浅谈我国桥梁加固改建技术

浅谈我国桥梁加固改建技术

1城市立交桥的交通设施随着经济的发展和交通的快速发展，中国现有的道路桥梁中有相当一部分由于设计超载量低、宽度不足而难以满足使用要求。如将这些桥全部拆除重建,不仅耗资巨大,而且时间上也不允许。因此,若能采取有效的加固、改造措施,提高其承载力,使其满足交通量增长的需求,继续为现代交通运输服务,从而给国家带来显著的经济和社会效益。近年来,北京市有些城市立交桥因交通堵塞而拆除重建或加以改造;有些桥梁在建成之后交付使用年限不长,就需要加以拓宽并提高技术标准。1999年动工修建的北京市公路二环马驹桥立交桥就是利用原有旧桥改建的工程实例。北京市公路二环为设计车速100km/h的高速公路,根据规划中线位置,一期工程马驹桥至胡各庄段,是以通州区马驹桥立交桥为起点,该处原有的立交桥是按照地方性道路上跨京津塘高速公路而修建的跨线桥。为此需要按照公路二环的技术标准及使用要求,使其改建成两条高速公路交叉的立交桥。由于是在桥上桥下交通不能中断的条件下进行旧桥的拓宽改建,因而难度较大,其主要关键技术是新旧桥梁结构的整体连接以及旧桥的抗震加固。2项目总结2.1桥梁结构设计及加固资金的确定京津塘高速公路马驹桥原有立交桥,于1990年建成通车。该桥上部结构为等截面钢筋混凝土连续箱梁,跨径为(15.4+20+20+15.4)m。横向由三个单箱组成,箱梁底宽2.8m,中距5.8m,梁高1.2m,外侧悬臂板长2.15m。桥梁下部结构为ϕ100cm钢筋混凝土圆柱式中墩,每根柱直接支承一根箱梁;钢筋混凝土桥台为半埋置式空间框架结构;墩台基础均为ϕ120cm钻孔灌注桩。旧桥的设计荷载为:汽-超20,挂-120,荷载标准及结构强度均满足使用要求,故将原桥加以改造利用还是可行的。但是旧桥缺少必要的抗震设施,经核算抗震标准不能满足新的标准要求,需对其进行抗震加固。经初步计算,旧桥加固所用的资金约为将此部分旧桥拆除重建所需资金的16%左右。因此,可为国家节省建设资金,经济效益比较显著。2.2钢箱梁混凝土板联合结构根据立交选型和交通组织以及再增设一套收费系统的需要,新的立交桥全宽为43.0m,横向断面布置为4幅。中央隔离带宽2.5m,两侧车行道各宽11.0m,两边隔离墩各宽0.5m,外侧车行道各宽8.0m,防撞护栏各宽0.75m。拓宽后旧桥保留利用宽度为17.4m,两侧新加宽各12.8m。新加部分桥梁跨径与旧桥同为(15.4+20+20+15.4)m。为了方便施工,加快工期,保证桥下京津塘高速公路的安全通行,设计采用钢箱梁混凝土板联合结构,每侧各布设两片箱梁。箱梁分三段在工厂焊制,底宽3.5m,高0.85m,中段长29.98m,边段长20.39m,拼装接头位于中孔的L/4处;箱梁顶面的顶板为变截面,混凝土为现浇。根据结构受力分析,每根箱梁顶部的混凝土板内配有9根预应力钢束。3号中墩因受现况地下管线的影响,墩柱在横向偏离钢箱梁的中心1.0m,为满足受力要求在墩顶部位箱梁内外侧都加浇预应力混凝土横梁。新加桥梁下部结构采用ϕ100cm柱式中墩,带有单侧耳墙的钢筋混凝土桥台,基础均为钻孔灌注桩。见图1。3主要桥梁加固和改造措施的选择和实施3.1该桥的设计、施工及使用情况为了正确地制定桥梁加固改造的方案,对桥梁的技术情况及缺陷进行全面细致的现场检查。同时全面了解该桥的设计、施工及使用等方面的情况,以便对桥梁现况的质量和承载能力进行分析,做出评价。对该桥进行外观检查表明,该桥上下部结构混凝土质量基本完好,未发现任何裂纹,结构无明显变形。查技术档案有竣工图而无计算书,需要对其进行核算,以便加以利用。3.2抗震加固方案由于原桥中墩采用的是多向活动盆式支座,当地震发生时,地震力全部由桥台承受。经验算分析,旧桥的抗震标准不能满足新的标准要求,其下部结构的配筋不满足地震时的受力要求,需对其进行抗震加固。加固方案有两种:①保持原桥受力状况,加固桥台。②在中墩墩顶加防落梁措施,地震力由桥台及中墩共同承受。若采用方案①,只加固桥台,使其满足抗震要求十分困难,而采用方案②,加防落梁措施,加固中墩及中墩基桩,加固桥台地基,凭现有的技术力量可以实施。4分开并留纵向分缝以往北京市旧桥拓宽,常用的结构措施是利用中间的分隔带将新旧部分截然分开并留出纵向分缝,其优点是新旧桥上部结构独立工作,活载没有横向传递。但根据马驹桥立交桥的横断面布置,中间车行道总宽24.5m,超出旧桥18.7m的宽度,为此需要采取措施将新旧桥梁的上部结构连成整体。4.1桥行车道板混凝土浇筑为了确保新旧桥面横向的平整及荷载的分布,设计时根据旧桥箱梁外悬臂板的构造,经计算决定将其端部混凝土凿去1.0m,保留原有的钢筋,按照受力和构造要求将其与新桥行车道板的钢筋搭接绑扎后,再浇注新板混凝土。为使新旧混凝土紧密结合,防止连接界面出现收缩裂缝,设计要求在连接处的混凝土侧面涂刷一道特种环氧树脂粘胶。此外,为了尽量减少桥上通过载重车辆时引起旧桥主梁的结构变位和震动对新浇混凝土的影响,设计要求施工过程当中以及混凝土终凝之前,过桥载重车辆必须单列靠中减速行驶。为方便施工,新旧桥混凝土板的连接是设在板中1.00m宽的等截面范围内,实际形成两条新旧混凝土之间的连接界面,因涂刷环氧树脂粘胶,收到了避免出现裂缝的预期效果。4.2横向传递的设置为了改善结构受力条件,增强新旧桥梁上部结构的横向整体性,满足新旧桥梁之间荷载横向传递的需要,设计通过必要的结构措施,在墩台部位(即主梁中、端部支点位置)的新旧桥箱梁之间设置钢箱横梁。关键技术是采用化学锚栓在混凝土箱梁腹板外侧锚固一块连接钢板,用以焊接新旧桥钢箱梁与混凝土箱梁之间的整体连接钢箱横梁。见图2。5桥梁施工力马驹桥立交桥位于北京市的8度地震基本烈度区,又是两条高速公路相交处。桥梁地震力计算时,重要性修正系数取值为1.7,抗震设施需按9度设防。对旧桥采取以下抗震加固设施,以提高抗震标准。5.1下梁板件安装原有旧桥上下部结构之间既无抗震锚栓,又未设纵横方向的防止落梁设施。设计根据结构的具体情况和受力条件,并考虑到施工操作的方便,最后确定的防止落梁措施分为两种。(1)中墩防落梁设施:布置在中墩柱顶及箱梁中横梁底部,每套分为上、下部组件。上部组件为水平钢板,底面焊有方形钢筒抗震销,用自动切底式锚栓固定在中横梁底面;下部组件的水平钢板(留有抗震销方孔以插入上部组件的抗震销)与墩柱顶部新增设的加固钢板箍焊牢。为加强下部组件的整体刚度,水平钢板与柱顶钢板箍之间加焊两条加劲肋。墩柱顶部新加的钢板箍,由10mm厚钢板制成两半圆,采用粘结剂与墩柱粘牢。为了避免电焊高温对粘接剂的影响,设计要求墩柱顶的半边钢板箍必须先焊好防落梁的下半部组件,然后再安装就位粘结,并进行坡口焊接。见图3。(2)桥台防落梁设施:布置在箱梁端部的两侧以及桥台台帽的相应部位。采用两块相互垂直的钢板焊制成上下相应的托架,上下托架之间焊有钢筒抗震销或预留方孔。采用自动切底式锚栓将上下部托架分别锚固在箱梁或桥台台帽的相关部位。见图4。5.2钢板套再加固柱身加固技术旧桥ϕ100cm墩柱原配钢筋18ϕ22,经核算不能承受按8度地震烈度、重要性修正系数为1.7的地震力。设计采用加固措施为在柱身加设钢板套箍。这是一项近年来土建工程采用的“外包粘钢”加固柱身的新技术,外加粘结钢板套箍之后,混凝土柱身原有承载能力可提高100%~200%。设计加固钢板套箍采用8mm钢板,内径为106cm,分成两半,安装就位后进行坡口焊接,事先将柱身凿毛并冲洗干净,柱身与钢板套箍之间的3cm空隙采用环氧砂浆填充密实。借助环氧砂浆的粘结力,使钢板套箍与旧混凝土柱身紧密结合,形成整体,以提高承载能力。见图5。5.3平台基础加固5.3.1加固方案确定旧桥中墩ϕ120cm基桩原配筋12ϕ20,配筋率为0.333%。经核算,不能承受所要求的地震力。根据桥位处的地质条件,结合旧桥中墩基础的具体情况,经与岩土工程部门研究,设计决定采用沿着旧桥中墩基桩周边增设8根ϕ40cm钻孔灌注桩的加固方案。根据基桩内力值的变化,新增加的钻孔灌注桩桩长定为4.5m,用C25混凝土浇注,按构造需要在每根桩身内设置了由螺旋筋固定的6ϕ18纵向钢筋。为了增强旧桥墩柱、基桩与四周新加桩群的整体性,使其在地震条件下共同受力,设计在中墩原有系梁的顶面,沿着新加的桩群加浇一道钢筋混凝土圆形套箍。见图6。5.3.2桥基线桩的强度核算为了改善桥台基础的受力条件,减小地震条件下的基桩内力,经有关部门同意,决定采用在桥台前趾部位向基底高压注浆,以增大地基土壤的密实度,提高地基土壤的弹性抗力,使桥台基桩满足8度地震水平力的强度要求。6风机国际变刚度设置防撞护栏一般需要通过预埋钢板固结在混凝土梁顶,使其具有承受车辆撞击的强度。根据安全行车的需要,马驹桥立交桥在桥中央及桥两侧分别设置不同形式的防撞护栏。位于旧桥范围的中央分隔带护栏,采用粘结锚栓,解决原有旧桥梁顶无法预埋钢板的问题,使防撞护栏得以按照水平撞击力的大小,固定在旧桥混凝土面层上,达到分隔上下行车道的目的。而新桥的两侧,由于钢箱混凝土联合梁顶面只有8cm厚沥青混凝土桥面,限制了防撞护栏连接钢板的尺寸及焊缝长度,为了满足水平撞击力的要求,故同样采用了粘结锚栓,使这一结构细节问题得到妥善解决。7加固公路上建桥马驹桥主桥改建的工程实践表明此设计切实可行,经济合理,并积累了一些有关