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摘 要:本文主要对位于海南省澄迈县永发镇境内海揄中线K35+820处东山大桥的维修加固施工过程及其质量控制措施进行了探讨。
关键词:东山大桥 裂缝 施工方法 维修加固
中图分类号:TU2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(b)-0132-02
1 桥梁概况
东山大桥位于海南省澄迈县永发镇境内海揄中线K35+820处,跨越南渡江。由前苏联专家协助华南公路工程指挥部第一工程局于l954以年5月完工。该桥上部结构为双悬臂梁带挂梁,跨径组合为12.6m+11×33m+12.6m,桥宽0.95rn+7.0m(行车道)+0.95m,下部结构为双柱式混凝土实体桥墩,明挖扩大基础或管桩基础。全桥位于直线上,桥面纵坡0.25,横坡l.5%。原设计荷载等级为汽车一10,拖-60。由于历史原因,该桥的设计竣工资料缺乏。
2 主要病害
1)主梁混凝土开裂、破损,钢筋外露、锈蚀。全桥裂缝70余条,总长218m,较多裂缝宽度大于0.5mm;梁体破损104处;露筋普遍锈蚀。
2)主梁支座损坏、在汽车活载反复作用下主梁局部开裂、混凝土被压碎。
3)挂梁牛腿外包钢板锈蚀严重。
4)桥面伸缩缝堵塞严重,伸缩功能失效导致桥面铺装开裂。
5)桥面泄水孔设置不合理导致主梁污损、钢筋锈蚀。
3 主要病害机理分析
检测出的混凝土表层缺陷,如蜂窝、破损、麻面、空洞、露筋锈蚀、吐剥落等多为施工原因造成:如混凝土在浇筑过程中振捣不密实,模板缝隙过大,水泥砂浆流失会造成蜂窝;模板表面不光滑且润温不够,致使构件表面砼内水分被吸会造成麻面现象;而浇筑时钢筋保护层垫块移位,钢筋紧贴模板,保护层硅漏振或振捣不密实会产生露筋情况。
结构产生的裂缝按时间可分为施工期间产生的裂缝和运营期间产生的裂缝;按受力类型可分为主受力裂缝(汽车荷载作用产生的裂缝,分析表明跨中有受力裂缝)和非主受力裂缝(温度、砼收缩徐变、偶然荷载、施工等非汽车荷载作用产生的裂缝)。
4 维修加固设计方案
根据现场实地调查,结合北京公科固桥技术有限公司2004年11月的检测报告和西南交通大学2007年1月的专向检测报告,维修加固设计方案如下:
1)上部主梁裂缝≥0.15mm者,采用“必可法”灌注改性环氧树脂胶封闭;小于0.15rnm的裂缝用改性环氧树脂胶反复涂抹封闭。
2)对主梁破损露筋部位的裸露钢筋进行除锈、涂漆防护,坑槽用环氧砂浆抹平。
3)损坏的主梁支座根据破损程度确定进行修复或更换(采用扁平千斤顶顶升更换)。
4)在双悬臂梁梁肋、悬臂(含牛腿)以及挂梁的下缘及内外侧面(高度50cm)粘贴2层300g/m2纵向碳纤维布,增强其承载能力。
5)在双悬臂梁的(根部)墩顶负弯矩区设置(依据计算分析确定钢束数量)体外预应力钢束,限制墩顶负弯矩区裂缝发展且适当提高主梁的承载能力。
6)采用浅埋式钢伸缩缝更换桥面的U型铁皮简易伸缩缝。
7)对破损的桥面铺装、人行道栏杆进行修补。
8)更换全桥泄水管。
经过以上方案加固整治后,桥梁承载能力得以恢复并适当提高,可满足现行公路一II级设计荷载要求,基本能满足目前的交通需求。
5 主要施工方法
5.1 悬臂梁表面整修
清除被加固范围内梁体表面剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土,露出混凝土新鲜层,用修复材料将表面修复平整。然后对混凝土表面进行打磨整平,除去浮浆、油污等杂质,直至露出结构新鲜层,并保持干燥。直角部份整修成圆弧(R=3cm),避免碳纖维贴布因弯角过小而损伤。
5.2 底涂作业
(1)施工具备条件
①确认混凝土表面干燥无油污,无粉尘(室外施工不可结露水);
②施工温度控制在5～35℃之间,湿度80%以下:
③低温时施工性较差,自然风干时间加长,须注意整体进度的搭配。
(2)底涂主剂,硬化剂均匀混合
主剂、硬化剂按规定的重量混合,误差控制于3%以内,在干净的容器内均匀搅拌3分钟,且每次混合量控制在可使用时间以内的使用量,不要混合过多,以免浪费。
底涂要坚向、横向均匀涂抹于混凝土上,如底涂被混凝土吸收,须再涂一遍,直到表面全部充满为止。
底涂自然风干期间避免被水,灰尘污染,做必要的防护。
5.3 下层积层树脂作业
施工条件确认同底涂作业用滚筒在积层树脂可使用时间内,纵、横向均匀涂刷,用量控制在设计标准土25%以内。下层积层树脂与底树脂以颜色区分,不可混用。
温度较低时,积层树脂流动性差,碳纤维贴布粘贴时会有蛇行现象,可于使用前调整积层树脂温度,改善作业性。
5.4 粘贴碳纤维布
依放线位置粘贴碳纤维布,如有皱折或翘起,轻压使贴片密贴。用滚筒压挤贴片使贴片与积层树脂充分结合,井进行脱泡作业。
及时检查发现有未密合现象,以美工刀顺纤维方向切开,充分注满积层树脂,并加以压平。
5.5 上层积层树脂作业
碳纤维布粘贴后,及时纵、横向均匀涂刷上层积层树脂,自然风干结合。下层积层树脂因盖于贴片底部,自然风干较慢,以手触摸不粘手,且下层和层树脂己确实风干,才可再进行第二层贴片,不可未风干连续作业。
风干过程须适度防护,避免被水,灰尘,杂物所污染。
碳纤维布表面,依设计要求喷一层水泥胶砂进行防护。
①合格判定标准:用小锤轻轻敲击的方法检查碳纤维布与混凝土之间的粘结质量,有效粘结面积要求不小于95%。
②不合格处理方式
空鼓部位,顺着纤维方向切开,注入积层树脂填满并压平,外部再补上上层积层树脂,如气泡皱折无法切开,不良品位整片切除,并补上新的碳纤维贴片且与旧的碳纤维贴片应有200mm以上的交接,才可确保设计强度。
6 混凝土缺陷处理
根据设计要求,检查原桥混凝土状况,将蜂窝、麻面、露筋等混凝土表面缺陷状况标明并做好记录,报监理工程师检查后,进行相应处理。
处理时先凿除缺陷部位松动混凝土,用钢刷打磨,用压缩空气吹去浮尘,对露筋部的钢筋除锈处理,然后用K-801胶泥进行填补。
7 体外无粘结预应力束施工
体外无粘结预应力束工程是本项目比较有特点的工程,与其它加固方法不同的是,它属于主动加力并改善结构的受力状态,预应力工程的施工质量直接影响到本加固工程的加固效果。
体外预应力方法是一种主动加固技术。其操作筒单,对原结构损伤小,不影响交通,节省投资,能显著提高结构的抗弯承载能力和抗裂度,减少结构的挠度、改善结构应力状态。
根据设计要求,在桥墩两侧布置3φj15.24皿规格的高强低松驰钢绞线束。预应力锚具为BM15-3、BMI5P-3两种类型。钢绞线采用公称直径15.24m伽、标准强度1860MPa的高强低松驰钢绞线,公称面积14mm2,弹性模量1.95×105MPa,张拉控制应力0.645Ry,即单根钢绞线张拉力为168kN。
无粘结钢绞线作为后张法预应力钢筋使用,是国际上较新应用的技术。混凝上钻孔作为无粘结钢绞线管道并穿过钢绞线进行预应力张拉,钢绞线全挺范围均可相对混凝土位移,受力明确,易于检查。
1)施工准备
针对本加固工程的具体要求,编制预应力专项施工组织设计,保证预应力与非预应力之间相互密切配合。
结合设计技术交底,根据设计意图,对预应力施工图进行全面的深化,绘制预应力筋铺放图、张拉端节点详图、制作施工技术参数表。
无粘结预应力钢绞线经包涂成型后,在专用场地内根据铺放图和技术参数表用砂轮切割机进行断料、分类、编号,并同时对张拉端进行剥皮〈剥去PE)、去泊处理,制作完成后按进度分批运至工地现场。按设计要求,安装好锚具、锚垫板、螺旋筋及张拉设备、工具,对张拉设备进行检查、校准。
2)预应力施工工艺流程
放样→钻孔→安装锚箱→预应力锚具矢高、数量检查→无粘结预应力钢绞线的穿布→预应力筋张拉→张拉端预应力筋切割→安装锚具保护套。
无粘结体外预应力加固技术是近几年来迅速发展起来的新技术,在我国桥梁维修加固施工中应用的时间不长,因张拉工艺简捷、可靠,在桥梁加固及大型公用建筑的维修改造中具备广泛的使用价值。
8 结论
目前国内先进的加固手段和技术在本工程都采用了,该工程在桥梁加固领域中具有一定的代表性,多种施工技术和新材料的应用体现了本加固工程的设计、施工水平。如采用自密实混凝土很好地解决了齿板A、B的混凝土入仓和密实问题,充分说明了高新技术在工程中的重要性,检测结果证明:加固施工达到设计加固效果。
东山大桥维修加固工程于2007年4月开工,2007年10月完工。经过4年多的行车运营,该桥裂缝病害没有明显的扩展,行车效果良好。
参考文献
[1] 公路工程技术标准.JTGBOl-2003.
关键词:东山大桥 裂缝 施工方法 维修加固
中图分类号:TU2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(b)-0132-02
1 桥梁概况
东山大桥位于海南省澄迈县永发镇境内海揄中线K35+820处,跨越南渡江。由前苏联专家协助华南公路工程指挥部第一工程局于l954以年5月完工。该桥上部结构为双悬臂梁带挂梁,跨径组合为12.6m+11×33m+12.6m,桥宽0.95rn+7.0m(行车道)+0.95m,下部结构为双柱式混凝土实体桥墩,明挖扩大基础或管桩基础。全桥位于直线上,桥面纵坡0.25,横坡l.5%。原设计荷载等级为汽车一10,拖-60。由于历史原因,该桥的设计竣工资料缺乏。
2 主要病害
1)主梁混凝土开裂、破损,钢筋外露、锈蚀。全桥裂缝70余条,总长218m,较多裂缝宽度大于0.5mm;梁体破损104处;露筋普遍锈蚀。
2)主梁支座损坏、在汽车活载反复作用下主梁局部开裂、混凝土被压碎。
3)挂梁牛腿外包钢板锈蚀严重。
4)桥面伸缩缝堵塞严重,伸缩功能失效导致桥面铺装开裂。
5)桥面泄水孔设置不合理导致主梁污损、钢筋锈蚀。
3 主要病害机理分析
检测出的混凝土表层缺陷,如蜂窝、破损、麻面、空洞、露筋锈蚀、吐剥落等多为施工原因造成:如混凝土在浇筑过程中振捣不密实,模板缝隙过大,水泥砂浆流失会造成蜂窝;模板表面不光滑且润温不够,致使构件表面砼内水分被吸会造成麻面现象;而浇筑时钢筋保护层垫块移位,钢筋紧贴模板,保护层硅漏振或振捣不密实会产生露筋情况。
结构产生的裂缝按时间可分为施工期间产生的裂缝和运营期间产生的裂缝;按受力类型可分为主受力裂缝(汽车荷载作用产生的裂缝,分析表明跨中有受力裂缝)和非主受力裂缝(温度、砼收缩徐变、偶然荷载、施工等非汽车荷载作用产生的裂缝)。
4 维修加固设计方案
根据现场实地调查,结合北京公科固桥技术有限公司2004年11月的检测报告和西南交通大学2007年1月的专向检测报告,维修加固设计方案如下:
1)上部主梁裂缝≥0.15mm者,采用“必可法”灌注改性环氧树脂胶封闭;小于0.15rnm的裂缝用改性环氧树脂胶反复涂抹封闭。
2)对主梁破损露筋部位的裸露钢筋进行除锈、涂漆防护,坑槽用环氧砂浆抹平。
3)损坏的主梁支座根据破损程度确定进行修复或更换(采用扁平千斤顶顶升更换)。
4)在双悬臂梁梁肋、悬臂(含牛腿)以及挂梁的下缘及内外侧面(高度50cm)粘贴2层300g/m2纵向碳纤维布,增强其承载能力。
5)在双悬臂梁的(根部)墩顶负弯矩区设置(依据计算分析确定钢束数量)体外预应力钢束,限制墩顶负弯矩区裂缝发展且适当提高主梁的承载能力。
6)采用浅埋式钢伸缩缝更换桥面的U型铁皮简易伸缩缝。
7)对破损的桥面铺装、人行道栏杆进行修补。
8)更换全桥泄水管。
经过以上方案加固整治后,桥梁承载能力得以恢复并适当提高,可满足现行公路一II级设计荷载要求,基本能满足目前的交通需求。
5 主要施工方法
5.1 悬臂梁表面整修
清除被加固范围内梁体表面剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土,露出混凝土新鲜层,用修复材料将表面修复平整。然后对混凝土表面进行打磨整平,除去浮浆、油污等杂质,直至露出结构新鲜层,并保持干燥。直角部份整修成圆弧(R=3cm),避免碳纖维贴布因弯角过小而损伤。
5.2 底涂作业
(1)施工具备条件
①确认混凝土表面干燥无油污,无粉尘(室外施工不可结露水);
②施工温度控制在5～35℃之间,湿度80%以下:
③低温时施工性较差,自然风干时间加长,须注意整体进度的搭配。
(2)底涂主剂,硬化剂均匀混合
主剂、硬化剂按规定的重量混合,误差控制于3%以内,在干净的容器内均匀搅拌3分钟,且每次混合量控制在可使用时间以内的使用量,不要混合过多,以免浪费。
底涂要坚向、横向均匀涂抹于混凝土上,如底涂被混凝土吸收,须再涂一遍,直到表面全部充满为止。
底涂自然风干期间避免被水,灰尘污染,做必要的防护。
5.3 下层积层树脂作业
施工条件确认同底涂作业用滚筒在积层树脂可使用时间内,纵、横向均匀涂刷,用量控制在设计标准土25%以内。下层积层树脂与底树脂以颜色区分,不可混用。
温度较低时,积层树脂流动性差,碳纤维贴布粘贴时会有蛇行现象,可于使用前调整积层树脂温度,改善作业性。
5.4 粘贴碳纤维布
依放线位置粘贴碳纤维布,如有皱折或翘起,轻压使贴片密贴。用滚筒压挤贴片使贴片与积层树脂充分结合,井进行脱泡作业。
及时检查发现有未密合现象,以美工刀顺纤维方向切开,充分注满积层树脂,并加以压平。
5.5 上层积层树脂作业
碳纤维布粘贴后,及时纵、横向均匀涂刷上层积层树脂,自然风干结合。下层积层树脂因盖于贴片底部,自然风干较慢,以手触摸不粘手,且下层和层树脂己确实风干,才可再进行第二层贴片,不可未风干连续作业。
风干过程须适度防护,避免被水,灰尘,杂物所污染。
碳纤维布表面,依设计要求喷一层水泥胶砂进行防护。
①合格判定标准:用小锤轻轻敲击的方法检查碳纤维布与混凝土之间的粘结质量,有效粘结面积要求不小于95%。
②不合格处理方式
空鼓部位,顺着纤维方向切开,注入积层树脂填满并压平,外部再补上上层积层树脂,如气泡皱折无法切开,不良品位整片切除,并补上新的碳纤维贴片且与旧的碳纤维贴片应有200mm以上的交接,才可确保设计强度。
6 混凝土缺陷处理
根据设计要求,检查原桥混凝土状况,将蜂窝、麻面、露筋等混凝土表面缺陷状况标明并做好记录,报监理工程师检查后,进行相应处理。
处理时先凿除缺陷部位松动混凝土,用钢刷打磨,用压缩空气吹去浮尘,对露筋部的钢筋除锈处理,然后用K-801胶泥进行填补。
7 体外无粘结预应力束施工
体外无粘结预应力束工程是本项目比较有特点的工程,与其它加固方法不同的是,它属于主动加力并改善结构的受力状态,预应力工程的施工质量直接影响到本加固工程的加固效果。
体外预应力方法是一种主动加固技术。其操作筒单,对原结构损伤小,不影响交通,节省投资,能显著提高结构的抗弯承载能力和抗裂度,减少结构的挠度、改善结构应力状态。
根据设计要求,在桥墩两侧布置3φj15.24皿规格的高强低松驰钢绞线束。预应力锚具为BM15-3、BMI5P-3两种类型。钢绞线采用公称直径15.24m伽、标准强度1860MPa的高强低松驰钢绞线,公称面积14mm2,弹性模量1.95×105MPa,张拉控制应力0.645Ry,即单根钢绞线张拉力为168kN。
无粘结钢绞线作为后张法预应力钢筋使用,是国际上较新应用的技术。混凝上钻孔作为无粘结钢绞线管道并穿过钢绞线进行预应力张拉,钢绞线全挺范围均可相对混凝土位移,受力明确,易于检查。
1)施工准备
针对本加固工程的具体要求,编制预应力专项施工组织设计,保证预应力与非预应力之间相互密切配合。
结合设计技术交底,根据设计意图,对预应力施工图进行全面的深化,绘制预应力筋铺放图、张拉端节点详图、制作施工技术参数表。
无粘结预应力钢绞线经包涂成型后,在专用场地内根据铺放图和技术参数表用砂轮切割机进行断料、分类、编号,并同时对张拉端进行剥皮〈剥去PE)、去泊处理,制作完成后按进度分批运至工地现场。按设计要求,安装好锚具、锚垫板、螺旋筋及张拉设备、工具,对张拉设备进行检查、校准。
2)预应力施工工艺流程
放样→钻孔→安装锚箱→预应力锚具矢高、数量检查→无粘结预应力钢绞线的穿布→预应力筋张拉→张拉端预应力筋切割→安装锚具保护套。
无粘结体外预应力加固技术是近几年来迅速发展起来的新技术,在我国桥梁维修加固施工中应用的时间不长,因张拉工艺简捷、可靠,在桥梁加固及大型公用建筑的维修改造中具备广泛的使用价值。
8 结论
目前国内先进的加固手段和技术在本工程都采用了,该工程在桥梁加固领域中具有一定的代表性,多种施工技术和新材料的应用体现了本加固工程的设计、施工水平。如采用自密实混凝土很好地解决了齿板A、B的混凝土入仓和密实问题,充分说明了高新技术在工程中的重要性,检测结果证明:加固施工达到设计加固效果。
东山大桥维修加固工程于2007年4月开工,2007年10月完工。经过4年多的行车运营,该桥裂缝病害没有明显的扩展,行车效果良好。
参考文献
[1] 公路工程技术标准.JTGBOl-2003.