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橋梁加固施工方法與維修養護
2011-07-01 來源:中華工程資質考試網
1.前言

    歲月無情,任何一座“新”建的橋梁經過若干年大自然的侵蝕和使用,終將成為一座“舊”橋。所以,舊橋加固、維修將是一個永久性的技術課題,舊橋的加固利用和改造已成為橋梁工程建設中既古老、又年輕的新興學科;實踐證明,舊橋的檢測、評定與加固是一項既綜合繁雜,又在不斷發展創新、逐步完善的技術,也是當今國際土木工程界所共同關心的熱點問題之一,亦是橋梁建設可持續發展的一個重要組成部分和關鍵技術之一。

    舊橋加固改造技術,是針對正在使用的舊橋進行檢測、評定、維修、加固或改造等技術對策的總稱。國內、外的實踐均以證明,舊橋加固、維修工作是一項技術上可行、經濟上合理的舉措。但由于舊橋加固的過程中常存在原始資料和圖紙不全的客觀原因;舊橋加固設計的規程尚在制訂;舊橋加固設計的制約因素和技術風險遠比設計新橋要大得多。

    而且,舊橋加固是一項繁雜的系統工作,工程量往往不大,但涉及面廣,并關聯到諸多隱蔽工程。病害原因、加固方法常常因橋、因地而異,且施工工藝多具特殊性和復雜性。上述情況是舊橋加固工作的特點,應引起我們的重視。同時,實踐也證明,盡管每座舊橋的情況各不相同,具有各自不同的特點,但舊橋加固也同其他任何事情一樣,有其內在的規律,也存在一定的共性。我們應遵循橋梁加固、改造工作的共性,結合具體橋梁的特殊性,在實踐中發揮積極性和創造性,不斷進取和探索,采用最先進的技術和材料,在舊橋檢測、評定、加固和改造工作中,創造和總結出多種多樣的、切實可行的技術和方法。

    1.1 舊橋加固工作內容

    具體到對某座舊橋進行加固和改造時,既要針對其病害特點和環境條件等,采取相應的、有效的、甚至極具創造性的具體措施,同時也應遵循一定的工作步驟來開展工作。這些工作包括:

    ①日常養護發現橋梁存在較為嚴重的結構病害后決定進行加固的決策過程;

    ②對橋梁進行結構檢查、檢測和評定;

    ③加固設計和編制工程預算;

    ④加固施工和加固后的鑒定、驗收;

    ⑤加固前、后必要時進行動、靜載試驗等等。

    1.2 關鍵的三項工作

    上述舊橋加固的工作內容當中,以下三項是關鍵性:

    ①檢測、評定是舊橋加固工作的“前提”:目的——了解“病情”,診斷“病狀”;要求——檢查要全面、仔細,病害分析要準確。

    ②加固設計是舊橋加固工作的“基礎”:加固方法要合理,針對性強;靈活應用各種技術方法,創造性地開出“處方”。

    ③施工質量是舊橋加固工作的“關鍵”:加固施工好比外科醫生給病人“做手術”,“成敗”在此一舉。

    下面通過實例,分別論述這三項工作的重要性、創造性和靈活性。

    2.舊橋加固的前提工作:檢測與評定

    2.1 制定檢測方案

    在開展此項工作前,首先應明確我們工作的目的是什么:①病害橋梁的維修利用;或②加固改造,提高荷載等級;或③需要通過超重車輛等。然后,根據不同的目的來制訂檢測方案,并指導開展具體的檢測工作。橋梁檢測工作的好壞、資料是否齊全,關鍵在于事前準備工作是否充分、周全。一座橋梁的構件極為繁雜,為避免現場檢測時有所缺漏,致使檢測資料不完整,需要再次至現場補測,不僅影響工作進度,還要增加經費。因此,檢測前制定詳細、周全的檢測方案,是確保檢測任務順利、完整地完成的先決條件。

    2.2 檢測工作的實施

    要全面、徹底、仔細地檢測一座橋梁,橋下必要的支架是不可缺少的。實踐證明,檢測支架是確保檢測質量和檢測人員安全的重要環節。在安全、可靠、適用的前提下,可因地制宜地解決好檢測支架問題。經濟條件許可的專業檢測機構亦可購買橋檢車。(實例:略)

    2.3 檢測結果分析與評定

    首先要保證檢測和收集的資料要齊全、完整。實踐證明,資料的可靠性和實用性取決于其完整性。

    在病害產生原因分析時,一定要全面客觀和依據充分,病害的根源一定要找準和分析透徹,從而確保加固補強措施能夠起到實效。

    2.4 實例:江西省香屯大橋的檢測、評定

    2.4.1 大橋簡況

    香屯大橋位于江西省樂平至德興公路上,跨越樂安河,1969年8月竣工。大橋設計荷載原為汽-13,拖-60,橋面凈寬為凈-7+2×0.25m。上部構造為5孔45m的雙曲拱,矢跨比1/6,橫向6肋5波。下部構造為重力式實體橋墩和加后座的U型橋臺。

    在距大橋20余公里處,建有德興銅礦,該橋成為銅礦與樂平、銅礦與香屯火車站聯系的必經之路,隨著銅礦生產規模擴大,因而通過大橋的交通量日益俱增。據交通量觀測站記錄,交通量以每年6%的速度增長,最高峰達2247輛/晝夜。過橋車輛總數中約有60%屬銅礦車輛,其車輛噸位一般較大,有的車長達20m,裝有36個輪胎,觀察人員估計總重超過500KN,這種車輛平均每周要通過大橋4~6次。此外,外省大型集裝箱重車過橋也有所增加。

    2.4.2 香屯大橋主要病害狀況

    (1)主拱圈裂縫

    ①主拱圈中波縱向裂縫。大橋橫向中心線正處于第3拱波波頂處,檢查時發現各孔中波波頂均存在縱向裂縫,一般自拱頂開始至L/4附近為止,但第5孔則兩拱腳之間均存在,裂縫寬度最大約0.4mm。

    ②肋、波連接處裂縫。在各孔拱波與拱肋連接處,大部分都有裂縫,有的較細、有的十分明顯,且有不少水泥砂漿脫落現象,也有不少處發生滲水現象。

    ③拱肋裂縫。各孔拱肋均有橫向裂縫,而以第1、5孔比較集中,有不少是U形裂縫,這些裂縫多發生在拱頂前后10m左右范圍內。

    ④橫系梁裂縫。為數較少但除第1、4孔外均有發現。

    (2)主拱圈軸線下沉

    主拱軸線普遍下沉,拱頂下沉5~18cm,L/4點下沉0~9cm,而且上下游下沉量也不一致。采集者退散

    (3)橋面變形及破碎

    橋面縱向變形已呈波浪形,但峰頂和波底之差雖不很大,但橋面破碎現象甚為嚴重,且集中在3、4、5孔及兩臺后座上,在墩頂附近伸縮縫處裂縫尤為發育,以致破碎露筋。

    2.4.3 病害原因分析

    據調查,1979年返修橋面時,拱圈上的裂縫并不太多,此后重車日益增加,病害則日見嚴重,特別是銅礦運礦石重車經大橋去樂平及爾后經大橋去火車站,回來則為空車,在大橋上經常會車。隨著交通量的增加,橋上會車日見頻繁,重車則多在一側車道上行駛,這種經常性的重車偏載要對橋中心線附近拱圈進行反復交替的剪切,而該處拱圈僅有26cm厚,且基本上沒有鋼筋、系梁斷面僅15 cm×18cm,抗剪作用甚微,因而每孔主拱圈均產生中波上的縱向裂縫。由于空腹段強大的立墻可起橫向聯系的作用,而實腹段拱圈距活載又近,故此裂縫多般在兩L/4點之間。分道行駛的拱橋,一般要求采取構造措施來抵抗錯動剪力,大橋構造在這方面也是不足的。1979年新修的混凝土橋面雖已加鋼筋,但是分離式的構造,無助于抵抗縱移錯剪。幸運的是本橋立墻剛度較大,縱移作用對本橋影響尚屬次要。

    在肋與板、波整體性受到一定程度的破壞,而橫向整體性又不能很好地保證,重車荷載有增無減地繼續作用,勢必使拱圈在許多局部呈現單個或少數構件受力集中現象,全斷面受力甚不均勻。如在實腹段中波縱向縫已經形成時,單側重車荷載則主要地由拱圈的兩個半單元承受,而在肋波裂縫嚴重處,拱肋便可能因應力超限而開裂。

    3.舊橋加固的基礎工作:加固設計

    3.1 加固方案的選擇

    舊橋的病害原因找準后,接下來就是選擇加固方案。國內外已有很多成熟的舊橋加固技術和方法,但要針對某座橋的具體特點加以綜合考慮,要重點考慮技術可行性、經濟合理性和體現創造性。一種病害可能采用多種方法都能處理,如何選擇最優的方案,這是切實加固好一座橋梁的最基礎工作。(實例:略)

    3.2 加固設計

    加固方案確定后,就是進行細部設計。要強調是:由于舊橋加固施工的特殊性,設計人員應將施工方法、工藝流程或施工順序闡述清楚,并應有相應的技術要求和衡量工程質量的指標。

    3.3 實例:江西的走馬崗大橋加固提載與拓寬設計

    3.3.1 大橋概況

    走馬崗大橋位于江西省修(水)武(寧)公路,該橋建成于1974年。大橋全長105.7m,上部構造為2跨40米等截面懸鏈線空腹式鋼筋混凝土雙曲拱及兩岸各一孔凈跨徑4m的半圓弧拱副孔(設置在橋臺上)。橋面凈空為:凈-7+2×0.35m欄桿。根據同年代類似橋梁推定該橋原設計荷載為:汽車-13級,拖車-60;通航等級為不通航。雙曲主拱的凈矢跨比為fo/Lo=1/10,拱軸系數(推算)為m=2.514。

    上部構造:每跨主拱圈由4肋3波及2個懸半波組成,拱肋中距為185cm,主拱圈全寬7.4m。主拱圈截面由基肋、拱波和現澆混凝土填平層組成;其中拱肋寬為25cm、高50cm。每跨拱肋各按等弧長設置11道橫隔板聯接。每跨各設8個腹拱,腹拱跨徑為250cm左右。

    下部構造:橋臺為明挖擴大基礎配U型橋臺與重力式橋墩

    3.3.2 加固拓寬設計要點

    通過將空腹式雙曲拱橋的拱式腹拱及拱頂實腹段等拱上建筑拆除后,重建為連續板式拱式建筑,從而達到減輕恒載、調整主拱圈受力狀態,以及改善橋梁荷載橫向分布性能,提高橋梁承載能力之目的;并在利用和加高腹拱墩的同時,將墩帽外懸加長,達到拓寬橋面的目的。

    4.舊橋加固的關鍵工作:加固施工

    4.1 選擇施工單位

    由于舊橋加固施工不同于建新橋,工程量雖不大,但工序較繁雜,且涉及到諸多隱蔽工程,施工工藝多具特殊性和復雜性,因此應選擇具有相應資質與類似加固工程施工經驗的施工單位進行施工,并聘請具有舊橋加固工程施工經驗的工程師進行監理。這是保證加固目的實現的關鍵,再好的加固方案和設計,也要通過施工單位去做出來。加固施工質量不好,不僅起不到加固補強作用,甚至對原有橋梁結構造成新的傷害。

    4.2 設計單位要切實配合

    設計人員通過對橋梁的檢測和分析,已了解了橋梁的病害和產生原因,也針對性地提出處治措施,并繪制了加固設計圖,但最終還是要通過施工單位的加固施工去體現其意圖和達到加固補強的目的。因此,設計人員要切實配合好施工全過程,尤其是施工前的技術交底,要詳細講解,以求施工人員明白設計意圖和工程質量要求。同時,要充分調動施工人員的積極性和創造性,從而補充和完善加固設計的不足。最終目的就是共同搞好加固施工,使加固設計意圖和目的完全達到。(實例:略)

    5.結束語

    舊橋加固技術是一門新興的學科,也是始終在完善、補充、發展的學科,隨著橋型的改變、新材料、新工藝、新技術的出現,新的、更好的加固方法就會出現和得到應用。所以,舊橋加固是一項非常有意義、有前途、有成效的工作,也可以充分體現技術人員個性化:一個病害可以用很多種方法處理,誰優?個人選擇。好壞,實踐檢驗。

    最后提點建議:多收集資料,積累經驗,多加交流,共同進步與發展。但要做到:認真工作,慎重決策,精心設計,創造性開展工作。
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