中小桥维修加固施工组织设计

羊叉桥临时加固施工组织设计1工程概况因重庆市綦江区安稳镇电厂建设需要，需通过綦江区打安路将大件变电器运送至电厂，本次需通过的挂车与货物总重434.5T（其中货物重350吨、车板重52.5吨，牵引车重32吨）。在该运输路段有多座涵洞、挡墙以及一座羊叉桥（该桥因其他大件的运输要求，羊叉桥于2016年1月已经进行过加固整治，整治方案为增大截面法，即在原拱肋下方设置25cm厚钢筋混凝土板将6片拱肋连成整体，增大截面尺寸和截面刚度。经过加固整治后，羊叉桥满足了临时通行311吨（其中货物重230吨、车板重49吨，牵引车重32吨）大件货物的运输要求）。根据《重庆市綦江区打安路羊叉桥（K6+651）外观检查报告》（（报告编号：HRQL-201606-004）陕西海嵘工程试验检测有限公司，2016年6月）羊叉桥存在的主要病害有：（1）主拱圈：1#拱圈①1#主拱圈拱腹（加固层），拱顶位置，距其上游侧面3.0m，有1处横向裂缝，L1=1.5m，w=0.28mm。②1#主拱圈拱腹加固层，运用冲击钻对其加固层进行钻孔，实测该位置混凝土板厚25cm~30cm。③经内窥镜探视得，未发现拱波出现裂缝。2#拱圈①2#拱圈拱腹加固层，在拱顶位置有1条纵向裂缝，2条斜向裂缝，累计长度4.0m，最大缝宽0.26mm。②2#主拱圈拱腹加固层，运用冲击钻对其加固层进行钻孔，实测该位置混凝土板厚23cm~30cm。③内窥镜探视后，拱波未发现异常病害（2）拱上结构1~4#腹拱圈，两侧均从外边缘向内1.25m范围采用0.2m厚混凝土套箍方式进行加固处理，其中间部分未进行处理，检查发现，1#腹拱圈拱顶位置有1条横向裂缝并伴有渗水、泛碱，长4.0m,宽0.4mm，同时还存在2条纵向裂缝，累计长度1.4m，最大缝宽5.2mm，拱顶位置有1处混凝土表层剥落，面积0.856㎡。2~4#腹拱圈拱顶处均有1条横向贯通裂缝并伴有渗水、泛碱，最大缝宽0.28mm。加固部分施工模板均未拆除。（3）桥面系：本桥桥面铺装层采用水泥混凝土。经检测，桥面铺装层5处碎裂，累计面积7.335㎡。2条横向裂缝，累计长度4.5m，最大缝宽3.0mm。下游侧护栏顶部，有多处混凝土破损、掉角，累计面积2.0㎡；排水系统：泄水孔，上游6个，下游3个，其中下游2个堵塞；本桥未设置照明设施，有桥名牌、危桥警示标志牌。2设计任务及依据2.1设计任务因重庆市綦江区安稳镇电厂建设需要，需通过綦江区打安路将大件变电器运送至电厂，本次需通过的挂车与货物总重434.5T（其中货物重350吨、车板重52.5吨，牵引车重32吨），受保定市中捷大型电力设备运输有限公司委托，我公司承担了大件运输过程中羊叉桥临时加固工程设计工作。2.2设计依据及相关规范《公路桥涵通用设计规范》（JTGD60—2015）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）《公路桥梁养护技术规范》（JTGH11-2004）《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）《碳素结构钢》（GB/T700-2006）《公路钢结构桥梁设计规范》（JTGD64-2015）《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61-2005）《重庆市綦江区打安路羊叉桥（K6+651）外观检查报告》（（报告编号：HRQL-201606-004）陕西海嵘工程试验检测有限公司，2016年6月）《重庆市綦江区羊叉桥加固工程施工图设计》(重庆交达工程勘察设计有限公司，2016.01)桥梁竣工图、大件运输方案及大件运输车相关参数；（保定市中捷大型电力设备运输有限公司，2012.9）《安稳电厂大件车过桥过程结构安全性检算与评估报告》（重庆交达工程勘察设计有限公司，2016.04）与业主方签订的合同等。2.3技术标准满足434.5吨大件货物运输车临时通行。其中：牵引车重32吨（含配重），纵桥向共4个轴；挂车部分重402.5吨（货物和车板总重），纵桥向共15个轴，轴距1.55m，车板长23.3m；横桥向共8个轮（货物及车辆尺寸由保定市中捷大型电力设备运输有限公司提供，如实际运输时车辆和货物数据与设计数据不符时，应及时通知设计单位进行重新计算，否则不得通行）。大件运输车挂车部分纵桥向、横桥向布置如下图所示：大件运输车挂车部分纵桥向布置示意图（单位：cm）大件运输车挂车部分横桥向布置示意图（单位：cm）3主要处治措施、结构验算及施工工艺3.1主要处治措施3.1.1裂缝主要处治措施鉴于原桥于2016年1月已采取了增大截面的方式对主拱圈及腹拱圈结构进行加固以提高其承载能力，但未对裂缝进行处治，故本次仅采取封闭或压力灌胶的方式对裂缝进行处治，即：①对于宽度0.15mm的混凝土裂缝，采用裂缝封闭胶直接封闭的方法。②对于宽度≥0.15mm的混凝土裂缝首先采用压力灌注裂缝修补胶，然后采用聚合物砂浆对裂缝进行封闭。采用压力灌注裂缝灌浆胶封闭裂缝的方法，将裂缝灌浆胶压注入结构物内部裂缝中去，以达到封闭裂缝，恢复并提高结构强度、耐久性和抗渗性的目的，使混凝土构件恢复整体性。3.1.2桥面铺装病害处治措施由于工期原因，本次临时加固暂不对破损的桥面铺装进行处理，大件车通行后再对桥面铺装进行修补。但在通行大件运输车前，需在桥面铺设一层砂垫层调平桥面,砂垫层厚度不小于1cm。砂垫层整平后在其上方铺设一块1cm厚钢板，钢板不脱空，以便更均匀的分配大件运输车辆荷载。3.1.3临时加固措施为了满足临时通行434.5吨大件货物的沿线结构安全，充分利用原桥承载力，综合考虑各种因素，本次临时辅助支撑设计采用附加拱圈支撑形式，即在原桥主拱圈下设置工字钢联合支架拱圈，附加拱圈的上表面与原桥拱圈下表面充分接触，通过千斤顶对附加拱圈的拱脚施加轴向顶推力，强迫附加拱圈对原桥主拱圈施加压力，这部分压力可以抵消原桥拱圈的一部分恒载，相当于对原桥拱圈进行减载，达到提高桥梁承载能力的目的。此外，在主动施加一定的顶推力后，将附加拱圈与原拱圈进行固定连接，使附加拱圈与原拱圈形成一个整体联合受力，可以大大提高原拱圈的承载能力。经计算表明，附加拱圈若能提供100吨的反向压力，即可以满足本次大件车过桥的安全问题。附加拱圈主要由12榀钢拱架组成，每榀钢拱架型号为20a的热轧型工字钢利用连接钢板焊接而成（纵向长度根据现场实测值确定，分段拼装而成）每两榀钢拱架通过横向钢板焊接形成一榀，全桥共形成六榀钢拱架；各榀钢拱架在拱脚处放置在牛腿上，通过千斤顶将拱架与主拱圈紧密接触在一起，附加拱圈如下图所示。每榀钢拱架的重量为1.55吨。在安装每榀工字钢之前先在每榀工字钢下方对应位置植入钢板，等每榀工字钢临时用螺杆固定后，通过千斤顶的调整位置并施加轴向压力，待每榀工字钢顶压就位后将工字钢与钢板进行焊接，从而保证附加拱圈与原拱圈共同受力。3.2结构验算3.2.1主要材料及计算参数（1）混凝土a、C40混凝土（适用于加固混凝土拱圈和桥墩、台前墙及腹拱圈加固）弹性模量：3.45×104MPa；剪切模量：1.3×104MPa；轴心抗压强度设计值：fcd=18.4MPa；轴心抗拉强度设计值：ftd=1.65MPa；泊桑比：0.2；线膨胀系数:1.0×10-5/°C；容重：γ=26.0kN/m3。b、C20混凝土（适用于原拱肋和微弯板）弹性模量：2.55×104MPa；剪切模量：1.02×104MPa；轴心抗压强度设计值：fcd=9.2MPa；轴心抗拉强度设计值：ftd=1.06MPa；泊桑比：0.2；线膨胀系数:1.0×10-5/°C；容重：γ=26.0kN/m3。c、砌体（适用于桥墩、桥台）砌体弹性模量：7.3×103MPa；砌体线膨胀系数：0.8×10-5/°C；d、桥面铺装钢筋混凝土容重：γ=25.0kN/m3；沥青混凝土容重：γ=22.0kN/m3。（2）普通钢筋a、HPB300钢筋：弹性模量Es＝2.1×105MPa；抗拉设计强度fsd＝270MPa；标准强度fsk＝300MPa。b、HRB400钢筋：弹性模量Es＝2.0×105MPa；抗拉设计强度fsd＝360MPa；标准强度fsk＝400MPa。（3）工字钢工字钢采用型号为20a的热轧工字钢，材质采用Q235B，其参数如下，截面面积35.5cm2，对x轴的截面惯性矩为IX=2370cm4，弯曲截面系数Wx=237cm3，IX:SX=17.2cm，每米理论重量为27.9kg。3.2.2桥梁结构分析概况本次检算采用Midas/civil软件，结合实测几何尺寸，建立加固前及加固后结构计算模型。拱上填料的弹性模量比主拱材料的弹性模量小一个数量级，以弱化其刚度贡献，桥面铺装和栏杆、护栏用均布线荷载模拟，车道荷载作用于桥面梁单元，通过拱上建筑传递至主拱圈。桥墩墩底和桥台基础均模拟为固结。鉴于本桥2016年1月加固采用的增大截面法加固，计算分析时需要考虑施工过程因素，新增混凝土结构不能承担原结构的自重，只能与原结构一起共同承担新增恒载及活载产生的内力，因此本次计算分析时采用了施工阶段联合截面。本次检算不仅对桥梁结构进行计算，还对公路-Ⅱ级荷载与大件运输车荷载进行对比分析以求结果更为准确可靠。由于运输货物总重的增加，需要在梁底增加附加拱圈，以减少车辆荷载的作用。3.2.3桥梁检算荷载取值检算所考虑荷载包括恒载及大件运输车荷载以及对比的公路-Ⅱ级荷载：（1）恒荷载：包括桥面铺装、防撞护栏及梁体自重，荷载系数1.2（2）公路-Ⅱ级荷载，荷载系数1.4（3）大件运输车荷载（以下简称“特载”），荷载系数1.2考虑的荷载有结构自重和前述的15轴（8轮）液压全挂平板车车组及电厂运送的机电设备重量。由于挂车板长23.25m，桥梁净跨径17.87m,当拖挂车完全处于一跨时为荷载最不利布置。板车自重及机电设备重量平均分配到各轴重为269kN，轴距为1.55m，运输车纵桥向布置情况及相关参数见下图：3.3.1裂缝处治工艺（1）对于宽度0.15mm的混凝土裂缝，采用裂缝封闭胶直接封闭的方法。流程：裂缝检查及标注→裂缝表面处理→涂抹裂缝封闭胶封闭工艺及要点：①裂缝的检查及标注参照桥梁检测报告中对裂缝分布的描述，在现场核实裂缝数量、长度及宽度，并在梁上进行标注，据此进行封闭胶的具体计算和安排。②裂缝表面处理沿裂缝将两边3～5cm范围内的灰尘、浮浆用砂轮机打磨干净，然后用丙酮擦洗，清除裂缝周围的灰尘、油污。③裂缝表面涂抹封闭胶封闭在裂缝两边3～5cm范围内，用毛刷、灰刀涂抹封闭胶，对混凝土裂缝进行封闭。（2）对于宽度≥0.15mm的混凝土裂缝首先采用压力灌注裂缝修补胶，然后采用聚合物砂浆对裂缝进行封闭。采用压力灌注裂缝灌浆胶封闭裂缝的方法，将裂缝灌浆胶压注入结构物内部裂缝中去，以达到封闭裂缝，恢复并提高结构强度、耐久性和抗渗性的目的，使混凝土构件恢复整体性。工艺及要点：①裂缝的检查及标注在现场核实裂缝数量、长度及宽度，并在梁上进行标注，据此进行灌浆胶、埋嘴等方面的具体计算和安排。②钻孔在裂缝表面进行骑缝钻孔，以此作为灌浆导向孔。沿裂缝走向钻孔，孔深5厘米，孔径8毫米，凡裂缝交叉处均应在交叉地方钻孔。③清孔及裂缝表面处理所有孔眼必须用高压空气吹洗干净，使其不让灰渣阻塞，之后沿裂缝从上而下将两边3～5cm范围内的灰尘、浮浆清理干净，将构件表面整平，凿除突出部分，然后擦洗干净，清除裂缝周围的油污，清洗时注意不要将裂缝堵塞。④粘贴灌浆嘴及裂缝表面封闭a)粘贴灌浆嘴底盘的铁锈必须除净，并擦洗干净，然后将环氧胶泥均匀涂抹在底盘周围，厚度1～2毫米，与孔眼对准粘贴在裂缝上。灌注嘴的间距根据缝长及裂缝的宽窄以30厘米为宜，一般宽缝可稀，窄缝宜密，每一道裂缝至少必须各有一个进浆孔和排气孔。注意，灌浆孔眼必须对中保证导流通畅，灌浆嘴应粘贴牢靠，四周抹成鱼脊形进行封闭。b)裂缝表面封闭为使混凝土裂隙完全充满液浆，并保持压力，同时又保证液浆不大量外渗，沿裂缝两边3～5cm范围内用灰刀压抹环氧胶泥进行封闭。⑤压气实验封闭带硬化后，需进行压气试验，以检查封闭带是否严封，压缩气体通过灌浆嘴，气压控制在0.2～0.4M