高速公路橋梁中的抗傾覆加固設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

侯建華

（衡水龍翔公路工程勘察設(shè)計(jì)咨詢有限公司，河北 衡水 053000）

1 工程概況

某城市高速公路的一座互通立交橋所處位置為兩條高速公路交會(huì)點(diǎn)，設(shè)計(jì)形式采用單喇叭立交。該互通立交共包含6 座橋梁，分別編號(hào)為A-1 橋、A-2 橋、A-3橋、B橋、C橋以及F橋。其中B橋與C橋的線路中設(shè)計(jì)有獨(dú)柱墩。隨著該城市的發(fā)展與不斷開(kāi)發(fā)開(kāi)放，該立交橋所承載的交通車流量呈現(xiàn)逐步增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，并經(jīng)常出現(xiàn)由于交通車流量過(guò)大而導(dǎo)致的車輛滯留問(wèn)題，導(dǎo)致對(duì)該橋梁的承載能力提高了新的更高要求。

經(jīng)分析，在當(dāng)前不斷增長(zhǎng)的交通通行量條件下，原設(shè)計(jì)立交橋已無(wú)法滿足交通承載的要求，其中設(shè)計(jì)有獨(dú)柱墩的橋梁有一定的傾覆風(fēng)險(xiǎn)，存在較大的安全隱患，因此需要對(duì)橋梁采取抗傾覆加固措施。

2 橋梁加固設(shè)計(jì)

本次橋梁抗傾覆加固設(shè)計(jì)主要包括兩大部分：中墩增設(shè)抗傾覆支座、邊墩增設(shè)鋼拉桿。

2.1 中墩加粗加寬，增設(shè)抗傾支座

該城市高速公路所屬互通立交橋的B 橋與C 橋的線路（分別為B 匝道與C 匝道）中設(shè)計(jì)有獨(dú)柱墩。為增強(qiáng)橋梁抗傾覆能力，擬對(duì)獨(dú)柱墩的截面設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行擴(kuò)建增大，將其有原先的1.2m 直徑的圓形墩柱擴(kuò)建為4.5m×1.8m 的類橢圓形墩柱，以此使中墩加粗加寬。同時(shí)，在墩頂兩側(cè)分別設(shè)置抗傾支座，具體選擇為GYZF4 型700mm×114mm 的橡膠支座，設(shè)置位置為距離墩頂原支座兩側(cè)1.5m位置處，如圖1、圖2所示。

圖1 墩柱擴(kuò)建后的斷面示意

圖2 墩柱擴(kuò)建后的橫向布置

在原墩柱擴(kuò)建過(guò)程中，需要在承臺(tái)和墩身上分別進(jìn)行植筋，植筋時(shí)需通過(guò)專門(mén)的打眼錨固植筋膠進(jìn)行灌注植筋。植筋過(guò)程中，當(dāng)所植入鋼筋與原結(jié)構(gòu)鋼筋存在沖突碰撞時(shí)，可將植筋位置進(jìn)行適當(dāng)移動(dòng)調(diào)整。所植入鋼筋的錨固深度至少為15 倍的鋼筋直徑大小，且打孔的孔徑應(yīng)比所植鋼筋直徑外擴(kuò)約5mm。注意打孔位置的選擇，最小的孔壁厚度不得小于5cm，即外側(cè)孔壁距離鋼筋混凝土構(gòu)件的邊沿寬度至少為5cm。若混凝土中所植鋼筋部分的多根鋼筋均為受拉作用，則應(yīng)適當(dāng)保持植筋間距，相鄰植筋距離不得過(guò)近，避免在其中一根鋼筋受拉時(shí)對(duì)其他相鄰的鋼筋形成疊加效應(yīng)，降低植筋效果。在實(shí)際植筋間距控制時(shí)，對(duì)于多根植筋，其間距一般至少為5倍的鉆孔孔徑。

澆筑新的混凝土之前，需對(duì)與原結(jié)構(gòu)混凝土接觸部位進(jìn)行鑿毛處理，去除疏松表層和浮漿直至堅(jiān)實(shí)的混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行沖洗干凈后，再涂刷相應(yīng)的界面劑于新舊混凝土之間，保證澆筑混凝土后新舊結(jié)構(gòu)能結(jié)合緊密，共同形成整體受力結(jié)構(gòu)。界面劑選擇時(shí)，優(yōu)先采用專用的新舊混凝土結(jié)合膠。

2.2 邊墩增設(shè)鋼拉桿

該互通立交橋B 匝道與C 匝道的線路處于曲線段，為增大抗傾覆能力增設(shè)鋼拉桿時(shí)，應(yīng)將鋼拉桿設(shè)置在曲線箱梁的內(nèi)側(cè)。本次全橋一共增設(shè)4 處鋼拉桿。其中，橋臺(tái)處所設(shè)置的被動(dòng)鋼拉桿，主要設(shè)置在蓋梁和箱梁側(cè)面之間，如圖3 所示；連接墩蓋梁處的鋼拉桿，應(yīng)設(shè)置在蓋梁側(cè)面和箱梁底面之間。

圖3 橋臺(tái)處被動(dòng)鋼拉桿的安裝示意

所增設(shè)的鋼拉桿構(gòu)件材料表面需采取清潔、除銹以及整平處理，并應(yīng)對(duì)鋼拉桿進(jìn)行防腐防銹涂裝。防腐措施主要為涂刷底漆+環(huán)氧富鋅漆+聚氨酯面漆，各漆層均涂刷兩道，層厚40μm，三層共厚120μm。面漆顏色選擇淺灰色。

3 加固施工技術(shù)

3.1 工藝流程

3.1.1 墩柱加固及支座安裝

承臺(tái)開(kāi)挖→放線定位→承臺(tái)/墩柱的鑿毛→孔位確定→承臺(tái)/墩柱的鉆孔→清孔→界面劑涂刷→灌注植筋膠→植筋→固化與保護(hù)→抗拔力測(cè)試→鋼筋綁扎→模板安裝→楔形鋼板、支座、墊石及鋼箍安裝→混凝土澆筑→拆?！B(yǎng)護(hù)。

3.1.2 鋼拉桿安裝

工作平臺(tái)搭設(shè)→孔位確定→鉆孔→清孔→注入錨固劑→螺栓放置→固化與保護(hù)→抗拔力測(cè)試→鋼板焊接與安裝→鋼拉桿安裝→探傷檢驗(yàn)→涂刷防腐層（本文不具體贅述流程）。

3.2 施工準(zhǔn)備

將承臺(tái)周邊3m 范圍的土利用挖機(jī)挖除，挖至承臺(tái)頂。距離承臺(tái)30cm 之內(nèi)的土改用人工挖除，避免挖機(jī)碰撞承臺(tái)。

按照設(shè)計(jì)圖紙，將墩柱橫縱軸的十字控制樁根據(jù)墩柱中心控制坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)設(shè)，確定墩柱中心，并畫(huà)出相應(yīng)的外邊線?？刂泣c(diǎn)的標(biāo)記應(yīng)穩(wěn)固顯眼，以油漆標(biāo)注并編號(hào)。采用雙檢制進(jìn)行測(cè)量放線，按復(fù)核簽認(rèn)制落實(shí)交底。

3.3 鑿毛

為保證新舊混凝土的結(jié)合能力，須采用專門(mén)的鑿毛器對(duì)原承臺(tái)/墩柱進(jìn)行鑿毛，深度至少為6mm，保證無(wú)疏松石子與軟弱浮漿，露出硬實(shí)基底，再用鋼絲刷清洗掉表面的浮碴。鑿毛施工按從上至下進(jìn)行，舊構(gòu)件中的蜂窩、孔洞等缺陷不得遺漏，外露鋼筋應(yīng)采用除油、除銹和防塵處理。

3.4 鉆孔

放樣確定鉆孔的準(zhǔn)確位置，為避免與原鋼筋碰撞，鉆孔前應(yīng)探查承臺(tái)/墩柱中的鋼筋位置。鉆桿在鉆孔過(guò)程中應(yīng)保持平穩(wěn)，不得出現(xiàn)斜孔。用同強(qiáng)度等級(jí)的砂漿對(duì)廢孔進(jìn)行填塞封堵，鉆孔完成后，徹底清除孔內(nèi)雜質(zhì)，保證后續(xù)植筋的連接強(qiáng)度。本工程所設(shè)計(jì)的植筋直徑為22mm、25mm、28mm，相應(yīng)的鉆孔直徑擴(kuò)大約5～6mm，分別為28mm、30mm、34mm。

3.5 涂刷界面劑

混凝土界面劑采用水泥基類型，將混凝土基面用高壓水槍沖刷干凈并保持濕潤(rùn)狀態(tài)，等待飽和面干后，涂刷兩遍界面劑，第二遍應(yīng)待第一遍界面劑面干后進(jìn)行涂刷。

3.6 植筋

對(duì)所用植筋與植筋膠的型號(hào)、規(guī)格等進(jìn)行檢測(cè)，保證鋼筋干凈、平直、無(wú)銹蝕雜質(zhì)，垂直偏差在2mm之內(nèi)，植筋膠各項(xiàng)性能符合設(shè)計(jì)要求。

借助專門(mén)的注射器進(jìn)行植筋膠注入，本次植筋膠選用辛普森牌。注射時(shí)將混合管伸至孔底，邊注膠邊提升，使膠體分布均勻。注膠結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為膠體充填2/3的孔深，插入鋼筋后有部分膠體溢出。鋼筋應(yīng)快速一次性插至孔底，過(guò)程中宜沿同一方向旋轉(zhuǎn)，再將孔口多余膠體抹平。對(duì)于較大直徑的鋼筋，為保證鋼筋插入完全，可用鐵錘敲擊鋼筋端部。植筋膠一旦固化完成，即不得對(duì)鋼筋產(chǎn)生擾動(dòng)。

3.7 綁扎鋼筋

拉拔力測(cè)試在植筋結(jié)束后48h 方能進(jìn)行。拉拔測(cè)試合格后進(jìn)行鋼筋綁扎。鋼筋按設(shè)計(jì)順序綁扎，先調(diào)整植入鋼筋，再架設(shè)主筋，并將兩者按要求完成焊接連接。檢驗(yàn)架立筋的布置間距與位置，合格后再進(jìn)行螺旋箍筋綁扎，注意控制鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度。

3.8 安裝模板

在安裝墩柱模板前，先測(cè)設(shè)出墩柱四角線，并根據(jù)相應(yīng)的內(nèi)縮距離用墨線彈出墩柱輪廓線，再據(jù)此安裝墩柱鋼模板。為保證墩柱模板支設(shè)垂直度，自墩柱頂端吊放兩個(gè)鉛錘，分別布設(shè)于墩柱兩側(cè)面，可通過(guò)測(cè)量鉛垂線與墩柱鋼模之間的距離控制垂直度。

墩柱的模板縫隙采用雙面膠密封處理，保證不漏漿和混凝土成形質(zhì)量。模板拼裝時(shí)應(yīng)涂刷均勻的脫模劑，相鄰模板間無(wú)錯(cuò)臺(tái)和松散接縫。用纜風(fēng)繩連接墩頂和墩柱中間的模板進(jìn)行加固，并于底部3m 位置加設(shè)粗鋼管斜撐或打方木，確保墩柱模板的穩(wěn)定性與強(qiáng)度、剛度。墩柱鋼模板安裝結(jié)束后，全面檢查平面位置、縱橫向穩(wěn)定性、節(jié)點(diǎn)聯(lián)系及頂部標(biāo)高。

3.9 安裝楔形鋼板、支座、墊石與鋼箍

考慮吊車難以在橋梁下部施工，經(jīng)分析后，決定借助挖機(jī)進(jìn)行楔形鋼板、橡膠支座、墊石以及鋼箍等的安裝，具體安裝順序?yàn)椋盒ㄐ武摪濉鷫|石→橡膠支座→U形鋼箍。對(duì)挖機(jī)進(jìn)行改裝，將三角形構(gòu)造的加長(zhǎng)臂安裝焊接于挖機(jī)斗背上，加長(zhǎng)臂前部利用鋼絲繩或槽鋼拉緊。加長(zhǎng)臂前面連接有凹字形構(gòu)件，其上開(kāi)設(shè)孔洞并與楔形鋼板開(kāi)孔的位置對(duì)應(yīng)，用以固定鋼板、支座，保證穩(wěn)定、安全。改裝后的挖機(jī)臂和斗運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，升降自如，機(jī)械移動(dòng)便捷，在實(shí)際操作中適用性良好。

安裝施工時(shí)，設(shè)計(jì)制作升降架，以保證澆筑混凝后，楔形鋼板和支座能夠緊貼于箱梁。升降架由千斤頂控制上下，利用模板為底座支撐，使楔形鋼板頂緊箱梁，并通過(guò)預(yù)埋的4根錨栓實(shí)現(xiàn)錨固連接。根據(jù)箱梁縱橫坡考慮確定四角厚度，保證鋼板底面在安裝完成后處于水平狀態(tài)，將楔形鋼板通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂和植入螺栓黏固于梁底。

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的箱梁縱橫坡與標(biāo)高，確定支座和墊石的安裝高度。為保證鋼板、支座以及墊石之間緊密貼合，可利用鋼板下方的可調(diào)螺桿對(duì)支座施加相應(yīng)的預(yù)壓力，依次保證橋梁服役過(guò)程中支座真正起到受力作用。支座與楔形鋼板以及墊石之間，均通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂黏結(jié)固定。

在施工過(guò)程中，必須檢測(cè)支座下鋼板與梁底的垂直距離，保證安裝后符合要求。墊石下方的螺桿可提前焊接于墩柱鋼筋上，保證墊石位置與穩(wěn)定性。同時(shí)，用鋼筋制作一定高度的平臺(tái)，以確保橡膠支座和墊石的標(biāo)高，平臺(tái)支撐可考慮利用新增墩柱的鋼筋。安裝完成墊石和橡膠支座后，可通過(guò)調(diào)節(jié)螺桿螺母實(shí)現(xiàn)與箱梁的頂緊狀況。

最后安裝U形鋼箍，所用鋼板應(yīng)經(jīng)過(guò)校平處理，再經(jīng)由卷板機(jī)與工裝臺(tái)制作成形，將規(guī)定直徑的半圓形鋼護(hù)套按設(shè)計(jì)高度進(jìn)行加工，并于上下邊沿處相應(yīng)位置鉆設(shè)4 個(gè)螺栓孔，用以確保擴(kuò)建混凝土的厚度與定位。在工廠內(nèi)將制作完成的鋼板進(jìn)行預(yù)拼裝，將編號(hào)和標(biāo)識(shí)等標(biāo)注于對(duì)接頭焊口處。拼裝時(shí)檢測(cè)焊接坡口大小與根部間隙等，修正不合格構(gòu)件。檢查無(wú)誤后封閉焊接形成半圓形鋼箍，打磨焊縫位置使之平整，然后進(jìn)行防腐防銹處理，環(huán)氧富鋅漆涂刷兩遍后，最后外涂淺灰色面漆。

3.10 混凝土施工

混凝土澆筑工序是實(shí)現(xiàn)新舊混凝土結(jié)合、表面質(zhì)量效果的關(guān)鍵。為保證黏結(jié)質(zhì)量，新澆筑混凝土的應(yīng)嚴(yán)格控制水灰比和坍落度。其中，坍落度一般在140～180mm之間。為保證澆筑密實(shí)，本次混凝土施工時(shí)采用分段澆筑，且墩頂約40cm范圍內(nèi)的部分混凝土難以利用常規(guī)振搗棒實(shí)現(xiàn)振搗，故考慮改用自密實(shí)混凝土，以實(shí)現(xiàn)良好的自流動(dòng)性，依靠混凝土自重均勻充填鋼筋分布密集的區(qū)域，利用其高抗分離性和高間隙通過(guò)性，保證新澆筑混凝土結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)力學(xué)性能和耐久指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。

本次項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地緊張，考慮采用泵車進(jìn)行澆筑?；炷镣ㄟ^(guò)插入式振搗器結(jié)合附著式高頻振搗器進(jìn)行振搗，快插慢拔，嚴(yán)控振搗時(shí)間，既不過(guò)振也不漏振，確?；炷撩軐?shí)?；炷潦┕ぶ辆嚯x墩柱約40cm時(shí)，進(jìn)行鋼筋網(wǎng)片鋪設(shè)，再采用自密實(shí)混凝土進(jìn)行墩頂區(qū)域的澆筑。自密實(shí)混凝土澆筑在墩頂鋼箍?jī)?nèi)，鋼箍應(yīng)焊接完好無(wú)縫，模板拼縫不得大于1.5mm。澆筑墩頂區(qū)域時(shí)，盡可能減少在澆筑范圍內(nèi)的分層數(shù)量，使用鋼筋棍插搗密實(shí)，必要時(shí)可采用錘子輕敲U形鋼箍，通過(guò)振動(dòng)輔助混凝土的流動(dòng)。混凝土完成澆筑后，立即覆蓋以塑料布或無(wú)紡布，避免水分散失，待終凝后馬上灑水養(yǎng)護(hù)14d。

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目中的城市高速公路互通立交橋在經(jīng)過(guò)抗傾覆加固后，拆模后的墩柱混凝土觀感良好，新舊混凝土接槎處無(wú)裂縫，檢測(cè)的混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了理想的加固效果。本文所述工程實(shí)例成功應(yīng)用了橋梁中墩增設(shè)抗傾覆支座加固設(shè)計(jì)與施工技術(shù)，有效地保證了橋梁抗傾覆能力，可為此類橋梁加固工程提供經(jīng)驗(yàn)與參考。