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旧桥加固技术与桥梁施工新工艺构想 桥梁一公司伍奇业 1 其一 砼桥梁加固技术 一 桥梁加固施工挂篮设计1 施工挂篮的基本要求用于桥梁加固的施工挂篮 要能够提供足够的空间 便于施工人员往返其间 一般宽约2米 自重要轻 通常不超过两吨 还必须保证行走方便 既能跨过桥上灯柱 又能穿越桥梁墩柱 如果对变截面桥梁进行加固 还要求挂篮能自由的上下升降 尤其重要的是要求挂篮整体稳定性好 以降低晃动幅度 增加施工安全 2 1 挂篮的各组成部分及其作用挂篮主要由吊篮 连接平台 安全防护网三个主要结构组成 吊篮位于挂篮两侧 是挂篮的主体 酷似一只挂在桥面上的篮子 篮子中经常装有加固用材料和设备 挂篮穿过桥墩时 需存放连接平台的组成构件 故称之为吊篮 吊篮的支点处是用可行走平滚做成 平滚紧靠护栏内侧的砼桥面 平滚的中心刚好是吊篮重心线上的一点 必要时可通过配重达到这一目的 吊篮的吊钩部分设有一个旋转铰 旋转铰的作用是当整个挂篮需要跨跃桥上灯柱或柱式障碍物时 可用起重机械将挂篮临时支撑 抽出定位销 把吊钩部分旋转 让挂篮越过灯柱之后 再旋转复位 插入位销 就这样 加固施工挂篮便顺利的跨越灯炷或类似灯炷式的桥上设施 连接平台是将两吊篮连接成为一个整体 形成一个完整的桥梁加固挂篮的结构部分 3 通过旋转螺旋吊杆平台可以上下升降 以适应不同的施工高度 在挂篮穿越桥梁墩柱时 也可将其撤卸 因为连接平台的各组成构件 相互独立 分别栓结在由吊杆支承的横梁上 4 单个构件质量小 装卸灵活 所以连接平台这种容易升降 易撤易装的性能 为变截面桥跨结构的加固创造了有利条件 此外 挂篮各处都有安全护栏 并在人行道及底篮下面设有安全防护网 确保施工人员能在绝对安全的环境下进行高空作业 该型挂篮不仅可以用于桥梁加固 也可用于桥梁的常规检测 5 二 使用挂篮进行砼桥梁加固挂篮支承在可以滚动的平滚上 其质量一般不会超过两吨 如果需要加固的桥梁设有纵坡 可以由高向低移动 此时 两个人用力可以直接推动挂篮 假如挂篮必须沿上坡移动 使用端头扁平 而且有一定转角的铁棍 拨动平滚 即用杠杆原理拨动平滚 两个人也可以让挂篮沿上坡移动 当挂篮需要跨越桥墩 或者桥墩的上游端或下游端有施工项目时 就将连接平台完全撤除分别堆放在两个吊篮上 再将两个吊篮移动到桥墩的两端进行作业 或跨越桥墩之后重新安装连接平台 继续前行 挂篮的方便移动性能 加之能上下运动 使挂篮能适应各种加固施工 6 桥梁下部构造出现病态的情况较小 而桥梁上部构是桥梁病害的多发部位 具体表现在上部构造变形 变位 裂缝等等 这些病态既可能是由于上部构造本身的设计或施工原因引起 也可能由于基础下沉所致 准确的分析病因是治本的基础 选择正确的加固方法是根除病害的关键 7 桥梁上部构造的加固有多种施工方案 现对利用施工挂篮进行上部构造加固分述如下 体外索加固 篮也充当施工人员进出梁内施工体外索的安全通道 通过增加体外索 能切实可靠的增加梁桥的抗弯刚度 以弥补梁内预应力配筋的先天足 阻止梁体进一步下挠 和受拉区砼的开裂 体外预应力索与一般预应索相比 有很多重要的区别 其施工方法也不尽相同 进行体外索加固时 将挂篮停靠在梁端伸缩缝近傍 利用挂篮运送机具 体外索和锚具 挂 8 体外预应力索施工应满足以下要求 a 钢绞线应选用PE防护无粘连低松驰钢绞线 b 采用OVM防松动锚具 c 体外索分段支承以减少振动 支承处外套不锈钢管内衬聚四氟乙烯套管以减少摩擦 d 钢绞线两段编号 每根钢绞线在两端锚具上的锁定位置一一对应 e 预应力索应尽量争取各相对称张拉 以减少附加内力 f 张拉应力应控制在钢绞线标准强度60 以内用以减少整体预应力损失 g 固定式体外索 应注意齿块内裸露钢绞线部分的封存 9 壁可 法灌缝 桥梁加固挂篮 建造了一个从腹板到底板全方位的观察裂缝和修补裂缝的平台 桥梁由各种原因引起裂缝 需要进行仔细观察 将产生裂缝的原因排除后应对已产生的裂缝也应即时处理 壁可法是行之有效的方法 它能将裂缝两侧的砼牢固连接 使连接处的强度一般高于其他未开裂部位 其施工步骤如下 1 埋压浆咀封缝 实施壁可法灌缝时 首先应将裂缝两侧10cm范围内打磨干净 再用丙酮擦洗 使用壁可封缝胶 沿着裂缝方向每隔30cm填置压浆咀 并将压浆之间的裂缝封闭 其封缝宽度为8cm左右 厚度8mm 待封缝胶硬化之后 10 2 进行气密检查 气密检查的目的是观察压浆咀是否牢靠 封缝胶是否将裂缝表现封牢 检查方法有水压法和汽压法 若采用水压法 试压之后应间隔48小时 20 以上 才能进行灌缝 以保证裂缝处于干燥状况 11 3 用壁可灌缝胶灌缝 灌缝时要使用一种与压浆咀相连的注射器 两者之间卡口相连 易连易撤 是壁可法灌缝的配套设备 注射器为特种塑料制品 其弹性模量比一般塑料大得多 只要有一定的变形 便会提供较大的应力 因此灌缝过程是用高压将灌缝胶压入注射器 注射器体积膨胀 容量加大 注射器壳体张力也随之加大 当注射器体积膨胀到最大限度之后 注射器便获得第一次注射所需要的灌缝胶 并将装入注射器内的壁可灌缝胶在壳体张力的作用下持续不断的注入裂缝中 根据裂 缝大小 应即时对注射器中的灌缝胶予以补充 当其体积维持12小时以上不再缩小 且体积大于空腹20 时 裂缝已经注满 完成灌缝 12 贴碳纤维布补强 贴碳纤维布之前 有大量的辅助性工作要做 并要求有一定宽度的工作面 加固挂篮创造了理想的施工条件 能容纳较多的作业人员 有较宽的工作空间 既稳定 又安全 非常适应碳纤维布的粘贴 碳纤维布具有优异的物理力学性能 其抗拉强度在普通钢筋的10倍以上 强性模量与普通钢筋接近 它耐酸 碱 盐及大气环境腐蚀 完工之后 不需维护 广泛运用于各种形状的砼结构加固 厚度薄质量轻 极少增加加固部件的重量 普遍应用于结构物使用荷载增加 设计强度不足 材料老化 钢筋锈蚀 控制裂缝发展等状况 碳纤维布加固施工 应遵循如下步骤 13 a 清除碳纤维布加固部位结构表面的松散物质及污垢 并用丙酮擦洗 b 涂刷底层树脂 底胶 c 当底胶硬化后 用环氧树脂 找平胶 修补加固构件表面的孔洞 d 当底胶和找平胶硬化后 涂刷浸洗树脂 面胶 e 粘贴碳纤维布 充分排汽 紧密贴合 f 再涂面胶 如需多层碳纤维布补强 重复4 6步骤 14 贴钢板及钢板条补强 利用加固挂篮上的附设滑轮组 可以非常方便的将自重大的钢板或钢板条运送到加固位置 挂篮既作运输工具又作工作平台 为高空贴钢板或钢板条创造了很好的条件 15 在结构上贴上钢板或钢板条 与碳纤维布比较其自重增加较多 但结构的抗剪 抗扭和整体刚度 将有明显的增加 钢板的粘贴工艺较为简便 首先将需要加强部位的砼表面凿除1 2cm并修平表面 埋置钢板固定螺丝 清洗砼表面 再将钢板与砼相接触的一面除锈 把钢板用预埋的固定螺丝固定 然而用封缝胶把钢板四周封闭 并预留排气孔和压浆孔 最后向钢板与砼之间的缝隙中压入结构胶 让结构胶充分填满钢板与砼之间缝隙 贴钢板条 可减少压胶过程 即可直接将结构胶涂刷在钢板条和砼的表面 依靠固定螺丝将砼与钢板条间的结构胶压实 让钢板条与补强部分砼紧密相连 待结构胶固化后 形成整体 达到补强的效果 16 三 体会 由于交通量的增大 荷载等级的提高 以及使用年限等因素 各地病态桥梁不断增加 桥梁检测及加固有很大的工作量 加固施工挂篮造价低 移动方便 稳定安全 适应于各种桥梁的上部构造的检测与加固 而桥梁加固本身有其重要的社会意义和经济价值 更有对施工方法 建筑材料不断创新之需求 广大的建桥工作者要达到使用最科学 最迅速 最经济的方法加固病态桥梁的目的 就必须在桥梁加固的方案设计和施工方法的确定上不断开拓 大胆创新 17 其二 挂篮连续滑模法施工高桥墩悬浇桥梁 一 挂篮设计 利用挂篮连续滑模施工高桥墩悬浇桥梁 首要任务是挂篮的多功能设计 以满足不同施工阶段的要求 并充分考虑挂篮在提升过程中的稳定性 准确的计算挂篮的承载强度 精确验算挂篮的刚度 以及各种荷载作用下的挠度 使挂篮在高桥墩悬浇桥梁施工过程中 当基础工程完成之后 充当多功能的上部构造和桥跨悬浇施工的综合设备 也就是说 在进行高桥墩悬浇桥梁施工时 让挂篮在高桥墩施工时充当桥墩滑模及工作平台的提升设备和物件的起重吊架 而在横系施工 特别是0 块施工时又用挂篮作施工支撑托架 并在完成0 块施工之后 挂篮便能自动就位 开始进行水平滑模悬浇施工 18 要求 通过设计 多方案进行比较 选用预应力斜拉装配式超轻型挂篮较为合适 当挂篮的主体结构形式选定之后要对挂篮各组成部分 进行仔细周密的设计 来满足各种施工阶段要求 挂篮的底篮要考虑到在桥墩施工时是施工平台 而在0 块施工和横系梁施工时是支撑托架的主体 最后才用作悬浇施工的底篮 因此 底篮的设计必须综合考虑 从吊点的位置 底篮纵横梁的多少及空间位置排列设计应方便各种功能的转换 以利高空操作 自重轻 承载力大 为了达到上述设想的目的 挂篮的承重结构应满足 所占用的空间小 便于提升 19 挂篮的侧模要整体考虑 一般来说 悬浇桥梁的0 块浇筑的侧模高度 用做桥墩分次施工的侧模其高度已经足够 主要是考虑侧模的形状与长度 如果在桥墩施工和桥跨施工时 均使用相同的侧模 那么侧模的外形必须首先满足悬浇箱型梁的外形尺寸 再利用其侧模的较长直线面当作桥墩施工的侧模 制做时一次成形 侧模长度方向上的分块 采用橡胶填缝的栓接 并将填缝橡胶打磨平整 不留痕迹 栓接可以方便模板的加长和缩短 这样设计的挂篮侧模 可先进行桥墩施工 如图中3所示 然后卸下桥墩施工的端模 调整侧模长度 就可进行0 块及其他悬浇节段施工 尽量避免在空中大规模的修改模板 挂篮的承重结构 侧模及底篮 通过综合考虑 统筹设计 为连续滑模施工奠定基础 20 二 竖直滑模桥墩施工挂篮制作完成后 进行第一次桥墩施工时 首先焊接劲性骨架 劲性骨架的焊接高度视每次桥墩施工的高度确定 劲性骨架在挂篮提升前应为几组独立的直立桁架 仅在安装提升千斤顶的支座附近连接 以方便挂篮在提升过程中滑行于其间 利用提升千斤顶 把挂篮提升到适当的高度 再加固挂篮纵梁以下部分劲性骨架 使之满足承受挂篮自重及其他施工荷载的作用 接着将底篮框架在承台上面就位 并暂时支撑在承台上 用吊杆连接底篮与挂篮承重结构 将模板重量以及其他可能的施工荷载并考虑冲击的影响 用等量的砂袋重量代替 堆放在底篮上 然后用安装在劲性骨架上的连续千斤顶提升底篮至完全脱承台上的支承点进行试压 以检验挂篮的力学性能和劲性骨架设计的可靠性 加载试压24小时后 仔细观察挂篮各部连接部位的受力状况和劲性骨架的变形情况 各部位的形变必须在容许范围内 当试压合格之后 进行桥墩第一段钢筋制安 模板固定 浇筑第一次桥墩混凝土 至此 完成第一个循环 紧接着再重复上一次的工作 即延伸劲性骨架 并用安装在劲性骨上的提升千斤顶将挂篮整体提升一个浇筑高度 加固挂篮纵梁以下部分劲性骨架 安装钢筋 固定模板 浇筑混凝土 如此循环 自至将桥墩浇筑完成为止 如有横系梁 可直接用底篮当作支撑托架 将横系梁底模及侧模直接支撑在底篮上 进行横系梁混凝土浇筑 21 三 侧向滑模施工0 块当桥墩滑模施工完成之后 继续利用挂篮浇筑0 块 首先将劲性骨架延伸至0 块顶面标高之上适当的高度 安装提升千斤顶 整体向上提升挂篮 边提升挂篮 边调节挂篮承重结构与底篮之间吊杆的长度 来满足0 块的浇筑空间 同时保证预应力斜拉挂篮提升之后 挂篮立柱支点位于0 块腹板上方的箱梁顶面之上 让挂篮立柱底端与腹板处箱梁砼顶面预留一定的空间 待0 块混凝土浇筑完成后 以便为挂篮水平滑移安装滑道时 不必重新提升挂篮 挂篮整体提升到位之后 底篮在墩顶形成一个施工平台 在施工平台上 借助挂篮承重结构做为吊架 将桥墩施工的竖向滑动模板一分为二 桥墩施工的端模改装成0 块施工的底模 桥墩施工的侧模旋转90 侧向滑移变换为0 块施工的侧模 将长度进行必要调整后 准确定位便可 完成0 块施工 如果是连续梁桥悬浇 那么夹在桥墩顶上两临时固结之间的底篮部分要与0 块两端的挂篮底模分开 并且在1 块浇筑之前 利用挂篮底栏作为施工平台 把临时固结间的底模即时撤除 利用预埋件或预留孔道 将撤除的底篮部分经修改变换为凿除临时固结的平台 挂篮分离之后 该平台留在桥墩顶部的两侧 当全桥合拢之后 解除临时固结时 作为工作平台 22 四 水平滑模悬浇施工0 块的混凝土强度达到要求之后 在预应力挂篮立柱下端与混凝土顶面的空隙间安装水平滑道 把挂篮立柱落在滑道上 0 块的外侧模分成两部分 分别水平滑向0 块的两端的底篮上 并用吊杆与挂篮承重结构连接 撤除0 上面的劲性骨架 挂篮直接支撑在已浇筑的0 块上的滑道之上 此时 为浇筑0 块两侧的1 块的连体挂篮便完成就位 1 块浇筑之前要对挂篮再一次进行试压 已校验挂篮的悬浇性能 尔后开始浇筑1 块 待1 块浇筑完成之后 挂篮解体成两个独立的挂篮 开始进行其他节段悬浇施工 并进行水平滑模 水平滑模的意义在于利用模板本身的刚度 来抵抗新浇混凝土对模板产生的水平侧压力和流动混凝土以及混凝土振岛引起的冲击力 除可以利用连续梁腹板上设计的通风孔在侧模中心位置进行对拉加强之外 模板的固定主要在于侧模后端与已浇筑梁端搭接部分的稳固 以及侧模前端混凝土浇筑以外部分的侧模固定 相对说来后端固定要简便一些 因为已浇筑的砼梁端具有一定的强度 在箱梁的顶面以上和箱梁底板以下对拉固定模板后端时 箱梁砼可提供足够的反力 23 而模板前端的固定虽然比较复杂 但通过加大端模的强度 并对内模前端1米范围内进行有效的加固 并设计足够的伸缩螺栓连杆 该连杆既可充当内撑 又可调节内模的空间尺寸 与端模匹配 因此 水平滑模的关键主要是解决模板的整体刚度和模板前后固定问题 解决这个问题 便可顺利进行水平滑模 采用水平滑模的施工技术 使桥跨结构上不留下任何固定模板的痕迹 也就是说 取消所有穿过混凝土的对拉螺杆 就像竖直滑模施工墩塔一样 进行悬浇水平滑模施工 它不仅能简化施工程序 加快悬浇速度 还能够提高混凝土的浇筑质量 增加桥跨的外形美感 24 五 特点高桥墩悬浇桥梁一般位于高山峡谷之中 其明显的施工技术难度就是生产要素的升降 0 块的支撑托架在高空的架设 以及悬浇挂篮在高空的安装 就位 利用挂篮完成全桥竖直及水平连续滑模施工 不仅使整体施工程序简化 加块进度 提高建桥质量 增加了桥梁的美观 更重要的是 挂篮连续滑模法施工高桥墩悬浇桥梁 可以从根本上取消传统施工方法为施工平台及模板提升 挂篮就位所必须架设的耗资巨大的缆索吊装系统 也取消了为0 块浇筑 或横系梁浇筑专门架设的高空支撑托架 它集缆索吊装系统 0 号块施工的专用托架 悬浇施工的移动挂篮 三位如一体 它在跨越深山 峡谷的铁路桥梁 公路桥梁施工中的推广意义是不言而喻的 它所带来的技术创新意义和经济价值应该是显而易见的 25 其三 可升降索鞍的多塔缆索吊装系统 用缆索吊装进行桥梁施工 在我国已有了很长的历史 积累了丰富的经验 但随着桥梁跨径的增大 起重吨位的加大 缆索吊装系统的技术升级已迫在眉间 为寻求施工方法的突破 本文将对可升降索鞍的多塔缆索吊装系统应用于特大拱桥的吊装施工进行探索 26 多塔缆吊系统 由桥跨两端塔柱和多个跨中塔柱构成 见下图 一 多塔缆吊系统 可升降索鞍的多塔缆吊系统示意图一 27 每一塔柱由多个独立的竖向桁架组成 竖向桁架间 在不影响吊装空间的位置多处联接 增加刚度 特别是桁架塔顶相互连成牢固的整体 即塔顶 每个塔柱有两个通道 上下游拱肋吊装各行其道 见图二 28 为抵抗塔顶水平力架设的四根一字风缆 对称排列经过每一个塔顶 两端锚固在大桥两头的地锚上 给它施加一定拉力之后 分别在每个塔顶上进行锁扣 可升降索鞍在塔顶构造之下的可以自锁的滑道内上下升降 如此形成的缆吊系统具有其独特的功能 1 降低塔架高度在起重吨位不变 缆索的垂度与计算跨度之比一定时 多塔的塔柱高度大幅降低 并且多塔的塔高只受最高安装构件的限制 不受矢跨比的影响 就是说桥高一定时 如果桥跨较大 必要时 只需增加塔柱的个数 其塔高无需变化 塔柱的降低 不仅增强了塔柱本身的稳定性 而且对吊装构件的平稳运行 减少空中摆幅 增强整个缆吊系统的安全度 发挥了特殊的作用 29 2 分塔扣锁拱助多塔缆吊 可以为全桥任何部分施工提供帮助 支承拱上所有现浇构造的模板 特别是拱肋吊装 自两桥台起 相向对称逐段安装 把空间位置不同的拱助吊装段 分别扣锁在临近的塔柱上 扣索对塔顶产生的水平分力 通过强大的一字风缆由地锚平衡 由于硕长的拱肋 被分段扣锁在不同的塔柱上 见图一 它对减轻每个塔柱的荷载 避免锁扣点的集中 增强裸拱合拢前的整体稳定性 起到重要的作用 3 缩短吊装跨径 加大起重能力 显而易见 多塔缆吊较双塔缩短了吊装跨径 减少了缆索的垂度 因而增大同一缆索的起重能力 这对利用现有资源 建设特大跨径拱桥创造了条件 提供了技术的保障 30 4 便于施工控制每个塔顶的横向连接 实际上提供了一个宽敞的工作平台 平台上可安装可升降索鞍的动力部分 控制室 更重要的是它提供了拱肋扣索的锁扣位置 将扣索锚定在塔顶 与一字风缆的锁定是在同一平面上 避免了扣索不对称加载时给塔柱形成的局部弯矩 1000米以上特大拱桥的拱肋 要分成几十段逐一吊装 而且需要随时进行调整 以满足设计线型的要求 是一项复杂的控制过程 多塔缆吊的出现 在很大程度上简化了施工控制 它可按各塔柱所承担的拱肋总长划分 把主拱圈分为和行车方向的塔柱数量相同的几个大段 逐一吊装时 每大段内线型调整完好之后 可以固接 大段间可先采用栓接 以利全部拱肋就位后再进行全桥的调整 以满足设计线型要求 最后由两侧向跨中把各大段相连 固接在一起 如此可以消除拱肋调整时