两种经济实用的桥梁加固方法
2009-09-28
双曲拱桥的维修加固
北京房山区周张公路娄子水桥建于1976年5月，桥梁设计荷载标准为汽—15、挂—80，桥面净宽净9+2×1.4，桥长38.8m，桥梁构造为钢筋混凝土双曲拱桥，原桥面辅装为15cmC30水泥混凝土，桥面基层及拱上填料均为12%石灰土，拱背上石灰土最小厚度为15cm（相当于路面基层）。
此桥由于拱上填料及路面基层为同种材料，且厚度不等，而且未设防水层，造成全桥透水，透水后造成石灰土基层不均匀沉降，在重车荷载的作用下，原桥面铺装的水泥混凝土路面呈现粉碎性断裂。同时由于不均匀沉降，致使拱圈局部应力集中，造成拱波开裂。
桥梁巡回检查小组在定期检查巡视中发现此桥破损情况，加强了检查频率，发现破损有发展的趋势，于是报请上级主管部门进行维修加固工程立项。
经现场观察，从外观上看，主拱圈未出现异常尚能利用，但如挖开拱上填料，重换石灰土进行夯实或碾压，已裂缝的拱波将经不住夯实或压路机的作用而彻底损坏。另外从外观上观察，全桥透水亦已对桥体产生了很大的危害，已可见混凝土上附着有碱迹且有一定厚度，而此桥的混凝土构件已有裂缝。
经过慎重考虑，我们决定采用一种轻体高强的材料做为拱上填料，同时加设土工布制作防水层，桥面辅装采取Φ12、Φ18螺纹钢筋组成10×10cm钢筋网，制作10cm钢筋混凝土面层的施工方案。通过组织施工人员对数种材料鉴别试验后，选中了采购自北京亚新特种建材公司经销的陶粒和沸石作为混凝土的粒料，这两种材料制成的混凝土，具有轻质高强的特点。
陶粒混凝土和石灰土的比较结果如下：
粒混凝土的抗压强度为6.25Mpa，石灰土的抗压强度为0.7Mpa陶粒混凝土的最大干容重为800kg/m3，石灰土的最大干容重为1680kg/m3
陶粒混凝土施工时只用小型振捣器即可，不会对拱波造成破坏；而石灰土施工时需要进行夯实或碾压，会对拱波进一步破坏。
确定了施工方案后，我们即组织了施工。施工时采用对称拆除原桥面铺装，清理干净，陶粒混凝土施工配合比为3：1：5：4（32.5水泥：水：陶粒：沸石），水灰比为0.33，采用混凝土搅拌机进行拌和，拌和时间2分钟，用小型振捣器和棒式振捣器配合振捣，浇筑后效果较好，因此桥面铺装由原15cm减少10cm钢筋混凝土，降低了拱顶材料高度，从而加强了拱上建筑与桥面板的联系，进而加强拱上建筑刚度，使整个体系向柔拱刚梁转化，促使主拱圈在活载的作用下主要承担轴力，而弯矩转让给加固后的拱上建筑。
此次施工共挖除原拱上填料石灰土236m3改换轻质高强的陶粒混凝土做为拱上填料，原拱上填料自重396.48T，而新换筑的拱上填料自重仅为188.8T，单此项就减轻桥体自重207.68T。上部拱上填料自重的减轻，亦即拱圈所受非均匀分布荷载的减小，拱圈任意点的剪力Q，弯矩M及轴向力均减小。而其内力又与水平推力成线性关系，而水平推力Hg又与分布载qd成线性关系，所以由恒载引起的拱圈内力也与拱上分布荷载成线性关系，所以由恒载引起的拱圈内力将减小近1倍。由此可见这种处理方式，大大地提高了桥梁的承载能力，现娄子水桥经近两年的使用，效果良好。
挖除原拱上填料时，必须注意使拱上受力平衡，防止倒坍。拆除过程中一律由跨中对称地向拱脚方向进行，两侧的拆除进度基本一致，进度误差最好不要超过两米；浇筑拱上填料及面层混凝土时，也必须对称进行，由拱脚向跨中进行，误差亦最好不超过两米；严禁在桥上堆放施工材料。
预应力混凝土T梁桥维修加固
北京市房山区黄良公路永定河大桥是典型的预应力T梁桥加固范例，该桥位于北京市房山区良乡葫芦垡村东南，是跨越永定河的一座重要桥梁，也是房山区煤炭及建材运输的主要通道。该桥原设计荷载标准为汽—20、挂—100，结构形式为45×15m预应力混凝土简支T梁，桥面净宽7m，两侧各设0.5m安全带，桥面横坡1%，T梁翼板宽1.59m，梁高0.75m。每孔上部结构横向共五片T梁，桥面辅装为6cmC30混凝土磨耗层，后加铺过3cm厚沥青混凝土面层；下部结构为C20钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩径0.80m，柱顶用C25钢筋混凝土盖梁连接，全桥长677.25m。该桥由北京市市政设计院1968年11月设计，同年开工，于1970年10月竣工通车。
第一次加固：由于该桥位置的重要性，交通流量较大（1991年交通量为5479辆/昼夜），造成此桥桥面破损严重，伸缩缝开焊，严重影响行车安全，为此，北京市公路局于1992年将此桥列入大修工程，由市局设计院根据京周路大石河1#-4#桥1989—1991年桥面改造经验制定施工方案。
方案为：将原桥面混凝土磨耗层及沥青面层清除、凿毛，做双层10×10cm的Φ6、Φ8钢筋网；全桥45孔，每5孔一联，重新焊接制作每联之间的伸缩缝，其余每孔间的桥墩缝处垫橡胶垫。当时投资133万元，于1992年10月完工。但两个月后即在桥梁检查中发现桥面横向出现了裂纹，有少数裂纹横贯桥面，并且有继续发展的趋势。
由此可见，仅靠加强桥面辅装，并不能彻底解决桥梁横向整体性问题，在活载作用下，其桥面梁间出现开裂现象，久而久之造成桥梁上部单片梁受力，不能共同承受荷载，使单片桥梁体跨中挠度加大，严重影响了桥梁的使用性能，由于1/4跨处截面主拉应力加大，致使梁体出现裂缝，而随跨中挠度的加大，造成桥梁稳定性较差，出现抖动、行车不稳等现象。
综上所述，要想彻底解决该桥横向联系较弱的问题，预防单片主梁受力，增强其整体稳定性，必须加强各片主梁之间的横向联系，采用后加槽钢横梁的处理方式就较好的解决了这一问题。
第二次加固：针对此桥存在的问题，北京市房山公路分局增加了检查频率，但是由于交通流量不断增加（1999年达到9863辆/昼夜），汽车吨位逐年上升，其中60吨左右的载重车占相当大的比重，加速了此桥的损坏。1999年从外观检查发现，地袱、栏杆局部损坏；桥面铺装局部严重损坏，已影响行车安全；从桥下观察，T梁腹板和翼板均有不同程度的损坏，其中第10、11、15、23、28、29、34、36孔破坏比较严重，有几处翼板连同桥面铺装都有不同程度的损坏，出现露天现象；第28、29、30三孔曾经发生油罐车滚落桥下爆炸事故，导致T梁腹板、翼板和两根墩柱均有很大程度的破坏。另外此桥桥面板漏水严重，为彻底解决此桥的维修加固问题，北京市公路局决定再次对此桥进行加固。
此次由北京市公路局设计研究院负责设计，设计方案为：维持原桥荷载标准汽—20、挂—100；梁腹板和翼板多处破损，但裂缝均为0.1—0.2mm，不对梁的强度造成影响，所以不更换T梁，仅对其进行加固处理；桥梁的下部结构墩柱和盖梁未受到大的破坏，能满足承载力的要求。
仅处理第29孔的墩柱，原因是该墩柱受到火灾的破坏，表面混凝土脱落并漏筋，处理方法凿除旧混凝土，重新喷射C25混凝土；在桥面上车辆通过时，能感到桥梁明显的抖动，因此有必要加强桥梁的整体性。主要措施一是增设横梁，二是更新桥面铺装，三是更换伸缩缝。关于增设横梁，最初有两个方案，一是每孔增设2道混凝土横梁，二是采用槽钢横梁形式。
经过方案对此，最终采用了槽钢横梁形式。原因是该横梁形式结构新颖、轻便、施工方便，每孔可设多道，更能增加桥面的整体刚度和稳定性。由于此种形式是第一次实施设计，主要借鉴了国外的类似结构，吸取了以往的经验，并通过强度计算确定槽钢的型号和用量。
桥面铺装设计采用一次性重新铺设，并加防水层。由于该路重交通占很大比例，所以铺装设计采用双层钢筋网，并增大钢筋用量，钢筋间距10×10cm，并采用Φ10钢筋以增大铺装整体强度。为延长使用寿命和增加耐磨性，全桥范围加铺4cm厚SMA-16改性沥青混凝土。
全桥均改用美佳伸缩缝，伸缩缝两端用钢纤维混凝土连接手段，以增加混凝土强度和耐久性，并延长伸缩缝寿命。5孔一联，确保桥梁的整体性和行车舒适性，并适应温度变化条件下桥梁的变形需要。
横梁的施工工艺：此次施工共计45跨采用加横梁的方法加固，其中第一跨采用钢筋混凝土横梁（作为科研对比用），第二至第四十五跨采用槽钢横梁加固技术。桥每跨有五片T梁，使用专用设备在T梁两侧翼板上各钻一孔，直径为38mm，将工字形加固钢梁架设于T梁底部，用10根高强螺栓将其固定。
然后在钻孔中、T梁底部灌注微膨胀混凝土，将高强螺栓下部工字钢梁下的外露部分用电焊划去螺丝扣后弯曲，以防止工字钢梁丢失、损坏或工字钢梁滑动，以避免影响工字钢梁的传力作用。
每跨架设五根钢梁，从而将每跨五片T梁联成一体，当桥梁受载时，五片T梁能共同受力，从而减少了单片T梁受力的大小，加强了单片T梁的承受能力，保护了T梁。
全桥有44跨架设了槽钢横梁，共计220根。当钢梁架设完成后，桥梁受力明显改善，当重车上桥时，经现场观察，T梁变形减小，未出现单片或少量T梁单独变形情况，从而保护了桥面辅装混凝土，沥青混凝土路面无大损害，使桥面整体性得到了很大改善，较重的车辆通行时感觉振幅明显减小，说明加固取得了成效。一年来，经过多次观察，未见异常，效果很好。
