。右邊部分於1940年修建,凈跨9.2m,寬6.4m;左邊部分於1966年拼寬修建,凈跨8.0m,寬2.5m.經驗算左邊部分能夠滿足超重車通行,加固方案為在左邊緊靠1966年修建的石拱橋拼寬3.4m,使其共同受力,供超限車輛通過。設計應考慮與原橋協調,則拼寬部分的橋台高度、跨徑、矢跨比等均與1966年拼寬的石拱橋相同,荷載按超重車考慮。
  3.2.2、利用原橋台改拱式結構為板式結構對於小跨徑石拱橋,由於拱圈厚度不能滿足超限運輸要求或因地基較差發生不均勻沉降,致使拱圈開裂,降低承載能力,可採用此辦法。
  如三那線K206+398處瓦窯橋,為一孔5m,矢跨比為1/4的石拱橋,拱圈厚0.4m,拱上填土高度為0.2m,由於基礎發生不均勻沉降,致使拱頂關門石下落1cm,兩端頭子石開裂。在確定加固方案時,考慮到拱上填土較薄,不能滿足拱上加板的要求,因此採取拆除橋面鋪裝、石拱圈,並將原橋台起拱線以上部分的填土、側牆拆除,然後加高橋台至設計標高,按超限荷載設計鋼筋混凝土預製板的加固方法。如果拱上填土高度能滿足加鋼筋混凝土板的要求,可不拆除石拱圈,鋼筋混凝土預製板的板底距拱頂的凈距要求不小於5cm.我們採用此方法加固了14道石拱涵。
  採用以上兩種方法加固的橋涵,通過試載及重車通行,經觀察加固效果較好。
  3.3、舊橋下部結構加固橋台特別是高度較大的橋台,受行車荷載和土壓力作用,常見病害有橋台開裂、凸肚,翼牆外崩、開裂、錯位等。對於跨徑較小,水流不大的石拱橋,我們採用在橋跨內加鋼筋混凝土框架進行加固。由於橋台太高,且位於長距離的高路堤縱坡上(橋面縱坡達5.5%),在行車和土壓力的共同作用下,使兩岸橋台和靠那發岸拱腳開裂。

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