危桥加固改造技术应用探讨
2010-05-21
引言
近年来，由于我国经济的快速发展，改革开放前期修建的各等级道路超过规划通车数量的现象时常发生，加之超载等不利情况，很多桥梁出现了不同程度的病害。但由于受资金的限制，部分桥梁无法实施整体重建，因此，危桥加固与改造成为桥梁施工领域的一个重要课题。
郴州地区XO91线山背桥地处平原微丘区，跨小型河道，桥梁始建于20世纪8O年代初，全长68m，桥宽8m。其构造为2×15m跨石拱桥+1×20 m跨T梁，扩大基础，重力式U形桥台。自该桥建成投入使用后，由于屡次遭罕见洪水冲刷，过水断面现已严重不足，两岸桥台及导流附属设施破坏严重，一侧河岸桥台已被彻底掏空，锥坡完全损毁，危及行车安全，已无法正常使用。针对桥梁病害的实际情况，有关部门组织专家对该桥进行了考察和鉴定，将该桥定为5类危桥。在分析桥梁病害产生原因的基础上，提出了改造加固措施。
1 主要病害
(1)一侧河岸桥台被洪水淘空，基础沉降严重，开裂明显。
(2)桥面及栏杆损毁严重。
(3)部分桥墩存在冲刷现象。
(4)两岸八字墙均被冲毁。
(5)拱桥桥面开裂严重，拱圈及侧墙存在裂缝。
鉴于该桥已无法满足使用要求，必须进行加固改造，同时为了加大桥梁的泄水能力，从根本上解决洪水季节冲刷的威胁，主管部门在征求各方面意见后，决定对该桥梁实施加固改造。
2 加固改造的主要思路
原T梁跨破坏严重，已无法加以利用，拟新建2跨16m预应力空心板梁替代。拱桥部分则根据具体情况，对提出的两种方法进行分析。
2．1 利用旧桥台在旧拱桥上加板(梁)
有些石拱桥由于填土太高或拱圈已经开裂，拱圈已不具备使用价值，而桥台仍完好可以使用。因此，可采取拆除拱上侧墙和填土，然后加高桥台，在裸拱上搭架浇注钢筋混凝土板(梁)，
从而形成拱上有板(梁)。湖南省有部分地区的小型拱桥采用这种方法进行改造，效果良好。
2．2 锚喷加固石拱桥
针对部分石拱桥的桥台、拱圈开裂，而又受地形、排水或工期的限制不能搭架的情况，除对裂缝进行压浆处理外，可采用与隧道的初期支护类似的办法，在桥台的前墙、拱圈上设置锚杆、挂钢筋网，然后再喷射混凝土。
(1)对裂缝进行压浆加固。对于较宽的裂缝，采用水泥砂浆封闭裂缝表面，每隔50cm预留压浆孔，待封闭砂浆形成强度后，用水灰比0.8、压力0.4～0.6MPa的水泥浆在压孔处进行压浆，压浆管贯穿整个构造物，压浆时邻孔为排气孔，当排气孔冒浆后即对压浆孔和排气孔进行堵塞，然后再对下一个孔压浆；对于较细的裂缝，可不予封闭，但仍应压浆。
(2)衬砌混凝土，以提高承载力和整体性。在前墙与拱圈间加衬一层钢筋混凝土，衬砌采用C30混凝土现浇，厚50cm，纵横向分别布设Φ16 mm、Φ12mm钢筋。根据拱的受力情况，将拱顶至下缘的部分受拉筋分批弯起，过渡为拱脚上缘的受拉筋；桥台前墙的钢筋双面布置，并在拱圈和前墙上设置Φ12mm、间距60cm的锚杆，以保证新旧构造物之间的可靠连接。
根据现场情况和所具备的条件，拟结合上述两种方法共同确定改造方案，即对拱桥采取基础包片石加固、胶结材料封闭拱圈、侧墙及墩台裂缝、拱圈空洞压浆、新增水泥稳定碎石调平层，并据此进行加固改造的设计。
3 加固改造设计要点
(1)拆除原T梁、郴州岸桥台及拱梁结合墩处的台帽，拆除桥面系及防撞栏杆，保留两跨拱桥。
(2)对冲刷严重的墩台基础进行外包片石混凝土加固，并向围堰内抛填片石后压浆，两岸桥台两侧均设置导流堤。
(3)新建2跨16m空心板、空心板桥台和拱梁结合墩处的台帽，空心板及新建桥台、桥墩的纵向中轴线必须与拱桥纵向中轴线吻合。
(4)新制作C4O桥面板和C30防撞栏杆，拱桥部分加铺15cm厚、掺4%水泥稳定碎石调平层，并增设桥台搭板。
(5)采用环氧树脂封闭拱圈、拱上侧墙及墩台裂缝，并对两跨拱桥拱圈采用M7.5砂浆抹面，对空洞处压浆。
(6)新建基础基底标高应根据实际地质情况进行调整，要求桩基深入基岩≮3m，并保证桩尖以下4m完整基岩。
4 施工要点
(1)应严格遵循JTJ 041-2000《公路桥涵施工技术规范》的有关规定，并采取全封闭施工。
(2)桥梁相关部分结构的拆除、加固施工、浇注顺序及浇注过程，应严格按照施工流程图进行。
(3)在拆除拱腔填料等的过程中，严禁大体积拆除物砸落在主拱圈上，避免危及结构安全。拆除拱上填料时须同时对称进行，且应分层、分条均匀地循环拆除，每次拆除填料厚度须≯15cm，且不得触动桥梁护拱。
(4)桥梁拆除前，应对主拱圈和桥台进行全面的质量检查；在拆除及换填施工过程中，应严格按施工流程图进行，并用仪器观测主拱圈挠度和桥台变位情况，若出现异常情况，即主拱圈挠度＞1cm、桥台沉降＞1cm或出现裂缝，应停止施工报设计单位研究，下达改进方案后方可施工。
(5)基础加固施工应遵循的步骤：①先修筑围堰外围，要求基底嵌岩1.2 m以上；②抽干围堰与桥梁基础之间的余水，清除淤泥和杂物；③在围堰与桥梁基础之间预埋压浆管并抛填片石，
但不得扰动原有桥基础；④封闭围堰顶部，待片石混凝土达到设计强度的80%后，在确保整体密实的前提下，向围堰内部压注水泥砂浆。
(6)用环氧树脂修补裂缝应遵循的步骤：①先用钢丝刷清除圬工或混凝土表面的松散层及灰渣，再用压缩空气吹干净缝内污物；②在裂缝处设置注浆嘴，间距30cm；③用封口胶封闭裂缝表层；④在确认封缝密封不漏的情况下，用专用注胶器具将调配好的环氧树脂通过注浆嘴注入裂缝，灌浆压力为0.2MPa，当最后的出浆口出胶且出胶速率稳定后，再保持10min左右即可停止；⑤
拆除管路，防止流胶，一般常温下固化2～3d即可；⑥检验注浆效果，对不密实的缝补注。
(7)植筋时应遵循的原则：①根据工程设计要求，在圬工或混凝土的相应位置钻孔。②先用硬毛刷清理孔壁，再用干净无油的压缩空气吹出灰尘，如此反复进行，次数≮3次，必要时可用干净的棉布沾少量丙酮或乙醇擦拭孔壁。③对钢筋表面进行除锈处理，并用丙酮或乙醇擦拭。④打开植筋胶封盖，确认出胶口无堵塞，换上并拧紧混胶嘴，装入施胶枪，扣动胶枪把手，将最初流出的胶液舍弃，直至流出的胶液色泽均匀一致方可施胶。⑤向植筋孔内注胶时，每个孔的注胶量应略大于其理论需胶量。需注意必须从孔底向孔口填胶，以保证孔内空气排出、注胶饱满。当孔深>20cm时，应在混胶嘴上加配适当长度的延长管。⑥将钢筋旋转插入至孔底，保证孔口溢胶，防止漏胶。胶层饱满与否，将直接影响锚固力的大小。⑦凝胶后，于室温下固化1～3d，在固化过程中应避免扰动。⑧外观检查注胶是否饱满、固化是否正常。对重要部位的植筋需进行现场抗拔试验，以检验其锚固力是否满足设计要求。检验合格后，方可进行下一道工序的施工，如浇注新的混凝土。⑨整支胶在挤胶过程中应尽量保持均匀、连续，避免中间停顿。冬季施工时，为便于挤胶，可先将胶管置于4O℃左右的温水或暖房中预热。
(8)严格控制桥面标高，新浇的行车道板标高不能超过现有桥墩面标高；纵坡应保持与原桥面纵坡一致。
(9)行车道板浇注完成后，待达到一定强度时应及时切缝，切缝位置必须准确。
(10)预应力管道定位要准确、固定牢靠，保证浇注混凝土时不变形。预应力的张拉在空心板混凝土强度达到设计强度的90%时方可进行，采取应力和应变(延伸量)双控，张拉工序为：0→初张拉10%σk张拉100%σk，持荷5min→锚固。
(11)预制空心板边板时，应注意预埋防撞栏杆连接钢筋及泄水管等构件；预制桥头空心板时，应注意预埋伸缩缝锚固钢筋。
(12)浇注铰缝混凝土前，必须清除结合面上的浮浆，并用水冲洗干净后，方可浇注缝内混凝土及水泥砂浆，铰缝混凝土及砂浆必须振捣密实。
(13)为使桥面铺装与预制空心板结合为整体，空心板顶面必须拉毛，并用水冲洗干净后，方可浇注桥面混凝土。
(14)桥面铺装层中的钢筋保护层厚度必须符合要求，并加强保护层的养护。
(15)施工防撞栏杆前，必须先浇注空心板间铰缝，边板与次边板中的预埋铰缝锚固钢筋须焊接。
5 结语
工程实践证明，危(旧)桥的改造加固必须以现场调研情况为基础，参照桥梁的设计和施工资料，结合自然环境，准确分析桥梁病害的成因，制定科学合理的改造加固措施，力求做到技术上可行、经济上合理。该桥实施加固改造后，桥梁病害得到了有效控制，资金投入控制及实际运营效果达到了预期目的，说明所采取的技术措施是可行的。
