G309線甘溝驛拱橋加固改造設(shè)計(jì)與施工

李江(會(huì)寧公路管理段,甘肅白銀 730700)

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G309線甘溝驛拱橋加固改造設(shè)計(jì)與施工

李江
(會(huì)寧公路管理段,甘肅白銀 730700)

【摘 要】本文甘溝驛橋?yàn)槔?介紹了雙曲拱橋加固改造的設(shè)計(jì)方案與施工工藝,重點(diǎn)說(shuō)明了混凝土在雙曲拱橋加固改造中的應(yīng)用。錨噴混凝土工藝是借助高壓噴射機(jī)械,利用壓縮空氣將新的混凝土混合料,通過(guò)管道高速噴射到已錨固好鋼筋網(wǎng)的受噴面上,待其凝結(jié)硬化形成一種鋼筋混凝土。本文闡述了對(duì)一些方案的看法,以及對(duì)甘溝驛橋的成功提載,希望能為同類橋梁加固改造的設(shè)計(jì)與施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】雙曲拱橋 加固改造 設(shè)計(jì)與施工

1 橋梁使用情況

G309線K2023+850處甘溝驛橋于1974年建成，該橋?yàn)?-35米等截面懸鏈線空腹式雙曲拱橋，橋長(zhǎng)98.08米，橋?qū)?.0＋2×0.5米，設(shè)計(jì)荷載：汽-13級(jí)、拖-60級(jí)。隨著近年來(lái)交通量的迅速增長(zhǎng)，交通運(yùn)輸日益繁重，特別是大噸位車輛運(yùn)輸急劇增加，使大橋經(jīng)常承受遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)荷載的負(fù)荷作用，致使全橋大部分腹拱出現(xiàn)裂縫。加之原橋面鋪裝未設(shè)置防水層，主拱圈底部大面積滲水，混凝土碳化嚴(yán)重，墩身、墩臺(tái)帽都有不同程度的裂縫，橋面鋪裝破損嚴(yán)重，已無(wú)法保障橋梁的正常使用，對(duì)該橋進(jìn)行加固改造。

2 外觀測(cè)量及病害

橋梁各部位幾何尺寸基本與原設(shè)計(jì)一致，無(wú)偏差。橋面原設(shè)計(jì)縱坡為平坡，橫坡為3%，通過(guò)實(shí)際測(cè)量，縱橫坡均未發(fā)生大的變形，基本符臺(tái)原設(shè)計(jì)。全橋所有拱肋除兩側(cè)拱腳外，其余部分與橫系粱連接處均有滲水、泛白，混凝土腐蝕、碳化現(xiàn)象。拱波上雖無(wú)明顯裂縫，但也有大面積的滲水、泛白現(xiàn)象。全橋腹拱均有橫向裂縫，縫寬0.15～0.25mm，分布于距拱腳50-60cm位置處。腹拱墩基本完好，與腹拱圈連接處出現(xiàn)滲水，混凝士腐蝕，橫墻表面

混凝土剝落，骨料外露，局部出現(xiàn)多道縫寬為0.1～0.15mm的不規(guī)則裂縫。墩、臺(tái)帽上每片肋下均出現(xiàn)縫寬為0.1-0.2mm的豎直通縫，墩身出現(xiàn)大量寬度小于0.15mm的網(wǎng)狀裂縫。拱上側(cè)墻尚無(wú)明顯裂縫等病害產(chǎn)生。橋面鋪裝砼大部分脫皮，粗骨料外露，且有多道橫向裂縫。

3 加固方案

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，對(duì)原拱橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了受力計(jì)算和驗(yàn)算分析，通過(guò)多個(gè)加固方案的分析和比選，決定采用噴射混凝土加大拱肋斷面的方法，對(duì)原橋病害進(jìn)行全面的、徹底的處理和加固，以提高橋梁承受荷載的等級(jí)。

3.1 拱圈加固

拱波采用植筋外掛鋼筋網(wǎng)并噴射6cm厚C30混凝土加固的方法，以提高各孔的整體剛度和承載力。拱肋是全橋的主要受力構(gòu)件，必須重點(diǎn)加固。其加固方法為：沿原拱肋周邊按照15cm的間距均勻布置植筋，并根據(jù)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果確定增加新的￠25主筋及￠12箍筋。鋼筋長(zhǎng)度貫穿拱肋全長(zhǎng)并伸入拱腳，其后采用噴射10cm厚C30混凝土。原橫系梁尺寸偏小，橫向連接差，屬薄弱構(gòu)件，針對(duì)這一病害誘因，將即有橫系梁增大為40cm×30cm，以提高橫向剛度和整體穩(wěn)定性，從而提高主拱圈的承載力。

3.2 墩臺(tái)帽及墩身、腹拱加固

墩、臺(tái)帽及墩身均采用植筋外掛鋼筋網(wǎng)并噴射10cm厚的30混凝土加固。腹拱部分裂縫采用環(huán)氧樹脂膠泥修補(bǔ)。

3.3 橫面系加固

原橋面填料為煤渣填充缺乏穩(wěn)定和堅(jiān)實(shí)、整體性差，挖除既有煤渣填料層，代之澆筑C10貧水泥混凝土，降低拱上填料層的高程，并在其上布設(shè)間距10cm×10cm直徑為25mm的鋼筋網(wǎng)，澆筑20cm厚的C30混凝土橋面鋪裝，以增加拱上建筑的剛度。通過(guò)計(jì)算，加固后各項(xiàng)指標(biāo)均滿足汽車-20級(jí)，掛車-100級(jí)的荷載標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 加強(qiáng)防水措施

拆除原紅膠泥防水層，在拱上填料涂抹防水砂漿防水層，增加橋面泄水管，以完善防排水。

4 加固的主要施工工藝

4.1 施工流程

挖除橋面系→挖除拱上填料→拱肋、拱波、橫系梁、橋墩、拱座植筋→掛設(shè)鋼筋網(wǎng)→噴射混凝土→腹拱裂縫處治→澆筑拱上填料鋪設(shè)橋面鋪裝→安裝橋面系。

4.2 拱上建筑的拆除

在卸載過(guò)程中，為避免主拱圈產(chǎn)生過(guò)大和不均勻變形，嚴(yán)格按操作流程進(jìn)行對(duì)稱、均勻卸載，施工前制定了詳細(xì)的卸載程序，并遵照?qǐng)?zhí)行，對(duì)主拱圈的拱頂和1/4、3/4斷面隨時(shí)進(jìn)行變形觀測(cè)，以確保卸載對(duì)主拱圈的安全。

4.3 主拱圈及拱座加固

拱勒、橫系梁、墩身以及墩臺(tái)帽均采用噴射10cm厚C30鋼筋混凝土，拱波采用噴射6cm厚C30鋼筋混凝土。噴射的施工順序分為：受噴面清理和鑿毛、鉆孔和植筋、掛設(shè)鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土等工序。

4.3.1 受噴面清理與鑿毛

對(duì)存在病害的舊混凝土仔細(xì)鑿除崩裂、起殼和腐蝕的混凝土，須鑿至堅(jiān)硬密實(shí)部分為止。為了保證新澆混凝土與老混凝土之間在周邊粘界良好，鑿除部分的周遍應(yīng)有碗口形明顯輪廓，周邊輪廓深度至少3cm。如鋼筋僅外側(cè)銹蝕，則只須鑿除混凝土保護(hù)層即可；若鋼筋內(nèi)側(cè)銹蝕則沿鋼筋周圍的混凝土均要鑿除，內(nèi)側(cè)鑿除深度至少2cm以上，直至露出好的混凝土為止。銹蝕的鋼筋必須嚴(yán)格除銹，直至露出金屬光澤。對(duì)無(wú)病害的老混凝土表面清理、鑿毛或打成溝槽。清理時(shí)，用鋼刷子、鐵錘和鐵鑿等工具，清除受噴面雜物。鑿毛，則用人工鑿毛法鑿成深度約為10mm的小坑，同時(shí)應(yīng)除去浮渣、塵土，并對(duì)混凝土表面應(yīng)沖洗干凈。

4.3.2 鉆孔和植筋

(1)放樣。現(xiàn)場(chǎng)施工的技術(shù)人員負(fù)責(zé)測(cè)定植筋孔位，用彩色粉筆標(biāo)出＋、↑、←等三種不同記號(hào)。十字交點(diǎn)為設(shè)計(jì)孔位的中心，箭頭表示允許沿縱、橫并靠近十字交點(diǎn)移孔的記號(hào)。鉆孔遇到鋼筋或不可破壞的構(gòu)件時(shí)，必須作孔位移動(dòng)。

(2)鉆孔。使用鉆孔機(jī)具為雙重絕緣電錘。鉆孔前，工地依據(jù)要植入的鋼筋設(shè)計(jì)直徑，選定相應(yīng)直徑的鉆頭(電錘附件)，而后在放樣的孔位上進(jìn)行鉆孔。設(shè)計(jì)鉆孔深度在拱肋、臺(tái)帽處不小于15CM；拱波、腹拱圈、立墻處不小于10CM。鉆孔時(shí)，操作人員雙手握緊電錘，先將鉆頭頂住工作面并輕微加壓，然后再按開關(guān)施工施鉆。在鉆孔過(guò)程中，鉆到堅(jiān)石或鋼筋時(shí)應(yīng)立即退出，移動(dòng)孔位重鉆。

(3)清孔。清孔的工作內(nèi)容，就是用高壓風(fēng)沖除孔眼內(nèi)的混凝土碎渣和浮土。清孔工具為高壓吹風(fēng)機(jī)，噴頭出接細(xì)長(zhǎng)的金屬管做噴桿。清孔時(shí)將噴桿嘴對(duì)準(zhǔn)孔眼，打開噴桿開關(guān)吹風(fēng)，再用水沖洗每個(gè)孔眼，直到孔內(nèi)流出清水。

(4)填充孔眼。清空后，用膠泥材料填充孔內(nèi)，并在初凝前插入鋼筋。填充材料采用大連智鑫建筑結(jié)構(gòu)膠。每孔壓膠，直到孔內(nèi)充滿為止。

(5)植筋。植筋起著掛設(shè)鋼筋網(wǎng)、加強(qiáng)新舊混凝土結(jié)合面抗剪能力，使達(dá)到新舊結(jié)構(gòu)共同變形的重要作用。鋼筋按設(shè)計(jì)直徑種植，植筋膠使用大連智鑫建筑結(jié)構(gòu)雙組分膠。所用填充工具為金屬管，內(nèi)插一根鋼筋作成的唧筒。填充時(shí)，先將金屬管內(nèi)灌滿膠體，插入孔底堆擠鋼筋芯棒將膠體壓入孔內(nèi)。用膠體填滿眼后，隨及插入鋼筋，并用小鐵錘敲打植筋尾端直至孔底。此時(shí)，膠體從孔口外溢，再用泥鏝刀刮凈。孔內(nèi)有空隙時(shí)，立即拔出鋼筋重新壓膠和插入鋼筋。植入鋼筋后不允許在固化前擾動(dòng)鋼筋。鋼筋插定兩天后抗拔力，在掛設(shè)鋼筋網(wǎng)前須作檢驗(yàn)，使Φ12、Φ16、Φ25鋼筋的抗拔力分別達(dá)到24KN、62KN、154KN，若抗拔力達(dá)不到者，必須重新植筋，直至合格為止。

4.3.3 掛設(shè)鋼筋網(wǎng)

掛設(shè)鋼筋網(wǎng)的工作實(shí)際是從掛設(shè)縱、橫單根鋼筋開始，使逐根就位而成單層鋼筋網(wǎng)。當(dāng)植筋插定兩天后開始掛設(shè)，單根鋼筋在鋼筋蓬加工成型，再運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)。掛設(shè)時(shí)，單根鋼筋緊靠植筋就位，先綁扎后焊于植筋上，焊接時(shí)由于溫度的升高，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)膠的性能造成一定的影響，因此不要持續(xù)在一處點(diǎn)焊，以免引起結(jié)構(gòu)膠失效甚至燃燒。拱肋主筋分為5段掛設(shè)，分別沿其側(cè)面及底面插入U(xiǎn)型箍筋中進(jìn)行接長(zhǎng)焊接，主筋軸線一致，鋼筋接頭為雙面搭接焊，焊接有困難的地方也可為單面搭接焊，但焊縫長(zhǎng)度必須符合要求。在主筋位置調(diào)整合適后，將主筋與箍筋逐一綁扎牢固。橫系梁主筋必須與拱肋植筋焊接，以保證橋梁整體剛度。掛設(shè)鋼筋網(wǎng)的順序?yàn)檠刂┕さ那斑M(jìn)方向，從一端拱腳開始逐段完成至另一端。

4.3.4 噴射混凝土施工

噴射混凝土用原材料的規(guī)格、級(jí)配和質(zhì)量必須符合《噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。按施工配合比將混合料拌合均勻，避免骨料與水泥分離，然后根據(jù)噴射機(jī)的特點(diǎn)進(jìn)行試機(jī)。噴射時(shí)調(diào)節(jié)好風(fēng)壓與水壓，為保證高壓水能盆腔混合室(噴頭處)內(nèi)壁小孔高速射出，把干拌和料迅速拌合均勻，水壓應(yīng)稍高于風(fēng)壓。噴射作業(yè)施工準(zhǔn)備工作作好后，嚴(yán)格掌握規(guī)定的速凝劑參量，并填加均勻。噴射時(shí)，噴射手應(yīng)嚴(yán)格控制水灰比，使噴層表面皮un公正光滑，無(wú)干斑或滑移流淌現(xiàn)象。噴射作業(yè)應(yīng)分層進(jìn)行。一次噴射厚度不得太厚或太薄，墩身分為4～6cm，拱部為3～4cm，拱圈分3層噴射。分層噴射的時(shí)間膈應(yīng)根據(jù)水泥品種、速凝劑種類及參量、施工溫度和水灰比大小等因素，并視噴射的混凝土終凝情況而定。分層噴射間隔時(shí)間不得太短，應(yīng)在初噴混凝土終結(jié)之后再進(jìn)行復(fù)噴；當(dāng)時(shí)間間隔較長(zhǎng)時(shí)，復(fù)噴前應(yīng)將初噴混凝土表面清洗干凈，且復(fù)噴時(shí)應(yīng)將凹陷處進(jìn)一步找平。噴射混凝土的表面修整可在初凝后用刮刀將設(shè)計(jì)線以外多余的材料刮掉，使混凝土表面線形順暢、美觀。

為保證噴射混凝土質(zhì)量，減少回彈量和降低粉塵，作業(yè)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：(1)噴射應(yīng)分段長(zhǎng)度不超過(guò)9米(兩根橫系梁之間的部分)，按先墻后拱、自下而上地順序進(jìn)行噴射，以減少混凝土因重力作用而引起滑動(dòng)或脫落。(2)掌握好噴嘴與受噴面的距離和角度：噴嘴至受噴面的距離為：0.8～1.0m，過(guò)大或過(guò)小都會(huì)增加回彈量；噴嘴與受噴面垂直，并稍微偏向剛噴射的部位(傾角不大于10度)，則回彈量最小、噴射效果和質(zhì)量最佳。噴射時(shí)可以采用螺旋形移動(dòng)前進(jìn)也可以采用S形往返移動(dòng)前進(jìn)。從整體上，每跨應(yīng)對(duì)稱噴射，以保證橋梁受力均勻。

為使水泥充分水灰比，使噴射混凝土的強(qiáng)度迅速增長(zhǎng)，減少或防止混凝土的收縮開裂，確保噴射混凝土質(zhì)量，應(yīng)在其終凝1h～2h后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)不小于14天。

4.4 腹拱裂縫處理

首先用鋼絲刷等工具，清除裂縫表面的灰塵、松散層等雜物，并沿裂縫用尖鋼纖鑿成2～4mm寬的V形槽，再次清除縫口及槽內(nèi)浮塵后，騎縫用環(huán)氧膠泥粘帖灌漿嘴，向裂縫內(nèi)壓力灌膠，最后將裂縫封閉。

4.5 拱上填料

拱上填料用C10貧混凝土澆筑，厚度為拱頂以上20cm。為杜絕水流滲入填料，做2cm厚水泥砂漿防水層，然后鋪筑20cm厚橋面鋪裝層，橋面高程較加固前降低約10cm。

4.6 橋面鋪裝

橋面鋪裝采用20cm厚C35鋼筋混凝土，設(shè)單層Φ10號(hào)10cm× 10cm鋼筋網(wǎng)。鋪筑用原材料的規(guī)格、級(jí)配和質(zhì)量必須符合《混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定，尤其必須滿足路面材料抗磨耗的要求。攤鋪混凝土厚度略高于設(shè)計(jì)標(biāo)高，先用平板振搗器振搗密實(shí)，再用振搗梁整平。整平完成后，局部表面有缺陷的地方用新鮮混凝土填補(bǔ)、鏝刀成形，以消除表面的不規(guī)整。對(duì)于棱角、泄水孔周圍，手工抹平。在橋面上每隔12米安裝75mmPVC管作為橋面泄水孔，以防積水。全橋共設(shè)3道伸縮縫，每段混凝土橋面澆筑修整完工后半小時(shí)內(nèi)，用草袋覆蓋，灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14天。為進(jìn)一步減輕橋梁的自重，將原設(shè)計(jì)重力式防撞墻改為安全帶、立柱式，拱上建筑自重較加固前大幅減少。經(jīng)水準(zhǔn)儀觀測(cè)，2跨拱肋拱頂處較加固前均抬升3mm，說(shuō)明起到加固效果。

5 結(jié)語(yǔ)

噴射混凝土法加大拱肋截面、加強(qiáng)拱肋間橫系梁以增加橋梁整體剛度，對(duì)雙曲拱橋既有拱波、腹拱及拱腳等應(yīng)力集中、容易產(chǎn)生裂縫的部位進(jìn)行覆蓋，此方案施工簡(jiǎn)便、工藝成熟，不破壞原有結(jié)構(gòu)物，加固工期較短，經(jīng)濟(jì)合理，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性，同時(shí)噴射混凝土后增加了構(gòu)件受力截面，相應(yīng)也提高了構(gòu)件自身的承載能力。通過(guò)對(duì)甘溝驛橋的成功提載，為同類橋梁加固改造的設(shè)計(jì)與施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。