蓬庙大桥维修加固施工图设计说明07-01-21.doc

东莞市蓬庙大桥维修加固工程施工图设计 四川西南交大土木工程设计有限公司/广州广大工程检测咨询有限公司设 计 说 明一、概述蓬庙大桥位于东莞市西四环路上，跨越东江的支流，为多跨预应力混凝土结构，蓬庙大桥全桥共24孔，跨径组成为：19.3+1020+19.66+250+920+19.3m，全长538.26m，为多跨桥面连续的简支结构；蓬庙大桥由对称的两幅桥组成，两幅桥的桥面总宽32m，上部构造为50m预应力混凝土T梁及20m预应力混凝土空心板；下部结构为柱式墩、薄壁式桥台，桩基础。该桥概貌如图1.1所示。图1.1 蓬庙大桥概貌蓬庙大桥于1995年竣工并投入运营；2006年，东莞市城市管理局委托广州大学路顺道桥工程检测中心对该桥进行了全面的检测评估。检测评估结果表明：蓬庙大桥使用性能尚可，承载能力满足原设计荷载等级“汽车-20级；挂车-100”的要求，但使用性能较差，需对全桥病害进行相应的维修处理，对于局部部位危及到结构安全的严重病害采取有效的加固措施进行处理。受东莞市城市管理局的委托，我公司对该桥进行维修加固设计，现将维修加固方案、实施要点、交通组织以及费用估算等情况简要汇总如下。二、设计依据及技术标准2.1 设计依据1) 东莞市公路扩建工程指挥部东莞市西四环公路桥涵竣工图；2) 广州大学东莞市蓬庙大桥检测评估报告；3) 公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）；4) 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ 023-85）；5) 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）；6) 旧桥检测、评估、加固技术的应用；7) 广东省城市桥梁检查及检测办法（试行）；8) 混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2001）；9) 钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001)；10) 公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ 024-85)；11) 建筑地基处理技术规范（JGJ 79-2002）；12) 公路桥涵施工技术规范(JTJ 041-2000)；13) 混凝土结构加固设计规范（GB 50367-2006）；14) 混凝土结构后锚固技术规程（JGJ 145-2004）；15) 东莞市曲海、蓬庙大桥加固初步设计专家评审意见。2.2 技术标准根据蓬庙大桥的原设计荷载标准、结构目前现状及实际通行需求，本次加固设计的技术标准维持原荷载标准汽车-20级、挂车-100不变，主要目的是通过维修加固改善桥梁的受力状态，提高桥梁的安全储备与耐久性。三、病害现状及原因分析3.1 病害现状根据广州大学检测评估报告，蓬庙大桥目前存在的主要病害有：1) 下部结构桥台、帽梁破损、开裂、渗水严重；个别引桥桩基础（西幅桥22轴）沉降，导致墩柱倾斜并开裂，出现沿墩柱侧面的横向裂缝（图3.1、3.2）。图3.1 柱侧面横向裂缝图3.2 墩柱下沉引起柱侧面横向裂缝（红色箭头标记表示下沉墩柱、黄色标记表示横向裂缝）位置：西幅桥22墩柱位置：西幅桥22墩柱2) 全桥的桥面系受损均较严重，混凝土铺装层多处出现大面积的坑槽、混凝土剥落、露筋现象，桥面附属设施诸如人行道、护栏等均出现不同程度的破损现象；桥面的防水材料部分失效，部分桥面排水设施功能丧失，致使雨水较容易渗透到桥面以下结构（图3.33.8）；图3.3 桥面铺装破损、露筋严重图3.4 桥面铺装破损、露筋严重位置：桥面铺装位置：桥面铺装图3.5 桥面铺装出现横向裂缝图3.6 桥面人行道破损位置：桥面铺装位置：人行道图3.7 防撞栏局部破损，伸缩缝状况正常图3.8 防撞栏局部破损，伸缩缝状况正常位置：桥面系位置：桥面系3) 上部结构主梁多处存在混凝土保护层不足导致的混凝土剥落、露筋、钢筋锈蚀的病害，蜂窝、麻面等缺结构陷病害比较普遍，个别部位出现渗水、腐蚀等病害，严重的影响到结构的耐久性（图3.93.16）；图3.9 板间接缝CaO淅出图3.10 板底保护层厚度不足位置：东幅桥10墩附近位置：东幅桥1617跨图3.11 翼板（边桥底）CaO析出图3.12 板底砼局部破损位置：东幅桥1819跨位置：东幅桥2022跨图3.13 桥台砼破损图3.14 桥台漏水、防撞栏露筋位置：东幅桥25桥台位置：东幅桥25桥台附近图3.15 伸缩缝对应位置桥面渗水到帽梁图3.16 伸缩缝对应位置桥面渗水到帽梁位置：13墩帽梁位置：西幅桥11墩帽梁3.2 病害原因分析根据对蓬庙大桥的现场实际调查情况及计算分析，可得出如下的分析评价：1) 22墩柱侧面出现的横向受力裂缝，裂缝长1550cm，裂缝宽度在0.050.15mm之间；经现场勘查发现，该墩的盖梁较之相邻其他墩的倾斜，且倾斜的角度与结构裂缝的趋势吻合，经测量，外墩柱侧相对内墩柱侧下沉约5cm，内侧墩柱下沉的验算分析表明（图3.17），墩柱在设计使用荷载下，其抗裂性能及承载能力均能满足要求，按桩基不均匀沉降5cm假设进行分析计算，两个墩柱的内侧将出现拉应力68MPa，即不满足抗裂验算，这一结果与实际开裂情况相符，这就进一步验证了墩柱产生横向受力裂缝的原因为桥墩桩基的不均匀下沉所致。图3.17 西幅桥22轴病害示意图2) 蓬庙大桥存在桥面铺装多处破损，局部部位渗水的病害，其原因可归结为日益增长的交通量及频繁的超负荷所致，桥面防水砼铺装层的施工质量较差及桥面排水设施损坏、失效也是病害原因之一。3) 其他病害如桥面系、上、下部结构结构缺陷，包括混凝土保护层厚度不足所致的砼剥落、露筋、以及其他构件的缺损病害主要是由桥面荷载过大、施工质量较差等因素引起。4) 该桥为上世纪九十年代设计施工的预应力砼T梁桥，运营时间较长，特别是其运营时段为东莞经济高速发展的阶段，经现场调查发现，过往该桥路段的车流量较大；过往桥面的货车、重车所占通行车辆荷载的比例较高；桥面实际通行荷载略大于原设计荷载“汽车-20级；挂车-100”，因此，日益增长的交通量和频繁的超载超重负荷，是桥梁产生各种病害的主要原因之一。总体说来，蓬庙大桥病害不算十分严重，大部分病害尚未危及到结构的承载能力及安全性能，但为改善桥梁的使用性能及耐久性，改善行车舒适性，除对墩柱的桩基下沉作加固处理外，其余病害亦须作相应的维修处理。四、设计要点本节简要的介绍加固维修的设计要点，其详细的施工要点及相应的施工图见后。4.1 上部结构l 对梁体裂缝采用表面处理或压力灌浆的方法进行修补处理。l 对上部结构破损区域诸如：蜂窝、麻面、砼剥落、露筋等病害拟采用钢筋除锈、阻锈处理，并采用环氧砂浆修补的工艺进行处理。4.2 下部结构l 对于22轴桩基下沉，墩柱开裂问题，在加固设计时，综合考虑到地质情况，桥下净空，施工工艺等方面，参考同类工程的成功经验，提出如下3个加固比选方案：方案一：采用人工挖孔桩增设桩基，采用外包砼加强墩柱；方案二：采用高压旋喷钢管桩增设桩基，采用外包砼加强墩柱；方案三：在方案二的基础上，在桩顶与承台之间设砼圈梁，采用千斤顶反顶，使新增桩基主动分担原有桩基的轴力。 经反复比较论证，并采纳初步设计评审会的意见，最终采用方案二作为本次加固设计方案，为确保加固效果，避免墩柱产生次生病害，桩基加固范围为22轴两根桩基，墩柱加固范围为2123轴的墩柱。l 方案二的具体方法是在下沉桩基周围钻孔施工高压旋喷桩、在高压旋喷桩中心钻孔、沉钢管以及注浆等工序，形成高压旋喷钢管砼桩，通过预埋钢筋及在桩基上的植筋施工新旧桩基承台和承台倒角，使新增桩基通过承台与原桩基连接成整体，以达到共同承担荷载，提高加桩区域的承载力，达到阻止和减小沉降的目的。桩基加固前，应对墩柱表面横向裂缝采用表面封闭或压力灌浆的方法进行修补处理；为防下沉桩桩基附近区域其他桥墩柱出现相似病害，还应对下沉桩基的墩柱及相邻桥墩柱进行增大截面加固补强。此外，对于倾斜的帽梁，在桩基、墩柱加固完成后，采用下表面植筋、布设钢筋网、浇注砼的方法进行找平处理。l 对于开裂、渗水、破损比较严重的墩台、盖梁等病害，拟采用凿除松散破损砼、钢筋除锈、阻锈处理，并采用环氧砂浆修补的工艺处理。l 为保障桥下通航安全，在位于河道中央的主跨桥墩上设置警戒水位标尺。4.3 桥面系l 根据蓬庙大桥全桥铺装损坏较严重，而且由此引起的渗水、漏水较严重，为最有效的解决桥面病害及由此引起的次生病害，建议对全桥桥面铺装层进行更换的维修方案，以此达到治标治本的目的。对桥面铺装层进行更换：分桥幅凿除现有混凝土铺装层，并采用防水混凝土及改性沥青砼砼重新铺装，以改善桥面防水功能、行车舒适性，缓解活载冲击力。l 为保障良好的使用性和外观协调性，在进行桥面铺装层更换施工时，对全桥两侧人行道栏杆重新进行涂漆防腐处理。l 更换或修缮缺损、功能丧失的排水设施。l 采用水泥砂浆对人行道、防撞栏等桥面附属设施破损区域进行维修，并对全桥防撞砼栏按每隔10米进行切缝，切缝宽2cm，以改善其严重的开裂病害。l 桥面铺装维修前，对全桥支座及伸缩缝进行详细的检查、核实，若发现有新的损坏情况，则按照曲海大桥相同的方式进行更换，并应通知业主及设计单位以对设计工程量进行相应的变更。l 参照道路交通标志和标线（GB 5768-1999）规范要求，在桥头两侧和河道对应的桥跨位置，各增设一处桥铭牌，以完善城市公用设施的功能。五、施工要点.5.1 桩基加固桩基加固的主要工序如下，其详图参见PM-0305所示。1) 施工前应根据现场环境和地下埋设物的位置等情况, 复核高压旋喷钢管桩的设计孔位。2) 在设计孔位进行高压旋喷桩施工。先在土层中钻一个孔径为50mm或108mm的小孔至微风化层0.5m深，用高压旋喷机把安有水平喷嘴的注浆管下到孔底，采用单管旋喷注浆法，利用高压设备使喷嘴以大于20Mpa的压力把浆液喷射出去，与周围土体搅拌混合，由下往上旋喷作业到地面线高度，形成800mm的圆柱体桩体。3) 待高压旋喷桩施工完成后，在桩中心位置钻孔，孔径250cm，钻至旋喷桩底。4) 分节段往钻孔内沉入钢管，钢管节段长2m，钢管直径194cm，由上往下将钢管沉入至距旋喷桩底10cm深处，在第一节钢管壁上按一定间距开孔，孔眼30mm，节间采用预先车制好的螺纹进行连接。5) 在钢管内下注浆管至管底，再在钢管内投入细集料至钢管顶，注浆管由下往上提升，注浆至钢管顶，钢管顶位置处应预先在钢管上焊接4根20mm的钢筋。6) 重复以上高压旋喷桩钻孔下钢管投骨料注浆等工序进行其他加桩桩基的施工。7) 在桩基周围按设计承台进行挖槽，并在桩基及墩柱相应位置植筋，凿除距地面线以下1m深范围的高压旋喷桩桩头。8) 绑扎承台钢筋网，并焊接桩基及钢管桩顶部的钢筋，支模板浇注承台C30砼，养护、拆模。9) 最后对槽口进行回填砂土，恢复地面原貌。5.2 桥面铺装更换桥面铺装维修的主要工序如下，其详图参见PM-08所示。1) 凿毛：先用凿钻两用电锤钻凿除原桥面10cm厚混凝土铺装层，表面要求平整，局部要粗糙，且凿至坚实层。2) 结合面处理：对凿毛表面进行清理、清洗，去处桥面浮浆和松散砼，保证面层无泥沙、无油污、无积水为使新旧混凝土有更好的粘结性，在凿毛混凝土面上涂抹一层胶结剂。3) 植筋：保留现浇层顶面的剪力筋，并采用电锤钻TE钻孔、清孔并进行植筋；植筋规格为12，植筋孔径为14mm。植筋深度为12cm。植筋按梅花型布置，间距为30cm，若遇顶板钢筋或预应力筋阻隔，可适当调整位置。植筋应采用HILTI(喜利得)产品，其具体施工工艺见后。4) 施工防水砼层：桥面铺设钢筋网规格为12，间距为10cm10cm的钢筋网,放置在植筋上面。钢筋网采用现场制作，钢筋网以绑扎为主，并辅以焊接固定。钢筋网要保证定位准确，设置在混凝土层中部，钢筋保护层厚度不得少于3cm，同时不允许出现钢筋网有局部下沉现象，钢筋网铺设完毕后浇注8cm厚C50防水砼层。5) 施工沥青铺装层：在防水砼上面洒一层SBS改性乳化沥青，用量约为0.30.5L/m2，然后均匀的摊铺5cm厚改性沥青砼 (SMA-13)。5.3 裂缝修补实施工艺对结构上、下部存在的所有可见裂缝进行处理，对裂缝宽度w0.20mm且裂缝深度较小的细小裂缝可采用树脂封闭胶进行涂刷封闭处理，对于裂缝宽度w0.20mm的裂缝采用化学灌浆处理（参见图PM-07）。对于裂缝通过重新量测划分为两大类，并在现场做出标记。a、裂缝的表面封闭处理对于裂缝宽度小于0.20mm的裂缝，先用钢丝刷清除缝口表面面浆并打毛，若裂缝曾进行过修补，应清除裂缝表面的颜色较深的原补缝材料，然后用压缩空气吹尽缝口浮尘。用工业丙酮清洗缝口后，在裂缝对应位置涂刷34道裂缝封闭胶进行裂缝封闭。然后涂刷环氧水泥浆，以使修补后裂缝周边颜色尽可能与原砼颜色接近。裂缝封闭胶的性能应符合混凝土结构加固设计规范的要求。b、裂缝灌浆处理1) 工艺流程：裂缝砼表面处理粘贴注浆嘴裂缝表面封闭密封检查配制裂缝灌注胶裂缝灌浆封口结束。2) 施工要点：. 裂缝砼表面处理：用钢丝刷反复刷裂缝表面左右2cm的砼直至表面浮浆脱落，用无油压缩空气除尘，用丙酮试剂擦洗表面。. 粘贴压浆嘴：首尾各一个，中间缝宽则疏，缝窄则密，压浆嘴最大间距3050cm布置。在一条缝上必须有进浆嘴、排气嘴及出浆嘴。. 裂缝表面封闭：用密封胶封闭裂缝表面，胶泥厚不小于1mm，宽度23cm。. 密封检查：从最下或左的压浆嘴输入0.4 MPa无油压缩空气，相邻或右嘴排气时逐个关闭所有阀门，再沿缝附近涂刷肥皂水检漏；若有气泡冒出说明该处漏气，作好标记。用裂缝表面封闭胶对漏气的区域进行封闭，待达到强度后再气检，如此反复直至不漏气为止。 . 按照供应商提供的产品说明书要求配制裂缝灌注浆，用低速搅拌器搅拌均匀。. 裂缝灌浆：用0.2MPa无油压缩空气为动力缓慢起灌，当相邻嘴不夹气冒胶时关闭该阀,逐一排气冒胶关阀，直至最后一个阀。连通缝的裂缝灌浆在内侧灌胶外侧观测出胶情况，在灌胶时外侧压浆嘴出胶后由低到高逐个关闭阀门。. 封口结束：待缝内浆液达到初凝而不外流时可拆下注浆嘴,再用封闭胶抹平封口。待胶材固化后涂刷环氧水泥浆，以使修补后裂缝周边颜色尽可能与原砼颜色接近。3) 材料要求：砼裂缝修补用灌浆料应具有优异的渗透性能、良好的粘结性能，为保证质量，应采用进口优质改性环氧树脂类裂缝灌注胶，性能应符合混凝土结构加固设计规范（GB 503672006）的要求，其安全性检验指标须符合表1的要求。表1 修补裂缝用聚合物水泥浆料基本性能指标检验项目性能指标浆体性能抗拉强度（MPa）20抗压强度（MPa）50抗折强度（MPa）30受拉弹性模量（MPa）1500起始粘度（cp）550注浆料与砼的正拉粘结强度（MPa）2.5，且为砼破坏4) 裂缝修补材料与施工质量的检验与验收. 施工开始前，应由监理及业主确认裂缝表面封闭胶和灌注胶等产品合格证、产品质量检验报告，各项性能应满足性能指标表的要求。当工程的裂缝灌浆量大时，应作一组试样进行拉伸剪切强度检验。. 施工质量检验与验收：灌浆结束后,应检查补强效果和质量。凡有不密实或重新开裂等外观不合格情况，应及时采取补灌等补救措施，确保工程质量。应在裂缝灌注胶达到完全固化期时，立即钻取芯样进行内在质量检验。芯样检验应采用劈裂受拉试验方法。当试验结果符合下列条件之一时判为合格：1）沿裂缝方向施加的劈力，其破坏应发生在砼内部（即内聚破坏）；2）破坏虽有部分发生在界面上，但这部分破坏面积不大于破坏总面积的15%。5.4 植筋工艺a、工艺流程：钻孔清孔孔干燥孔除尘钢筋及孔表面处理注胶插筋固定养护。b、施工要点：1) 钻孔。 在钻孔前剔凿掉装饰层，露出结构基层。 根据结构竣工图或钢筋探测仪器（如Fs-10）普查原有混凝上结构内钢筋分布情况，并标记于结构表面。 按设计图纸要求在施工面划定钻孔锚固准确位置、孔径。如与原结构内部钢筋所在位置有冲突，则将植筋位置作相应调整，以避免在结构开孔时损伤结构内部钢筋，尤其是预应力筋不能损伤。 钻孔。根据钢筋直径、钢筋锚固深度要求选定钻头和机械设备，本次植筋工程全部采用冲击钻，钻孔按要求一次钻到规定深度。2) 孔洞处理。清除孔内集水，异物等，可采用风机加导管伸人孔内吹净。视孔内干燥程度采用自然风干或用加热杆烘干，以不向外排放热气为准。用棉丝擦去孔内粉尘，用丙酮清洗孔壁。3) 钢筋处理。对于钢筋的锈蚀部分，应用砂纸先打磨除锈，至露出金属光泽为止。钢筋锚固部分用丙酮清洗干净，成一定批量后经验收合格，方可使用。4) 注入喜利得RE500植筋胶。5) 插筋。将处理好的钢筋插入孔中，放入时缓慢转动钢筋，让孔与钢筋全面粘合，然后用堵孔胶堵口。放人钢筋时要防止气泡发生。全部过程所耗时间应小于粘结剂初凝时间，否则应清除粘结剂，重新进行清孔等工序。养护。在常温下自然养护，养护期间不应扰动，一般3天可受力使用。环境温度低于5时，应采用人工加温养护。5.5 砼破损、钢筋锈蚀区域的处理1) 对砼存在松散、破碎、剥落、钢筋锈蚀膨胀引起保护层破损等缺陷部位以及钢筋外露区域(桥面行车道混凝土铺装除外)，可采用人工凿除法、气动工具凿除法或高速射水法将该处松散、破损、污损的砼清除干净，直至露出坚硬密实的基面，同时应注意保证该部位无油污、油脂、蜡状物、灰尘以及附着物等物资；2) 对于缺陷深度10cm，面积（10cm10cm）时，表面要凿成方波型和锯齿状，且凿至坚实层，判断的标准是以能够看见新鲜砼粗骨料为宜；3) 清理砼病害部位时注意不要损伤梁体原有钢筋（尤其是主筋）；4) 在砼表面破损清理完毕后用钢刷清除钢筋表面的浮锈，评定标准为St3级；对钢筋锈蚀区域，应清除掉砼表面的油污、油脂、蜡状物等有机污物，使之露出光洁部分；5) 采用复合氨基醇水性砼防锈浸渍剂进行钢筋锈蚀防护，产品必须持有建设部建筑物鉴定与加固规范管理委员会的认证；6) 用刷子、滚刷或低压手动喷涂设备涂刷水性砼防锈浸渍剂至表面饱和，用量约0.10.2kg/m2一遍，通常需要5遍，总用量一般为0.5kg/m2，必要时可增加用量，涂刷次数取决于砼的可渗性，每层操作之间均应保证上一层涂刷已干燥，通常为26小时；7) 在砼破损区域的清理完成后以及钢筋防锈、阻锈处理工作完毕后按照桥梁维修养护相关规定及要求，采用环氧修补砂浆对破损区域进行修补，要求修补后结构表面平整密实；8) 修补区域如处于潮湿状态，应采取相应措施使修补位置保持干燥，或选用能在潮湿状态下施工的材料，确保修补质量；9) 应根据材料物理化学特性、修补厚度以及气候条件等因素做好养护工作。5.6 蜂窝麻面缺陷修复a、修复方法一般蜂窝采用压注灌注胶修复，但对于蜂窝孔洞太大，不宜采用压注灌注胶修复的蜂窝则采用环氧砂浆填补的方法修复；麻面一般采用高分子树脂进行修补，当麻面破损范围较大、较深时应采用环氧砂浆进行修补。b、蜂窝修复工艺1) 表面处理：用钢丝刷反复刷蜂窝表面，去除松散表层，用无油压缩空气除去粉尘，再用丙酮试剂擦拭表面；2) 粘贴注入器底座：用抹刀将少许密封胶抹在注入器底座底面，将底座对正蜂窝孔眼中心稍加力按压，使胶体从底面的四个小孔中挤出，并在底座的底板四周涂密封胶密封；3) 密封：对蜂窝孔眼进行密封。尽量一次完成，避免反复涂抹，密封完成后，让封口自然固化；4) 密封检查：从最下或左的压浆孔输入0.4 MPa无油压缩空气，相邻或右孔排气时逐个关闭所有阀门,再在蜂窝区涂刷肥皂水检漏；若有气泡冒出说明该处漏气，作好标记。用封闭胶对漏气的区域进行封闭，待达到强度后再气检，如此反复直至不漏气为止；5) 按照供应商提供的产品说明书要求配制灌注胶，用