B桥梁病害

桥梁加固关键技术及养护管理思考教授级高工李文琪桥梁病害分析及桥梁养护管理李文琪教授级高工2013年5月17日目录一、我国公路桥梁建设特点二、近期的桥梁事故及桥梁结构优化三、桥梁维修加固原则及关键加固技术四、我国桥梁养护管理现状五、桥梁预防性养护结束语公路建设的建设、管理、养护，是组成国家公路网的重要内容。近年来，我国公路建设取得了空前发展。在高速发展的同时，出现了管理和养护技术滞后的问题，桥梁维修养护目前是公路养护的一个技术瓶颈。系统的研究、开发桥梁的养护维修技术，成为我国公路管理部门的重要课题。一我国公路桥梁建设特点1我国公路桥梁建设情况截止2012年底，我国公路总里程已达到423万公里，高速公路达到9.62万公里，桥梁超过70万座。到2020年左右，我国高速公路里程将达10.5万公里，公路桥梁将达到80万座。公路总资产将超过25万亿人民币。中美日三国桥梁数量比较表国别统计年份（年）桥梁数量（万座）总桥长（万延米）建设速度中国2011年底68.943048年均约22000座美国2011年底62年均约8000座日本2005年4月15.521079年均约2000-2500座2我国公路桥梁特点1、按桥梁材料和结构分类2、按桥型分布分类3、按桥梁使用时间分类4、按桥梁规模大小分类5、按桥梁建设年代分类0%40%60%建设年代90年代以前90年代以后6、按建设标准分类二近期发生的桥梁事故及桥梁结构优化据不完全统计，近5年以来，我国的37座桥梁垮塌中，24座是在役桥梁发生事故，共致182人丧生，177人受伤。平均每年有7.4座“夺命桥”，即平均不到两个月就会有一起事故发生。2011年7月份,9天内就发生了4座桥梁垮塌1座桥梁倾斜的事故。1近期发生的桥梁事故及分析1）钢管拱桥吊杆断裂造成桥梁局部垮塌：1宜宾小南门大桥2新疆库尔勒孔雀河大桥2011年4月12日吊杆断裂。3武夷山公馆大桥2011年7月14日吊杆断裂3武夷山公馆大桥12001年l1月7日宜宾小南门大桥吊杆钢绞线应力腐蚀导致桥梁断裂。2新疆库尔勒孔雀河大桥上世纪九十年代和本世纪初建成的一批钢管拱桥，由于各种原因，其吊杆和系杆达不到设计要求的30年使用期（可更换构件）要求，吊杆或系杆的锚头内钢丝锈蚀严重，由于应力腐蚀的原因，加上检查和更换的技术难度大，不少此类桥梁使用几年到十多年，吊杆会在无任何先兆的情况下突然断裂，造成桥梁局部垮塌。2）洪水造成的桥梁垮塌事故河南栾川伊河大桥11.7.28崇州怀远定江桥10.8.12广汉石亭江铁路桥11.8.19湖南平江昌河石拱桥12.5.123）地质灾害或年久失修加上超载造成的桥梁垮塌重庆彭水红泥石拱桥10.5.26连霍高速新安上跨桥11.9.21重庆鱼洞滨江桥12.5.21山东博兴齐家桥12.4.15江西广昌大桥8X25米砼拱桥，1981年5月建成，县城交通要道，2012年8月8日8:11突然垮塌6孔，2死2伤。典型的基础严重冲刷而失于对养护维修造成桥梁突然垮塌。拱桥被洪水冲垮视频4）超载车辆引发的桥梁垮塌事故北京怀柔白河大桥11.7.19广东阳山青莲公路桥10.8.8辽宁盘锦田庄台大桥04.6.10吉林朝长锦江大桥10.6.8哈尔滨阳明滩大桥引桥事故发生后，国务院高度重视，交通运输部下发紧急通知，要求切实加强桥梁安全管理工作。哈尔滨阳明滩大桥12.8.24杭州钱江三桥引桥11.7.15哈尔滨垮桥事故后，北京开始预防性加固桥梁。5）施工中因施工质量或建成后因工程质量造成桥梁垮塌湖南凤凰沱江大桥2007.8.13浙江黄岩金寺堂大桥2008.8.21辽宁抚顺跨河桥2012.8.20重庆綦江彩虹桥1999.1.46）桥梁被船只（或漂浮物）撞击垮塌浙江奉化方桥2007.5.23广东九江大桥2007.6.15江苏盐城秦南桥2010.7.15航行船只撞垮桥梁，洪水期上游特大漂浮物撞垮桥梁。7）桥梁进行加固或拆除施工时处置不当垮塌湖南株洲红旗高架桥2009.5.17合肥金寨路高架桥2011.7.24海南万宁礼记大桥2011.8.8湖南株洲红旗高架桥拆除时垮塌9死16伤。合肥金寨路高架整体顶升加固时桥梁失稳垮塌。海南万宁礼记大桥危桥改建时现浇支架失稳垮塌。1、基础冲刷2、拱圈开裂3、砌石风化脱落8）.石拱桥的病害特点（四川有8千多座石拱桥）9）设计缺陷造成的桥梁垮塌（或断裂)事故宁波招宝山大桥1998.9.24美国明尼苏达大桥2007.8.11招宝山大桥主梁断裂：设计不合理、主梁结构单薄尤其是底板厚度过薄、有效截面较小从而导致受压区实际应力偏大。2美国明尼苏达州大桥：钢桁梁关键节点板尺寸偏薄。3.部分桥梁事故是由于设计不合理、规范盲区（甚至无规范）、关键构件材质不过关等因素形成结构缺陷。管养单位技术力量不足，无法认识和检测存在的桥梁结构缺陷，平时疏于保养维修，加上超载等原因，造成营运桥梁突然垮塌等重大事故。三桥梁维修加固原则及关键加固技术1桥梁维修加固原则1根据不同桥梁的结构和材料特点，在成本可控的前提下，采用不同的加固维修方法，更换或修复损坏的桥梁构件，使桥梁整体恢复到原有的设计承载能力，保证桥梁的设计使用寿命。2对一些通过加固维修不能恢复原有设计承载能力但又必须继续使用的的桥梁，要确定好加固后桥梁的实际荷载等级和桥梁的剩余使用寿命。3一般情况，不宜通过桥梁加固提高原有桥梁的设计承载能力；也不宜通过桥梁加固改变桥梁的结构受力体系。4用于桥梁加固维修的材料必须通过国家权威检测机构检测认证、各项性能指标满足现行规范和设计要求。3桥梁加固技术及研讨1、主动加固技术2、被动加固技术1、主动加固技术方法：施加预应力、改变结构体系等，改变结构原有的受力行为。特点：改善桥梁恒载的内力分配，增加全桥刚度，闭合裂缝，并调整变形。涉及因素：结构原有内力的状况、原桥的施工工艺、混凝土的强度、预应力的损失、支座型式、加固的工艺等效果：方法得当可有效的改变结构损伤状况；方法失误可加重损伤，甚至垮塌。举例：施加体外预应力、1.1施加体外预应力加固施加体外预应力加固可以较好的提高梁体的抗弯截面模量，减小梁体绕度，减小受拉区梁体裂缝，从而调整原结构的受力状况，提高刚度及抗裂性。由于自重增加小，减小了对墩台及基础受力状况的影响，可节省对墩台及基础的加固量。适用性：可在不限制通行的条件下进行加固施工，既可作为桥梁通过重车的临时加固手段，也可作为永久提高承载能力的措施。使用注意的问题：新旧混凝土结合问题、预应力索或预应力筋及钢构件的防腐问题。施加体外预应力加固（特大桥）中小桥体外预应力施工1.1施加体外预应力加固(中小桥)增加横隔板加固可以明显改善T型梁桥铰缝开裂病害，防止病害扩展。优点：不影响桥下净空，对原桥景观基本无改变。适用性：适用于因横向联系较差而降低承载力的桥梁上部结构。增加横隔板加固只是将相对集中的荷载进行了分散，对桥梁整体承载能力并无实质性的提高。加固效果并不明显，需配合其他方法同时进行。对混凝土梁桥，增加混凝土横隔板的效果好于增加钢横隔板。1.2增加隔板加固1、钻孔、植筋、绑扎主筋和箍筋1.2增加隔板加固2、吊模、灌注混凝土及养生采用加大桥面铺装钢筋直径的方法对绞缝开裂病害进行修补，是基于原桥面铺装钢筋网设计直径过小或网格过大，或由于施工质量原因造成的绞缝开裂病害而进行的维修方法。该方法全部在桥面施工，要求中断至少半幅交通。适用性：适用于允许中断交通的小跨径T梁或板梁桥。优缺点：施工时桥上交通受阻,不允许中断交通的桥梁不宜采用;将增加结构自重产生的弯矩,结构的承载力提高不显著。1.3:加大桥面铺装钢筋3、种植钢筋，绑扎桥面钢筋网4、浇筑桥面砼、桥面铺装1.3加大桥面铺装钢筋1.4加强铰缝连接的一种方法增大截面与配筋加固法一般采用在梁底面或侧面加大尺寸，增配主筋，以提高主梁截面的有效高度，从而达到提高桥梁承载能力的目的。适用性：适用于桥下净空较高，允许增加主梁高度的情况。优缺点：加固效果比较明显，但施工工艺复杂，技术要求较高。对桥下净空限制的桥梁不适用。问题：新旧混凝土结合问题、新增钢筋与原钢筋的结合问题、混凝土浇筑工艺问题。1.5增大截面与配筋加固喷射砼加厚后拱圈1.5增大截面与配筋加固异形预应力筋上喷干砂浆加厚空心板1.6预应力碳纤维片（布）加固技术：充分发挥碳纤维的高强特性，减少甚至消除应力滞后现象。碳纤维片机械式锚固预应力张垃技术碳纤维布挤压式预应力涨拉技术机械锚固式预应力挤压式预应力张拉1.7墩台拓宽加固墩台拓宽加固桥台病害桥台基础拓宽加固1.8地下连续桩加锚杆加固地下连续桩加锚杆加固是采用在地基中钻孔、植入锚杆、灌注加固水泥浆的一种基础加固工法。基础加固施工实例：1.8地下连续桩加锚杆加固增补基桩加固是在原基础旁钻孔灌注桩或打入桩，再扩大原承台或将系梁扩大为承台的一种基础加固方法。适用性：适用于原桥基础承载力不足的情况。优缺点：加固效果明显，但施工中易对原桥基础产生扰动，方法失当可能造成原桥垮塌。问题：施工时最原桥基础的扰动问题。1.9增补基桩加固1.10桥梁基础加固抛填卵石钢筋笼（卵石铅丝笼）防止基础冲刷。扩大基础加固：主要内容为增大基础的受力面积来提高桥梁基础的承载力，防止桥梁基础进一步沉降。扩大基础加固对原基础基本不影响，施工安全性较高。2、被动加固技术方法：主要是裂缝修补、粘贴碳纤维、钢板、补强普通钢筋等特点：不改变结构的恒载内力状况，方法灵活，可根据裂缝的位置方向随意设置作用：控制裂缝进一步开展，提高桥梁承载能力缺点：对已存在的裂缝需压浆封闭后再进行被动加固适用范围：多适用于在恒载作用下承载力满足要求但活载作用下承载力不满足的情况，在中小桥和大桥进行加固时常采用2.1修补裂缝•施工前应详细检查裂缝的走向、分布、缝宽及深度，数量，并进行分类、标记和记录，根据裂缝宽度，采取以下修补方法：表面封闭法自动低压灌注法裂缝检查、标记2.2粘帖纤维复合材料粘贴纤维复合材料的加固方法是利用符合现行国家标准的《定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法》（GB/T3354）中各项力学性能指标的纤维片材（或布），通过同样满足要求的粘结材料与混凝土结构结合紧密，剪力顺利传递而共同工作，提高混凝土结构的受力性能。施工工艺框图：搭设支架砼基底处理涂底胶涂找平胶找平粘贴面粘贴纤维复合材料自检粘贴质量自然养护、表面涂装检查验收3、修整找平层4、粘贴纤维材料粘帖纤维复合材料2.3粘贴钢板加固粘贴钢板加固作用与粘贴碳纤维布的加固作用类似。粘贴钢板施工需待混凝土缺陷修补、裂缝修补完成后进行。施工工艺框图：钢板制作及砼表面处理砼粘贴面种植锚筋钢板配套打孔并试配配置钢板胶并涂覆与钢板、砼粘贴面贴合钢板至砼粘贴面加压锚固粘贴质量检验表面涂装1、钢板制作及砼表面处理2.3粘贴钢板加固2、钻孔、植入锚栓3、涂胶、贴合钢板，加压锚固4、钢板防腐处理2.3粘贴钢板加固3关于部分常用加固方法的探讨增大截面、体外预应力等加固方法都存在应力滞后的问题：加固前原结构已经承受荷载（即第一次受力），特别是当承载能力不足时，加固前原结构的截面应力、应变水平一般都很高。新加固部分加固后并不立即承受荷载，而是在新荷载（即二次加载）下才开始受力。从而导致整个加固结构在其后的第二次受力过程中新加部分的应力、应变始终滞后于原结构的累计应力和应变。所以，混凝土结构加固计算分析不能够完全按普通结构概念进行。加固结构的承载力与新旧两部分的应力差值或应变差值直接相关，与原结构的极限变形值有关，与两部分材料的应力—应变关系有关。改变结构体系的主动加固方法要慎用如：T型刚构改成连续钢构连续梁改成矮塔斜拉桥等桥梁加固维修关键技术，是指更换原桥部分病害结构件，如斜拉桥拉索、拱桥吊杆系杆、悬索桥吊杆、桥梁支座、伸缩缝等，或对桥梁因外因引起的偏移进行复位施工。桥梁加固维修的目的一般是使桥梁恢复到原设计承载能力，通常需和前述的主动和被动加固法配合进行。4桥梁加固维修关键技术1拱桥吊杆和系杆更换在拱桥中，一对吊杆或系杆对应一根横梁，缺任何一根杆件均不能保持桥梁原有状态，因此，吊杆（系杆）更换必须考虑原吊杆（系杆）受力的转移，即用另外的替代杆件