既有鐵路鋼筋混凝土橋梁加固研究

蔣鵬 劉佳

隨著我國鐵路的跨越式發(fā)展,鐵路運(yùn)輸量日益增大、速度逐漸提高,既有橋梁由于原設(shè)計規(guī)范不符合現(xiàn)行規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)和施工不當(dāng)、自然因素等影響,無法滿足目前鐵路運(yùn)輸發(fā)展的需要。通常情況下,重新建造一座橋要花費(fèi)巨大的投資,且施工耗時長。而對橋梁采用加固方法可以節(jié)省大量的投資,收到良好的經(jīng)濟(jì)效益。對現(xiàn)有老齡橋的安全狀況及剩余壽命進(jìn)行科學(xué)的評估,以便有計劃、有步驟地采用適當(dāng)?shù)募庸毯透脑旒夹g(shù)措施,恢復(fù)和提高橋梁的承載能力及通行能力,延長橋梁的使用壽命,以滿足鐵路提速的要求,具有重要意義。

1 鋼筋混凝土橋梁加固的原則

1)橋梁結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)失效或損傷經(jīng)評估不滿足結(jié)構(gòu)安全或正常使用要求時,必須進(jìn)行加固。加固設(shè)計的內(nèi)容及范圍應(yīng)根據(jù)評估結(jié)論和委托方提出的要求確定,可以包括整座橋梁,亦可以是指定的區(qū)段或特定的構(gòu)件。2)充分發(fā)揮原有結(jié)構(gòu)的承載能力,節(jié)省投資,縮短工期。3)加固設(shè)計應(yīng)與施工方法緊密結(jié)合,并采取有效措施,保證新老結(jié)構(gòu)連接可靠、協(xié)同工作。4)選取橋梁加固方案時,應(yīng)根據(jù)實(shí)橋的特點(diǎn),選取經(jīng)濟(jì)有效、設(shè)備簡單、技術(shù)可靠、便于施工并能取得明顯效果的加固方案。5)加固設(shè)計及施工應(yīng)盡量不損傷原結(jié)構(gòu),并保留具有利用價值的構(gòu)件,避免不必要的拆除或更換。6)加固施工應(yīng)在盡量不中斷或少中斷交通的情況下進(jìn)行,加固改造材料應(yīng)性能良好,養(yǎng)護(hù)工作量應(yīng)盡量減少。7)加固施工過程中,應(yīng)采取安全監(jiān)測措施,確保人員及結(jié)構(gòu)安全。8)加固后的橋梁在使用荷載作用下,結(jié)構(gòu)體系各部分的強(qiáng)度、剛度和裂縫,均應(yīng)符合現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范的要求,耐久性也應(yīng)滿足要求。

2 鋼筋混凝土橋加固的方法

鋼筋混凝土橋梁加固的方法很多,對于上部結(jié)構(gòu)加固方法主要有增大截面加固法、粘鋼加固法、碳纖維加固法和體外預(yù)應(yīng)力加固法等;對于橋梁墩臺墩加固方法主要有增大截面加固法、碳纖維加固法、包箍植筋加固法等;對于基礎(chǔ)的加固方法主要有基礎(chǔ)換填加固法、擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法、增設(shè)鉆孔樁加固法等。

3 既有鐵路鋼筋混凝土橋梁加固實(shí)例

北京市郊鐵路提速改造工程京包下行線某中橋?yàn)?×10 m+2×12 m簡支 T梁,建于建國初年,主梁性能良好,但梁部無橫向連接,橋梁在行車過程中截面存在斜彎曲現(xiàn)象,而且兩片梁橫向振動有相位差,橫向位移超過《橋梁檢定規(guī)范》的參考限值,有可能造成橋上脫軌事故,已不能滿足鐵路提速的要求。針對主梁性能良好但橫向聯(lián)系薄弱、結(jié)構(gòu)整體性差等情況,為保證高速行車的穩(wěn)定性和安全性、提高舒適度、盡量減少因更換橋梁帶來的經(jīng)濟(jì)損失,本橋加固方案通過對該混凝土梁梁部增設(shè)橫隔板及橫向預(yù)應(yīng)力加固,墩身采用植筋包箍混凝土加固粉化裂縫部分,基礎(chǔ)采用增設(shè)樹根樁提高基礎(chǔ)承載力,使加固后的橋梁能保證列車提速后安全通行。

3.1 梁部加固

在兩片預(yù)應(yīng)力梁間增設(shè)3塊橫隔板,跨中和兩端各一塊,混凝土等級C50。對橫隔板施加預(yù)應(yīng)力,橫向預(yù)應(yīng)力筋采用強(qiáng)度為1 860 MPa的無粘結(jié)鋼絞線,張拉控制應(yīng)力為0.75fpu,使用外加螺母的夾片式錨具錨固,控制預(yù)應(yīng)力筋的回縮量在2 mm以內(nèi),以免預(yù)應(yīng)力損失過大。梁端側(cè)向限位裝置設(shè)計:梁端限位裝置為型鋼混凝土實(shí)體墩,混凝土強(qiáng)度C50級,型鋼采用20a工字鋼,立柱與斜撐均用兩根工字鋼并排焊接,且下部埋入墩帽不小于200 mm,實(shí)體墩與梁側(cè)向間隙采用GJZ板式橡膠支座加鋼板塞緊,GJZ板式橡膠支座要求:橡膠層厚度5 mm,鋼板層厚度2 mm,尺寸為200 mm×300 mm,橡膠支座厚度為35 mm。

3.2 墩身包箍植筋加固

墩身外包C30混凝土20 cm厚,采用直徑20 mm的帶肋鋼筋進(jìn)行植筋,外掛一層φ 8 mm鋼筋網(wǎng)。施工時要求對既有橋墩加固部位表面混凝土進(jìn)行鑿毛處理,對原有和新設(shè)的受力鋼筋應(yīng)進(jìn)行除銹處理,植入鋼筋錨固深度要求不小于10倍鋼筋直徑,鉆孔直徑應(yīng)大于錨固鋼筋直徑4 mm,鉆孔要按設(shè)計圖紙施工,采用流水作業(yè)。橋墩主筋錨固施工采用RE500錨固膠粘劑。主要施工步驟如下:1)準(zhǔn)備:檢查被植筋混凝土表面是否完好,鋼筋探測核對標(biāo)記植筋部位,盡量避免傷及鋼筋,植筋應(yīng)控制對原結(jié)構(gòu)物內(nèi)鋼筋破壞低于15%。2)鉆孔:根據(jù)鋼筋直徑及設(shè)計要求,根據(jù)直徑對應(yīng)深度打孔,檢查孔徑及孔深。3)清孔:利用壓縮空氣清孔,用毛刷刷三遍,吹三遍,確保孔壁無塵。4)注膠:首先將植筋膠直接放入膠槍中,將攪拌頭旋到膠的頭部,扣動膠槍直到膠流出為止,前兩次打的膠不用。注膠時,將攪拌頭插入孔的底部開始注膠,逐漸向外移動,直至注滿孔體積的2/3即可。5)植筋:將備好的鋼筋旋轉(zhuǎn)著緩緩插入孔底,按照相應(yīng)的固化規(guī)定時間進(jìn)行安裝,使得植筋膠均勻地附著在鋼筋的表面及縫隙中,待其固化后再進(jìn)行焊接,綁筋及掛鋼絲網(wǎng),澆筑混凝土等其他各項(xiàng)工作。

3.3 墩臺基礎(chǔ)加固

既有橋基礎(chǔ)為擴(kuò)大基礎(chǔ),為使不擾動既有基礎(chǔ),在既有基礎(chǔ)周圍增設(shè)直徑0.6 m樹根樁數(shù)根,在既有基礎(chǔ)以上合適部位植筋后新澆筑1.5 m厚承臺,植筋深度50 cm,保證新澆筑承臺與既有基礎(chǔ)錨固牢靠,共同承受基底反力(見圖1)。水中墩基礎(chǔ)施工時,需做好防護(hù)工作,采用筑搗后混凝土封底,必要時加鋼板樁防護(hù)。

加固后縱向計算位移0.839 cm,縱向容許位移 2.449 cm,橫向計算位移0.055 cm,橫向容許位移1.553 cm。由此可以看出加固后橋梁的縱橫向剛度、基礎(chǔ)的承載力均有了較大幅度的提高。

4 結(jié)語

在鐵路提速改造過程中采用適當(dāng)?shù)募庸毯透脑旒夹g(shù)措施,恢復(fù)和提高橋梁的承載能力及通行能力,延長橋梁的使用壽命,能適應(yīng)現(xiàn)代化交通運(yùn)輸?shù)男枰扔袠蛄哼M(jìn)行加固節(jié)省了大量的投資,收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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