桥梁加固技术研究

文章编号:100926825(2010)0420328203
桥梁加固技术研究
收稿日期:2009209228
作者简介:吴金翔(19772),男,工程师,昆山花桥国际商务城资产经营有限公司,江苏昆山　215300
吴金翔
摘　要:简述了我国现有桥梁概况,指出由于各方面原因,使得桥梁加固成为急需解决的问题,介绍了桥梁加固的新型实
用方法,并提出相应施工技术要点,以推动桥梁加固技术的不断成熟和完善。

关键词:桥梁加固,碳纤维,体外预应力中图分类号:U445.72文献标识码:A
随着我国改革开放的深入进行,国民经济快速发展,交通事
业日新月异。

早期建设的桥梁标准低,承载力不足,逐步阻碍交通畅通。

特别是大型、重型车与日俱增,致使公路交通安全和畅通受到严重影响。

面对数量如此庞大的旧桥、危桥,如全部推倒重建,既不科学,更不现实。

面对日益艰巨的公路钢筋混凝土危旧桥梁改造任务,急需找到一种快速、有效、可靠的加固维修方法。

我国目前对旧桥加固技术进行研究,总的看来从加固原理和适用特点上可分为3类:1)改变原结构的受力体系,使原结构受力减小;2)扩大和增加原结构构件截面,以提高原结构的强度和刚度;3)以新的结构代替原抗力不足的结构。

随着荷载等级的不断提高,桥梁工程逐渐向轻型、大跨度方向发展,现有加固技术可能在很大程度上受到限制,因此,有必要研究碳纤维材料、体外预应力等新型加固技术在旧桥改造中的应用。

1　碳纤维加固特点及加固技术要点1.1　碳纤维加固技术的特点
1)材料力学性能好,碳纤维材料抗拉强度为普通钢材的10倍以上,弹性模量与钢相近,重量轻,在对混凝土结构进行加固
补强过程中可以充分利用其高强度、高模量的特点来提高结构及构件的承载力和延性,改善其受力性能,达到高效加固的目的。

作为一种复合材料,碳纤维抗腐蚀性能及耐久性能稳定,不与酸碱盐等化学物质发生反应,因而用碳纤维材料加固后的钢筋混凝土构件具有良好的耐腐蚀性及耐久性;2)碳纤维布质量轻且厚度薄,单位体积重量仅为钢材的1/4左右。

经加固修补后的构件,基本上不增加原结构的自重、尺寸和改变截面外形,也就不会减少建筑物的使用空间,几乎不会改变桥下的净空高度,这一优点更是传统补强方式所无法比拟的;3)具有良好的适应性,由于碳纤有效高度、钢筋的锚固长度、下层钢筋的保护层垫板厚度及分布等是否符合设计、施工规范要求;3)浇捣混凝土时,安排专人负责管理,以免上层负筋被踩压下沉;4)板中预埋电线套管时下方多设些垫块,以确保下层钢筋的有效保护层;5)严格按照施工规范规定,严禁在现浇混凝土未达到设计强度之前拆模,板上施工堆载应均匀分布,且避免过重;6)重视事前控制,确保板件厚度及混凝土强度达到设计要求。

2.4　大体积混凝土施工裂缝控制措施
从裂缝的形成过程可以看到,特别是大体积混凝土之所以开裂,主要是混凝土所承受的拉应力和混凝土本身的抗拉强度之间矛盾发展的结果。

因而为了控制大体积混凝土裂缝,就必须尽最大可能提高混凝土本身抗拉强度性能和降低抗拉应力(特别是温度应力)这两方面综合考虑。

抗拉强度主要决定于混凝土的强度等级及组成材料,要保证抗拉强度关键在于原材料的优选和配合比的优化(混凝土强度等级设计已经确定)。

由于混凝土选用地材,从经济角度来考虑,原材料优化的空间相对较小,所以降低拉应力是控制混凝土裂缝的有效途径,而降低拉应力主要通过减小温度应力和沉缩应力来控制温度裂缝和沉缩裂缝。

3　结语
预应力混凝土连续刚构桥结构裂缝形成的原因,涉及设计计算、施工工艺、养护管理、材料性质、气候环境等各个方面。

因此,要细致全面的分析每一个因素对箱梁结构的影响程度是很困难的,多数情况下也是没有必要的。

通过对结构裂缝形式和状态的调查可以发现,目前预应力混凝土连续刚构桥裂缝产生的位置和形式具有一定的规律性,因此可以推断,导致目前该类结构裂缝产生的影响因素也具有一定的代表性。

参考文献:[1]　李国平.桥梁预应力混凝土技术及设计原理[M ].北京:人
民交通出版社,2004.[2]　罗凤林,谢邦珠.预应力混凝土连续刚构桥的几个问题探讨
[J ].西南公路,2003(1):47248.[3]　孙东方.连续刚构桥箱梁腹板开裂原因分析[J ].山东交通
学院学报,2006(3):14215.[4]　J TG D6222004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计
规范[S].
[5]　高清如.混凝土桥梁裂缝的成因[J ].山西建筑,2007,33
(29):3412342.
On cracks on continuous rigid frame bridge and exploration of controlling measures
SHI Bing 2qian
Abstract :The paper sums up the crack classification ,which is the mechanism of the formation ,of the prestressed concrete continuous rigid frame bridge ,and explores and illustrates relative control measures to main cracks according to many 2year construction experience ,so as to pro 2vide some reference data for relative projects.
K ey w ords :continuous rigid frame bridge ,crack ,control measure
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823・第36卷第4期2010年2月 山西建筑SHANXI ARCHITECTURE
Vol.36No.4Feb.　2010
维布是一种柔性材料,而且可以任意地裁减,对圆形、曲面的结构也可采用此种方法。

尤其是布状片材可以适应各种结构的外形进行粘贴和裹缠,成型很方便,所以这种加固技术可广泛地应用于各种结构类型、各种结构形状和结构中的各种部位,且不改变结构形状及不影响结构外观;4)加固施工极为便捷,由于其自重较轻,可操作性强,操作空间要求较宽松,没有湿作业,不需要大型的施工机械,施工占地较少,施工时对环境的影响较小,工效高。

尤其对于箱梁构造而言,当箱梁内部的作业空间受到限制时,其可操作性很好,既可以节省庞大的支架费用,也具有一定的安全性和隐蔽性。

1.2　碳纤维加固技术要点
1)碳纤维加固施工中基层的处理质量至关重要。

基层是否
清洁,表面有无浮渣,表层是否平整,都将直接影响粘结质量。

在对构件表面进行打磨之前,需要消除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土,露出混凝土结构层,并用修复材料将表面修复平整。

有裂缝的,需对裂缝进行灌缝或封闭处理;被粘贴的混凝土表面应打磨平整,除去皮层浮浆、油污等杂质,直至完全露出新面;2)粘贴碳纤维时,滚压的密实度对粘结性能也有较大影响。

粘贴操作应按如下步骤进行:裁剪碳纤维布→配制浸渍树脂并均匀涂抹于所要粘贴的部位→用特制的滚筒沿纤维方向滚压→多层粘贴重复上述步骤→最后一层碳纤维布表面均匀涂抹浸渍树脂。

在该过程中,应反复多次滚压,尽量排除气泡,以免影响粘结质量;3)环境的温度和湿度对粘结质量也有影响。

温度过低或过高,湿度过大也会影响粘结质量。

当环境温度大于60℃时,应采取隔热措施加以防护;当环境温度低于5℃时,应停止施工,否则树脂的固化及最终强度都会受到影响。

2　体外预应力加固技术及施工要点2.1　体外预应力加固技术
体外预应力技术作为后张预应力体系的重要分支之一,近年来成为预应力技术的热点。

采用体外预应力技术加固桥梁结构有很多优点:1)预应力布置简单,可以调整,简化了后张的操作程序;2)对桥梁加固施工过程中,可以不封闭交通;3)增加恒重不多,可以能动地调节原结构中的应力状态,达到有效加固的目的;4)能够较大幅度地提高旧桥的承载能力和结构刚度,能够有效的控制原结构的裂缝和挠度,使裂缝部分或全部闭合,使挠度大幅度减小;5)对原桥的结构损伤很小,可以做到不影响桥下净空;6)维护修补方便,可以随时更换预应力筋。

2.2　体外预应力加固施工要点2.2.1　上锚固点设置
对于上锚固点设在梁顶及梁端顶面的情况,需要按设计的斜筋穿出位置,在桥面板或梁顶面凿穿两个具有与斜筋角度相同的斜孔。

首先应把桥面铺装层凿去,将梁顶面混凝土保护层凿去,露出钢筋,再将锚固垫板处的混凝土进行细凿。

为了凿好斜孔,应按斜孔的设计角度做一个凿孔架,将凿岩机的钻杆放入凿孔架的槽内,使钻头中心对准理论锚固点,然后再进行凿孔。

上锚固孔凿完之后应将梁顶面混凝土清理干净,除去混凝土碎渣。

先在开凿后的混凝土表面涂一层环氧胶液,再用环氧水泥砂浆铺平。

最后将上锚固设在梁顶时,应保证锚垫板的上表面与梁顶面平齐,或略低一点,以确保锚固点上有尽可能厚的混凝土保护层。

2.2.2　转向装置
转向装置是实现体外索加固的重要构件,其传载方式和自身性能也是影响预应力施加效果的关键。

如果转向装置设计不合理或构造措施不当,预应力钢材容易产生局部硬化和摩阻损失过大。

转向装置的设计要求预应力筋在折角点的位置必须高度准确,避免产生附加应力,转向装置在结构使用期内也不应对预应力钢材有任何损害,FIP 标准和欧洲体外预应力规范均对转向块内预埋管道所需的最小弯曲半径作了规定。

转向块的功能是传递体外束产生的水平和垂直横向力。

体外束通过折角点产生集中荷载,这个荷载应能通过转向块安全地传递至混凝土结构。

为此对于转向块的构造细节必须给予足够的注意。

2.2.3　预应力筋的安装和张拉
在安装预应力筋前应该先检查各种锚具是否能正常工作,特别是粗钢筋的螺杆和螺母的匹配情况,应逐个试拧,每个丝头均应达到在不加力的情况下用手拧动,就可将螺母拧至全程。

对于水平筋和斜筋分别采用两根粗钢筋或斜杆为型钢的情况,应先将斜筋与水平滑块固定在一起,并将斜筋的上锚固点固定。

用临时支架将滑块定位在其垫板的位置上,然后再穿入水平筋。

穿筋时应保证水平筋的两端均有相等的丝头长度,检查滑块
位置并预留滑移量。

上紧两水平筋的螺母,且应保证水平筋的中心与滑块锚孔对中,以防止在张拉锚固时拧紧螺母困难。

对于横向收紧水平筋产生预应力的体系,首先按斜筋的斜度要求将斜杆焊接在梁端的U 形锚固板上,采用夹杆焊将水平筋焊在斜筋上。

为了减少垂度,每隔2m ～2.5m 用木块将水平拉杆垫起,然后安装锁紧装置。

先安放弯起点处的立柱,再按设计位置安装撑棍和
收紧器,以备张拉。

2.2.4　防腐处理体外索加固体系中的主要铁件如水平筋、斜筋、钢丝束(绳)、滑块、垫板及固定支座等均应进行防腐处理。

体外筋是加固体系
的主要受力构件,它通过锚具将预加力传递给主体结构,通过转向装置实现转向,它的耐久性决定结构的耐久性,所以有必要采取防护措施来保护体外预应力筋、锚具和转向装置。

目前体外预应力筋的防腐主要采取以下几种方式:1)裸露预应力筋镀锌和涂环氧树脂防腐;2)套管加填充材料防腐:在索的外面加套管,待预应力筋张拉完成后,在套管内灌注填充材料;3)采用单股无粘结钢绞线:单股无粘结钢绞线是将钢绞线挤入PE 套管并内充油脂而成,它自身具有防护系统;4)采用新材料(FRP )作为体外索:FRP 筋具有高强轻质、耐腐蚀、耐高温、耐疲劳、应力松弛低等特点,用这种材料作为体外索,虽然成本较高,但是后期维护费用低。

还可以避免由应力腐蚀、氢脆或疲劳腐蚀等引起的脆性破坏。

3　结语
桥梁加固是随着日益增长的交通运输业而产生并随其发展的新课题,它很好地处理了新工程与旧工程的衔接,是实现可持续发展的物质保障。

因此,桥梁加固技术的发展意义相当重大。

同时,各种新型材料,新方法的运用,使得桥梁加固的对象更广,施工更方便快捷,效果更明显,并推动着桥梁加固技术的不断成熟和完善。

参考文献:[1]　陆　伟,刘　幸.碳纤维布结合体外预应力筋加固桥梁的试
验及应用[J ].湖南科技大学学报(自然科学版),2007(4):20222.[2]　刘少兵.体外预应力混凝土结构耐久性防护问题的探讨[J ].
铁道科学与工程学报,2007(4):40242.
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923・ 第36卷第4期2010年2月
吴金翔:桥梁加固技术研究
文章编号:100926825(2010)0420330202
三台阶法在高速铁路山岭隧道浅埋段中的应用
收稿日期:2009210212
作者简介:李　勇(19742),男,助理工程师,山东省泰安市泰山灌浆有限公司,山东泰安　271000
孙　锋(19782),男,北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心博士研究生,北京　100044
李勇　孙锋
摘　要:通过在建的大断面山岭隧道工程实践,分析了传统工法逐渐暴露出的一些不足,通过方案比选论证,提出了台阶
法施工的可行性,结合京沪高铁西渴马隧道,介绍了三台阶施工的工艺和流程,实践证明三台阶法是一种先进的快速施工方法。

关键词:高速铁路,山岭隧道,软弱围岩,三台阶法中图分类号:U455.4文献标识码:A
目前,大量已建、在建和即将兴建的山岭隧道设计方案基本
以矿山法施工为主,断面均超过100m 2,属于超大断面隧道。

但在修建过程中,传统工法(诸如CD 法、CRD 法和双侧壁导坑法等施工方法)逐渐暴露出一些不足;经过试验和探索,实践证明三台阶法在修建高速铁路山岭隧道软弱围岩段是一种先进的快速施工方法。

1　施工方案比选1.1　CD 法、CRD 法和双侧壁导坑法等施工方法适合于软弱围岩的隧道施工(见图1)。

这些工法均通过刚性分隔将大断面隧道改
为小断面隧道,分块施工,能够发挥国内施工单位修建传统铁路隧道经验丰富的优势。

另外,刚性分隔的存在,能尽早封闭成环,有利于控制变形,稳定掌子面,保证隧道施工的安全。

近年来,隧道施工水平和施工机械化装备不断提高,参与高速铁路修建的施工单位均配备了大型施工机械设备,如大型挖掘机、装载机等。

由于刚性分隔的存在,导致施工空间不足,不利于大型施工机械设备的使用,难以体现其快速施工的作用,甚至有些分隔内大型机械无法进入,只能靠人工施作,这些严重影响了施工进度。

浅埋隧道开挖对周围环境的影响问题已愈来愈受到关注,采用何种工法施工都会对地层产生扰动,引起地层位移和地表沉降。

因此在隧道施工中,除严格规范施工管理外,根据现场监控量测反馈的信息和借助计算机数值模拟分析结论,及时调整施工方法,优化施工步序是十分重要和必要的。

1.2　台阶法的优势
隧道埋深、围岩条件是隧道施工方法选择需要考虑的因素,而围岩条件是关键因素。

高速铁路山岭隧道施工工法采用的三台阶法可以根据隧道埋深及地质条件随时优化调整,具有灵活多变的特点。

优化的原则是能够充分发挥大型机械快速施工的优势,尽量避免刚性分隔,达到快速施工的目的。

同时由于没有刚性分隔,每个台阶都是工作面,可以多个工作面同时施工,充分发挥大型机械的作用,达到快速施工的目的。

三台阶七步开挖法适用于围岩风化程度较高的软岩及强～全风化的硬岩等情况。

该工法的突出优点是侧墙初期支护能够尽早落底,同时两侧开挖较早,对控制变形有利,也有利于地下水的汇集,同时预留了大块的核心土,有助于掌子面围岩的稳定性。

该施工方法同样适用于地质条件较好的地段。

2　工程概况及施工难点
京沪高铁西渴马一号隧道进口里程D K420+395,出口里程D K423+207,全长2812m ,隧道位于R =7000的曲线上,隧道最
[3]　常海芹.碳纤维材料在桥梁加固中的应用[J ].华东公路,
2009(2):30234.
[4]　建设部.粘贴CFRP 增强复合材料加固混凝土工程施工与
验收暂行规定[S].
R esearch on bridge reinforcing technique
WU Jin 2xiang
Abstract :This article briefly describes the general situation of the bridges currently existing in our country ,and points out the reinforcement of bridges is becoming a very urgent problem due to various reasons.It also introduces some new methods of bridge reinforcing ,and brings up some corresponding technical points of construction ,it can push the bridge reinforcement technology maturity and perfect.K ey w ords :bridge reinforcement ,carbon fiber ,external prestressing
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033・第36卷第4期2010年2月 山西建筑SHANXI ARCHITECTURE
Vol.36No.4Feb.　2010 。