桥梁加固维修常用技术及关键技术应用

2010年1月桥梁加固维修常用技术及关键技术应用一、前言二、桥梁维修加固原则三、桥梁维修加固常用技术及研讨四、桥梁加固关键技术五、对美国明尼苏达州桥梁垮塌及修复的思考六、结语目录一前言公路建设的建设、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。据统计:美国桥梁总数约为60万座，其中1/3被美国联邦公路局(FHWA)划为不符合要求，其中16万座被列为具有结构缺陷（仅限于通行轻型车辆、关闭或需要立即修复才能开放），每年需替换5千至8千座。根据FHWA估计，需要900亿美元才能纠正这些问题。根据美国土木工程学会2001年的调查表，美国国家级桥梁就整体而言已处于C级，其中29%以上老化；估计在20年内，每年要投入106亿美元进行治理,2007年8月1日18时10分，明尼苏达州密西西比河上的钢桁拱桥垮塌震惊了世界。1．国内外桥梁状况视频剪辑：美国桥梁状况英国约有92,000座桥梁是在1922年以前建造的，当时尚未引入荷载标准，导致约有1/4的桥梁不能满足现代规范要求，如果采用重建、维修使之满足要求，则需费用达8亿3千万英镑。在澳大利亚，仅就加固或更换新南威尔士州的有损害缺陷的桥梁而言，估计迫切需要至少约3.5亿美元。德国通过对一个州内的钢筋混凝土桥梁和预应力混凝土桥梁的全面调查，发现桥龄在50～60年的钢筋混凝土桥梁中，27％的桥梁上部结构至少有一处严重损伤；64%至少有一处重要损伤，30__35年桥龄的钢筋混凝土桥梁中，13%至少有一处严重损伤，53%至少有一处重要损伤。1．国内外桥梁状况我国桥梁状况：改革开放三十年来，我国公路交通建设取得了举世瞩目的成就，到2007年底，公路总里程已达358万公里，高速公路达5.4万公里，公路桥梁57万座，我国已进入世界桥梁技术强国行列。在大规模的建设中存在桥梁的安全和耐久性隐患，危（病）桥状况不容忽视：大桥及以上的约占7%，中小桥约占93%；东部约占20%,中部约占63%，西部约占18%。部分桥梁因为原设计标准、施工质量、超重车辆以及自然方面等等原因，已经不满足日益增长的交通运输的需求，存在结构承载力达到设计临界力，甚至已经成为严重影响交通安全的危桥。5.12大地震后，地震灾区的桥梁大部分被破坏。旧桥改造、养护维修的任务会越来越重。1．国内外桥梁状况我国部分城市的桥梁现状上表显示：桥梁的平均破损率达到48.7%项海帆院士在一次学术报告中说：过于匆忙的设计周期和施工工期常常带来遗憾，留下隐患。层层分包加上材料市场存在假冒伪劣问题，损害质量和耐久性施工监理和质监制度不完善，难以严格把关美籍华人工程师已发出警告：中国桥梁的维修高潮会提前到来。这是极大的浪费。2、桥梁加固维修现状目前，我国桥梁加固维修技术尚不成熟、不系统，理论分析仍停留在新建桥梁的理论水平上。2004年交通部颁布的《公路桥涵养护规范》JTGH112004和2008年8月，交通运输部发布的《公路桥梁加固设计规范》（JTG/TJ22-2008）和《公路桥梁加固施工技术规范》（JTG/TJ23-2008），将我国桥梁的损伤评定分类和加固维修的设计和维修加固技术纳入了规范化管理。二桥梁维修加固原则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。三、桥梁加固维修的常用技术及研讨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。1.1施加体外预应力加固施工准备放样确定转向块、锚固块的位置钻孔、种植钢筋绑扎钢筋、预应力孔道、立模浇筑混凝土穿索、张拉、锚固清理场地，竣工验收梁体病害修复施工工艺流程：1、钻孔、种植钢筋1.1施加体外预应力加固2、绑扎钢筋、布置预应力孔道1.1施加体外预应力加固1.1：施加体外预应力加固3、立模、浇注混凝土4、安装索套管、穿索、张拉、锚固1.1施加体外预应力加固1.1：施加体外预应力加固•张拉锚固：对称、均衡张拉至设计吨位，施加张拉力次序可为：0→15%→0→50%→80%→100%。张拉施工方法按现行《公路桥涵施工技术规范》的相关规定执行。1.1施加体外预应力加固1.1:施加体外预应力加固4、管道压浆、完成体外索施工1.1施加体外预应力加固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增加隔板加固施工工艺流程：搭设支架确定新增横隔板位置砼表面清理、凿毛探测梁体钢筋位置钻孔、植筋连接横隔板主筋、绑扎箍筋吊模灌注砼及养生预应力张拉、锚固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:加大桥面铺装钢筋施工工艺流程：交通管制破碎拆除原桥面铺装层结合面处理种植钢筋铺设桥面铺装钢筋网浇筑桥面砼浇筑桥面其它铺装层和恢复桥面系其它构造物完成加固施工恢复交通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施工工艺流程：混凝土表面清理钻孔种植锚筋绑扎补强层钢筋网浇筑（喷射）补强层混凝土施工准备竣工验收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1.7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。加固施工实例：基础加固1.7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。1.8增补基桩加固施工工艺框图：施工准备基坑开挖安装钻机或打桩机钻孔、浇筑灌注桩混凝土或打入桩浇筑加固承台上部结构及桥面系恢复，完成加固施工1.8增补基桩加固1.9扩大基础加固扩大基础加固的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。施工工艺框图：基础开挖原基础混凝土病害及表面处理钻孔、种植锚筋施工准备绑扎新增基础混凝土钢筋立模浇筑新增基础混凝土基坑回填、完成加固施工2、被动加固法方法：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2.1修补裂缝表面封闭法：施工工艺：1、清理混凝土表面（打磨）2、涂刷裂缝修补胶自动低压灌注法（壁可法）：施工工艺框图：清理混凝土表面灌注材料称量拌和安装注入座封闭裂缝外口严格按程序注胶注浆质量检验表面清理、涂装2.1修补裂缝1、裂缝表面处理：2.1修补裂缝2、安装注浆座：3、封闭裂缝外口：2.1修补裂缝4、注胶5、灌胶质量检验2.1修补裂缝6、表面清理、涂装2.1修补裂缝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1、裂缝封闭、基底处理：砼表面打磨2.2粘帖纤维复合材料2、涂底胶：2.2粘帖纤维复合材料3、修整找平层4、粘贴纤维材料2.2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