拱橋維修施工技術(shù)論文
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一、概論
我國(guó)拱橋的分類有很多，但是就其作用與意義上來(lái)說(shuō)，我國(guó)的拱橋則主要以雙曲拱橋和石拱橋?yàn)楣皹虻闹饕?。雙曲拱橋是我國(guó)近年來(lái)始建與20世紀(jì)60年代的一種新型拱橋。石拱橋是一種原材料簡(jiǎn)單、造價(jià)成本較低、承載力較強(qiáng)且外觀造型優(yōu)美的拱橋，廣泛應(yīng)用于我國(guó)大部分地區(qū)。
二、拱橋存在的危險(xiǎn)隱患及維修加固的意義
(一)我國(guó)石拱橋存在的危險(xiǎn)隱患及危害
第一，拱橋的拱圈開(kāi)裂。由于石拱橋的主要承重部分是主拱圈，如果拱圈開(kāi)裂，會(huì)直接影響石拱橋的安全。拱橋在承重的情況下，容易出現(xiàn)各種不同的開(kāi)裂。還有就是建筑材料選材的自身原因所造成的，如石塊的選用的強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，施工質(zhì)量控制不嚴(yán)等造成強(qiáng)度不均勻，也容易造成石拱橋在使用過(guò)程中開(kāi)裂。除此之外，如果原設(shè)計(jì)荷載較低(汽-13、汽-15)，再加上近些年來(lái)車輛超限超載現(xiàn)象嚴(yán)重，又或者有些石拱橋坡度比較大，建造的不對(duì)稱，在外力的作用下也容易造成拱橋開(kāi)裂，從而影響石拱橋的安全。第二，石拱橋的側(cè)墻外傾或開(kāi)裂。在石拱橋的使用過(guò)程中由于拱橋上的建筑材料在填料過(guò)程中不密實(shí)或者外力承受的負(fù)荷較大，從而容易導(dǎo)致由于側(cè)墻的壓力過(guò)大而致使側(cè)墻的開(kāi)裂。第三，橋面不夠平整。第四，石拱橋的基礎(chǔ)不均勻移動(dòng)或沉降。石拱橋的上部結(jié)構(gòu)是由石拱橋的基礎(chǔ)部位直接承擔(dān)的，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的累積，當(dāng)所承受的外部能力超過(guò)其負(fù)荷時(shí)，容易導(dǎo)致石拱橋的基礎(chǔ)位移，從而導(dǎo)致構(gòu)件的開(kāi)裂。
(二)我國(guó)雙曲拱橋存在的弊端及危害
雙曲拱橋與石拱橋的危害大多相同，但是引起這些危害的原因卻有所不同，主要表現(xiàn)在：第一，拱橋的拱上填料不足。拱上填料的不足容易導(dǎo)致排水不暢，從而引起橋面的破壞。第二，拱橋橫向聯(lián)系。拱橋橫向聯(lián)系不足容易引起結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定。第三，墩臺(tái)的位移而導(dǎo)致的破壞，由于雙曲拱橋有著自重較大的特點(diǎn)，因而其水平推力也會(huì)相應(yīng)的增大，當(dāng)承載力不足就容易出現(xiàn)下沉、斷裂。第四，橋面欄桿的破壞。由于雙曲拱橋的橋面缺乏穩(wěn)定的層面，又在車輛的外力作用下，橋面容易破損。當(dāng)橋面結(jié)構(gòu)不均勻時(shí)，積水滲入填料中造成側(cè)墻的破壞甚至塌落。
(三)對(duì)拱橋維修加固的意義
拱橋的建設(shè)對(duì)于改善我國(guó)的交通狀況有著很大的作用，促進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。但是由于目前大多數(shù)的拱橋年久失修，對(duì)安全產(chǎn)生著威脅，因而對(duì)拱橋的維修與加固，就顯得十分重要，對(duì)改善我省我市的橋梁運(yùn)行狀況有著重要意義。
三、拱橋維修加固的主要施工技術(shù)
目前，國(guó)內(nèi)外橋梁加固的方法主要是通過(guò)增大原橋結(jié)構(gòu)尺寸或在結(jié)構(gòu)表面粘貼高強(qiáng)材料等，從補(bǔ)強(qiáng)的角度對(duì)橋梁進(jìn)行加固。通過(guò)內(nèi)力調(diào)整，減小控制截面的彎矩，改善原橋結(jié)構(gòu)的受力狀況，提高橋梁自身的承載能力，延長(zhǎng)橋梁的使用壽命。實(shí)踐已經(jīng)證明，對(duì)現(xiàn)有橋梁進(jìn)行維修與加固，可恢復(fù)和提高舊橋的承載能力及通行能力，延長(zhǎng)使用壽命，滿足現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)男枰?，同時(shí)可節(jié)約大量的建設(shè)資金，縮短交通管制時(shí)間，收到良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。在對(duì)拱橋維修加固之前，必須對(duì)各種方法考察，調(diào)研論證，分析，根據(jù)具體要求，現(xiàn)實(shí)環(huán)境等情況綜合比較施工技術(shù)，選擇合理的，經(jīng)濟(jì)的施工技術(shù)。主要加固的施工技術(shù)如下：
(一)拱橋上部結(jié)構(gòu)的加固
第一，頂端推加固法。拱橋在超出自身負(fù)載的作用下，對(duì)基礎(chǔ)橋臺(tái)產(chǎn)生巨大的垂直力以及水平的推力，并產(chǎn)生臺(tái)后填土的壓縮和沉降，從而導(dǎo)致拱橋拱軸線的變化和拱頂下沉。頂推法加固的原理是：在橋跨一側(cè)或兩側(cè)的拱腳處，安裝傳力結(jié)構(gòu)(鋼夾具或剛性橫梁)，通過(guò)千斤頂，施加推力(千斤頂?shù)男吞?hào)根據(jù)橋跨結(jié)構(gòu)自重確定)，并將千斤頂兩夾具中間的拱肋鑿離，在頂推過(guò)程中，測(cè)量并觀察拱肋起拱及橋跨結(jié)構(gòu)變化情況，直到達(dá)設(shè)計(jì)水平距離或拱上橋面出現(xiàn)裂縫，保持千斤頂壓力在分離的拱肋間澆筑高標(biāo)號(hào)環(huán)氧樹(shù)脂砼，待砼形成強(qiáng)度，放松千斤頂壓力，使橋拱軸線恢復(fù)。這種方法優(yōu)點(diǎn)是使用維修材料較少、經(jīng)濟(jì)，缺點(diǎn)是技術(shù)難以掌握，需專業(yè)施工隊(duì)。第二，加強(qiáng)橫向聯(lián)系維修加固法。當(dāng)橫向聯(lián)系損壞或滿足不了分布橫向荷載的要求時(shí)，可采取增加橫向剪刀撐及增加、加大橫向聯(lián)系梁的方式解決：增加剪力撐：一般適用于橫向聯(lián)系較差或向剛度較小的桁架拱橋。操作方法：在兩拱肋間的拱腳處至五分點(diǎn)處加剪刀撐梁，梁的砼截面尺寸和配筋根據(jù)梁肋的大小來(lái)決定。剪力撐梁的鋼筋需和肋的鋼筋焊接，以加強(qiáng)接頭的剛度。增加、加大橫系梁：根據(jù)舊橋跨徑的不同及原橫向聯(lián)系的完好程度，可采用增加橫向聯(lián)系，一般可增設(shè)3-5道，增加的橫向聯(lián)一般情況下，砼截面大于老橫系梁，新增的要包裹拱肋。
(二)主拱圈的加固法
第一，加固墩臺(tái)及基礎(chǔ)。由于墩臺(tái)或基礎(chǔ)問(wèn)題是拱橋缺陷引起的關(guān)鍵因素，可以采用鋼筋混凝土對(duì)外部施加預(yù)應(yīng)力等措施來(lái)對(duì)墩臺(tái)和基礎(chǔ)進(jìn)行加固，以達(dá)到改善受力的狀況、提高拱橋的整體承載力。第二，改變結(jié)構(gòu)體系。利用連續(xù)作用的梁來(lái)改變結(jié)構(gòu)的受力體系，改善結(jié)構(gòu)的受力情況，以便提高橋梁的承載能力。第三，加固薄弱構(gòu)件。對(duì)于橋上有嚴(yán)重缺陷的薄弱構(gòu)件，通常采用新材料來(lái)達(dá)到增大主梁或主拱圈的截面的目的，用水泥漿來(lái)填裂縫或者用黏貼劑附加構(gòu)件的方法來(lái)進(jìn)行加固。
(三)錨噴混凝土加固方法
錨噴混凝土是借助于一種噴射機(jī)械，具有高速和高壓的作用，可使混凝土緊密結(jié)合，形成整體。通過(guò)增加新的混凝土與受力鋼筋和原結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合是噴錨混凝土的加固原理。通過(guò)噴錨加固與原結(jié)構(gòu)的緊密結(jié)合，不僅阻止了原結(jié)構(gòu)的位移和開(kāi)裂，同時(shí)也充分的發(fā)揮到了原結(jié)構(gòu)的作用，可以共同承受外承載，有施工工期短、質(zhì)量高而且投資成本低的特點(diǎn)。
(四)復(fù)合式加固方法
我們?cè)趯?shí)踐中多采用復(fù)合加固方案,復(fù)合式加固方法就是在對(duì)于拱橋的維修中既加固上部又加固下部，對(duì)于石拱橋采取主拱圈套拱加固與橋面系維修加固相結(jié)合；對(duì)于雙曲拱橋則多采取加大拱肋截面、增加并加大橫向連接修復(fù)橋面系，即更換拱上填料、重做橋面或鋼筋混凝土橋面。具體施工工藝則是首先是粘貼鋼板。然后則是是澆筑三鋼砼工。在實(shí)際工程中，粘貼鋼板又可分為七個(gè)步驟。第一，環(huán)氧砂漿配制。在配置環(huán)氧砂漿時(shí)，先將樹(shù)脂、稀釋劑、增韌劑、水泥以及砂按一定比例混合均勻，然后加入一定量的固化劑，攪拌均勻后放置備用。第二步，主拱清面。清理石拱橋有相當(dāng)難度，主要是因?yàn)榻?jīng)受了長(zhǎng)期風(fēng)化，表面坑坑洼洼、凹凸不平，為保證粘貼質(zhì)量,應(yīng)采用電動(dòng)合金磨光機(jī)對(duì)粘貼表面全面打磨,將風(fēng)化表層去除。第三，鋼板除銹。鋼板長(zhǎng)期暴露在空氣中，很容易銹蝕，為了確保粘貼效果，在粘貼前用專門(mén)配置的電動(dòng)鋼刷全面除銹,直到露出鋼材金屬光澤,并應(yīng)及時(shí)刷環(huán)氧砂漿防護(hù)、粘貼。第四，清洗主拱、鋼板表面。打磨完主拱表面和鋼板后,應(yīng)立即用丙酮進(jìn)行清洗,以除去浮塵和雜質(zhì)。第五，鉆孔。先在主拱上放樣,然后用電錘鉆孔,鉆孔位置務(wù)必要準(zhǔn)確,誤差應(yīng)嚴(yán)格控制在2mm以內(nèi),以確保鋼板安裝要求。最后，粘貼鋼板。鋼板通常采用工廠加工制作、鉆孔,運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，先進(jìn)行除銹、清洗處理，然后方可粘貼。粘貼時(shí)鋼板除用螺栓壓緊外,同時(shí)加支撐和用鐵錘用力敲打,直到四周出膠為止,以保證鋼板與拱圈、鋼板與鋼板密貼粘合,確保粘貼質(zhì)量。澆筑三鋼砼時(shí)，則需注意以下三點(diǎn)。首先，必須清除主拱圈拱背上面的浮渣和風(fēng)化層,鑿毛、沖洗干凈。其次，按一定間距鉆孔,灌環(huán)氧樹(shù)脂膠漿,植入錨固鋼筋,布設(shè)鋼筋網(wǎng).鋼筋的直徑根據(jù)受力需要確定.最小直徑應(yīng)不小于12毫米。三，澆筑砼,砼強(qiáng)度至少為C30。
(五)拱橋加固施工的注意事項(xiàng)
第一是防洪。由于拱橋加固都是在省公路局下達(dá)計(jì)劃后，才開(kāi)始實(shí)施的工程，施工時(shí)一定要注意北方特殊的氣候條件，盡量避開(kāi)5到9月主汛期安排施工，這個(gè)時(shí)間正是當(dāng)?shù)乇┯觐l繁的時(shí)間，因此，防洪是施工安全管理的重中之重。第二是拱橋加固時(shí)，滿堂架的支架地基處理。由于對(duì)拱橋加固時(shí)，大多采用滿堂架施工，而滿堂架所要承受的重量包括，施工人員及拱圈混凝土的重量。因此，它的受力要經(jīng)過(guò)計(jì)算，并對(duì)地基進(jìn)行預(yù)壓，以消除永久變形，然后對(duì)支架也要預(yù)壓配重，邊澆注混凝土邊進(jìn)行卸載，來(lái)消除支架的彈性變形。除此之外，還需注意錨筋的錨固、舊混凝土表面的處理、合龍及初凝期的交通控制等影響因素。
四、結(jié)語(yǔ)
總之，由于拱橋維修加固技術(shù)的不斷發(fā)展，我們應(yīng)該努力地研究拱橋維修加固的施工技術(shù)，不斷的引進(jìn)拱橋維修的新技術(shù)，學(xué)習(xí)新工藝，不斷地提高拱橋維修的水平，減少工程的造價(jià)成本，并使拱橋維修加固得更加持久，堅(jiān)固。在對(duì)橋梁進(jìn)行加固后，不僅可以延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，減少資金的投入量，節(jié)省投資，使橋梁能夠充分滿足交通量的需求，并且也能夠減輕橋梁投資的集中性,能為國(guó)家?guī)?lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但是，又由于拱橋維修加固工程的技術(shù)要求較多，故而難度也比較大，因而在實(shí)施的過(guò)程中具有一定的難度。所以，對(duì)于拱橋維修加固的工作必須選擇有一定橋梁維修加固經(jīng)驗(yàn)、富有較強(qiáng)責(zé)任心的、有施工專業(yè)的隊(duì)伍承擔(dān)。