桥梁病害及加固方法,总有一种是你迫切需要的!(四)
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桥梁病害及加固方法,总有一种你迫切需要!(四)

文章出处:人气:-发表时间:2019-03-26 10:38【

本文接上期预应力混凝土T型刚构桥,钢筋混凝土板拱、肋拱及箱形拱桥的病害与加固方法,今天继续开讲中、下承式拱桥,钢筋混凝土刚架拱桥、圬工拱桥三种桥梁结构的病害与加固方法。


中、下承式拱桥


中、下承式拱桥为肋桥拱,拱肋常为钢筋混凝土矩形,Ⅰ形或箱形(后者较多)。也常用钢管或钢管混凝土,或他们的组合体。从受力体系来讲有普通拱(即有推力拱)和系杆拱(即无推力拱),与上承式拱桥的主要构件区别有吊杆、吊杆横梁(有的还有纵梁)、系杆。吊杆有刚性吊杆和柔性吊杆,后者用得较多。


系杆也有刚性与柔性之分,中承式(飞燕式)系杆拱常用柔性的高强钢丝作为系杆,下承式系杆拱有柔性系杆刚性拱,刚性系杆刚性拱和刚性系杆柔性拱之分,前两者较普通。除了有类似于上承式拱桥的病害外,还可能有如下病害:


(1)吊杆锚头松脱、锈蚀或钢丝锈蚀、剪断,重点在桥面下的锚头及短吊杆的两端锚头容易出现;


(2)吊杆横梁作为简支梁或双悬臂简支梁,常用钢筋混凝土或预应力混凝土,可能跨中梁底会有竖向弯曲裂缝,靠吊点两侧的腹板上出现斜裂缝,此外吊点处的横梁顶面可能出现纵向裂缝,如下图。吊杆横梁间有纵梁的梁格系桥面,纵、横梁的节点附近以及拱肋与刚性系杆的节点附近也可能会出现开裂现象;

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(3)系杆锚头的松动、锈蚀,或钢丝锈蚀、断丝。刚性系杆因要承受轴力及局部弯矩,类似于弹性支承的连续梁,也具有受弯构件常见的病害。


加固方法有:


(1)对于吊杆或系杆的锚头松动或个别滑丝的,条件许可时,应重新收紧锚头张拉松弛的系杆或吊杆来调整内力或标高,柔性吊杆大多采用墩头锚,可通过增加钢垫块的方法收紧,系杆若采用夹片锚则应补拉重锚。对严重锈蚀、断丝或无条件张拉收紧的吊杆或系杆,应通过预留孔道换索,没有预留孔道的,则应采取其它措施将所换吊杆或系杆临时卸载后再换索。


(2)对于吊杆横梁、纵梁或刚性系杆出现的各种裂缝可像本章前几节的钢筋混凝土或预应力混凝土简支梁、连续梁和悬臂梁那样进行加固,如体外预应力法、粘贴钢板或纤维复合材料法等。


(3)对纵、横梁节点及拱脚节点裂缝,简便的方法是粘贴块状钢板或纤维复合材料, 如下图。

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钢筋混凝土刚架拱桥


正常情况下,大跨度刚架拱最常见的病害是弦杆和刚节点处的裂缝,只要有病害的刚架拱桥,大多有这类裂缝,但对钢筋混凝土构件来说,只要裂缝宽度不超过容许值,也属正常使用。虽然目前有较多的业主反对再新建刚架拱桥,但通过对其病害原因的分析,应该正确地看待其承载能力及使用性能的问题。


刚架拱桥常见病害及可选的加固方法


刚架拱桥主要由外弦杆、内弦杆、实腹段、拱腿(主拱腿)、斜撑(次拱腿)、横向联系、桥面板及桥面铺装层组成,如下图。以下将对各构件病害现象、病害原因及目前采用的加固方法逐一论述。

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(1) 桥面板:刚架拱桥的桥面板常用少筋肋腋板或微弯板两种,极少数采用矩形实心板或空心板,前两种就是在矩形板的基础上优化出来的。钢筋和混凝土用量较少,重量轻,特别是肋腋板做到了挖空心思,代价是施工复杂。少筋肋腋板和微弯板不仅配筋少,厚度尺寸也偏小,在短期设计荷载下肯定没有问题,长期超载较多的情况下,实桥病害表明:肋腋板底出现方向不太规则的裂缝,严重的已露筋、漏水。如果是微弯板则微弯板的加劲肋中部底面均有多条向上延伸的竖向裂缝,其中有的裂缝可延伸至板顶,造成板顶纵向开裂。


对上述病害可选的加固方法有:


对底面开裂的肋腋板,可采用粘贴双向编织的纤维布或粘贴钢板,纤维的强度不必太高。


对加劲肋开裂的微弯板,采用垂直裂缝的单向碳纤维片形成U字型,粘贴于肋底比贴钢板方便,微弯板顶的纵向裂缝视宽度大小,采用灌缝和封闭处理。


结合桥面改造,增加现浇层的厚度及强度、加强现浇层内的配筋,以改善桥面板的受力状况。


(2) 内、外弦杆及实腹段:弦杆及实腹段常采用矩形、工字形、箱型截面,外弦杆为受弯构件,内弦杆及实腹段为压弯(偏心受压)构件。一般拱片产生的裂缝,常出现在外弦杆上,其次是内弦杆和实腹段。外弦杆竖向裂缝和大、小节点两侧的斜裂缝是常见的,只是程度不同而已,当然如果裂缝宽度在容许范围内,也符合设计要求,或者还不到必须加固的地步。但对病害严重的刚架拱桥,外弦杆和实腹段跨中底部受拉区、内弦杆的裂缝较多、较宽,有的横向己贯通,竖向也裂至顶部,特别是节点两侧的斜裂缝较宽,有的己贯穿。


对上述病害可选的加固方法有:


① 对刚架拱外弦杆受弯构件的加固,如果弦杆不属于超筋梁,可采用在底面受拉区粘贴U型纤维片或粘贴钢板或增大截面高度和配筋,如果弦杆属于超筋梁,最好采用增大截面高度和配筋的方法,或在底面受拉区粘贴U型纤维片或粘贴钢板的同时,增加桥面现浇层厚度。


② 内弦杆为偏心受压构件,可采用与外弦杆相同的方法加固。


③ 大、小节点两侧的斜裂缝,可在裂缝面粘贴钢板或纤维片加固,以承受主拉应力。增大弦杆截面高度,也能减小主拉应力。


④ 对跨中实腹段的微弧形底面,可采用粘贴U型碳纤维片,以承受弯曲拉应力及径向撕拉力,或采用增大截面高度和配筋的方法。


⑤ 对弦杆及实腹段其它部位的裂缝,可采用灌缝和封闭裂缝。

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(3) 横向联系:刚架拱桥的横向联系,在弦杆及实腹段约3米有一道,节点处得到加强,在拱腿及斜撑上,根据跨径大小,也有一至多道,一般情况下都比较完好。但整体性受损的刚架拱就大不一样,实腹段及弦杆段的横隔板中部大多有上下贯通的竖向裂缝,挖空的横隔板比实心横隔板严重,特别是实腹段横隔板裂缝较多较宽,个别的几乎断裂成只有钢筋相连,拱腿及斜撑上的横向联系一般基本完好。而采用重力式墩台的刚架拱桥,横向联系很少有病害,说明刚度低的轻型拱桥不宜采用柔性墩。


对上述病害可选的加固方法有:


① 中断交通施工时,横隔板可采用混凝土加固,即在原横隔板的基础上,通过植筋加厚加高横隔板。


②不能中断交通施工时,横隔板只有采用施工快速、简便的钢结构加固,如下图。在原混凝土横隔板的四个角,采用粘贴和螺栓固定四根角钢,再用两片钢桁架夹住原混凝土横隔板,施工时作好所有横隔板加固准备工作,并点焊固定位置后,临时中断交通,将各钢构件焊接完成后,再恢复交通。


(4) 主拱腿及斜撑:主拱腿和斜撑为小偏心受压构件,在恒载及车辆作用下,一般不产生拉应力,其内主要按构造配筋。但有的斜撑底部附近有较多由顶面而下的环形裂缝,有的开裂至截面高度一半左右。采用有限元计算分析可知,使用荷载下,构件不产生拉应力,但在墩、台不均匀沉降时,斜撑底部的负弯矩就非常敏感,较小的不均匀下沉,在此处将产生较大的拉应力。实桥观察也说明斜撑底部有裂缝出现,极可能是墩、台有不均匀沉降。此外,温度下降时也容易产生斜撑底部的负弯矩。


对上述病害可选的加固方法有:


对于斜撑根部的裂缝,可采用环形包裹粘贴纤维布,也可采用顶面粘贴钢板或碳纤维条。也可考虑增大截面加固。


(5) 桥面铺装层:桥面现浇层对采用预制拼装施工的桥面板来说,尤为重要,以其它类型桥梁相比,刚架拱桥的混凝土铺装层是组合断面的一部分,直接参与受力,更重要的是拱片大、小节点负弯矩区的受拉钢筋都布置于现浇铺装层中。如果该位置所承受的拉应力过大,将会导致桥面横向贯通开裂,若桥梁整体性较差,还会引起桥面的拱片位置处纵向贯通开裂,这两类裂缝均属结构受力性裂缝,必须尽快进行加固。其他坑槽、网裂之类均属铺装层本身局部病害。


对上述病害可选的加固方法有:


① 凿除桥面铺装,重新浇筑铺装层混凝土,按新规范要求提高混凝土标号,加强桥面钢筋网的配筋。并特别注意钢筋网必须架起来。新浇铺装层的厚度,根据需要决定是否加厚。


② 进一步加强负弯矩区的纵向钢筋配置。


钢筋混凝土及预应力混凝土桁架拱或桁式组合拱桥


中等跨径以下的桁架拱一般采用钢筋混凝土,中等跨径以上的桁架拱或桁式组合拱桥一般采用预应力混凝土,它们均为组合体系拱,常采用预制拼装施工。上弦杆及跨中实腹段除承受轴力外,还承受较大弯矩,下弦杆为偏心受压构件,腹杆有斜杆和竖杆,一般采用斜拉杆式腹杆,即斜杆为偏心受拉,竖杆为偏心受压构件。因此跨径大时,需在上弦杆、斜杆及实腹段中施加预应力。


常见病害有:


(1) 上弦杆及实腹段跨中附近底面及侧面横向开裂,或下挠过大,表明杆件的有效预加应力不足,或截面高度偏小,普通钢筋配置不足;


(2)斜杆开裂,说明拉力过大,预加应力不足。


(3)下弦杆及竖杆沿杆长方向出现多条裂缝或局部压碎,主要是杆件截面尺寸偏小。如果出现垂直于杆长方向的裂缝,说明杆件的长细比过大或桁架片变形较大引起较大偏心弯矩所致;


(4)各杆件节点附近开裂,由于各杆件轴线一般不会相交于一点,且受其他附加应力影响使节点局部应力过大引起开裂,如图:

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(5)横向联系(如横隔板、横系梁、剪刀撑等)中部出现竖向裂缝或其它裂缝,主要是桁片横向整体性差,横向联系刚度不足、尺寸偏小;


(6) 由于桁架拱采用预制拼装施工,接头较多,干接头可能因焊接质量或疲劳问题松脱,湿接头也可能因接头强度不足引起开裂;


(7)桁架拱桥的桥面板一般用钢筋混凝土微弯板,钢筋混凝土或预应力混凝土矩形空心板或实心板。桁式组合拱桥的桥面板常用钢筋混凝土单向板或双向板。其病害与上节刚架拱桥类似。


上述病害可选的加固方法有:


(1)对上弦杆、斜杆及实腹段裂缝,如果不太严重可采用粘贴钢板或纤维复合材料方法加固,否则可采用体外预应力加固,或结合增大截面,张拉体外预应力索后用钢筋混凝土包裹;


(2)对下弦杆及竖杆的裂缝,最好采用增大截面法加固,如果裂缝不太严重,可采用加钢板箍或包裹纤维复合材料加固;


(3)对节点裂缝,可采用粘贴块状钢板或纤维复合材料加固;


(4)对横向联系裂缝,最好采用加大横向联系截面尺寸,或增设横向联系,或施加横向预应力加固。如果开裂程度较轻,可采用局部粘贴钢板或纤维复合材料加固;


(5)对各种施工接头的裂缝,可采用补焊、灌缝、植入锚筋、粘贴钢板等方法加强。


圬工拱桥


圬工拱桥主要指用石材、混凝土预制块砌筑的实腹式或空腹式拱桥。

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常见病害有:


(1)拱圈出现大面积的严重风化剥落、灰缝脱空。原因是砌体和砂浆的材质差,或者受到腐蚀性强的水和气体的浸蚀;


(2) 主拱圈拱顶下缘出现1~2条横向贯通的裂缝,如果裂缝两侧有明显高差,说明墩台有不均匀下沉,若无明显高差,但拱顶有少量下沉,则可能墩台向桥孔外滑动或转动,或由于拱圈承载力已不足引起,若拱顶上拱且下缘出现横向压碎裂纹,则可能墩台向桥孔内滑动或转动;


(3)拱圈的个别拱石出现裂缝,灰缝脱落,压碎或外凸;


(4)拱圈分层砌筑时,沿砌缝出现环向裂缝,这主要与施工时的砌筑工序,支架变形、砌缝处理及砂浆强度有关;


(5)砌体表层沿砌缝无规则的开裂,主要是砂浆标号低或砂浆不饱满;


(6) 拱上侧墙外倾或伴有斜向沿竖向砌缝成锯齿状的裂缝,特别是实腹式拱桥的侧墙,主要是拱上填料在车辆作用下产生较大土侧压力所致;


(7)拱上侧墙沿拱圈的拱背开裂或脱离,主要是墩台下沉,温度变化或车辆作用时主拱圈与拱上建筑变形不协调,或砌缝未处理好引起。


其它一些病害与钢筋混凝土上承式拱桥类似。


上述病害可选的加固方法有:


(1)对砌体表层风化剥落、灰缝脱空,可先凿除松动的剥蚀层,露出新鲜面,用高标号水泥砂浆填塞灰缝,视厚度分层涂抹或喷涂水泥砂浆修补,砂浆中可添加一些化学纤维以增强抗裂性;


(2)对由于墩台不均匀下沉引起的拱顶横向裂缝,如果下沉还未稳定,应先加固墩台基础,再对裂缝注水泥浆后,在拱腹下植筋,挂钢筋网浇筑或喷射混凝土内衬,增大拱圈截面加固。如果沉降基本终止,就只需加固拱圈,开裂不严重时,也可只灌浆封闭。对由于墩台滑动或转动引起的拱顶裂缝,如果墩台位移尚未停止,应先加固墩台,再对裂缝注浆封闭后,可从拱腹或拱背浇筑钢筋混凝土,增大截面加固。对由于承载能力不足引起的拱顶横向裂缝及下沉,除可采用拱背或拱腹增大截面外,还可同时采用减轻拱上建筑自重来减少恒载,如实腹拱改空腹拱,如下图。

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将原填料更换为轻质填料,改拱式腹孔为梁板式腹孔或全空腹式拱上建筑。对小跨径拱桥还可在拱顶上浇筑一钢筋混凝土简支板或垫板,如下图2,将原桥改为拱梁组合体系,以减轻主拱圈活载,提高承载力。以上加固中若墩台负担增加较多,应考虑墩台及基础的承载力及稳定是否满足加固需要。

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(3)拱圈个别拱石出现的病害,可凿除压碎部分,视裂缝宽度大小,用环氧胶、高标号水泥砂浆或环氧砂浆,灌缝或填缝,再用水泥砂浆或小石子混凝土修补。拱石严重碎裂的,要全部凿除用混凝土填补;


(4)主拱圈沿砌缝环向开裂时,采用钢板或铸件做成的楔形剪力键或抓钉竖向嵌入拱圈两侧,开裂范围大且严重时在拱圈上径向钻孔穿入长锚栓,适当加压后锚固,其间距布置视环向开裂程度而定,原裂缝用水泥浆灌缝封闭,图3;

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(5)砌体表层砌缝开裂,可采用水泥砂浆灌缝封闭或勾缝;


(6)拱上侧墙外倾,视外倾程度,采用挖出墙内填料更换成砂砾石、浆砌片石等较少侧压力的材料,对空腹式拱桥的腹拱侧墙及实腹段侧墙外倾,由于填料较少,可更换成低标号混凝土。对实腹式拱桥也可采用加厚侧墙尺寸,或者在两侧墙钻孔设多根钢拉杆对锚,如下图4。还可改变拱上建筑形式不要侧墙,如实腹式改空腹式等,如上图1;

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(7)拱上侧墙沿拱背开裂或脱离,如果是基础下沉引起并未终止的,应先加固基础,再用高标号水泥浆或砂浆灌缝封闭。并检查两拱脚上方侧墙上至桥面的伸缩缝是否完好,否则可能引起拱上建筑与主拱圈变形不协调。 其它病害的加固方法与钢筋混凝土上承式拱桥类似。


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