大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋加固施工關(guān)鍵技術(shù)

胡金玉

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西　南寧　530011)

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大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋加固施工關(guān)鍵技術(shù)

胡金玉

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西南寧530011)

文章以廣西藤縣西江大橋加固工程為例，通過對大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋加固施工的難點(diǎn)和重點(diǎn)進(jìn)行分析，提出了橋面梁板拆除和安裝及主拱肋外包混凝土加固施工的技術(shù)方案，確保了半封閉加固施工的順利完成，為同類橋梁的加固施工提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

大跨徑；鋼筋混凝土箱型拱橋；加固施工；關(guān)鍵技術(shù)

0　引言

混凝土箱型拱橋在我國20世紀(jì)60～70年代建設(shè)較多，隨著時(shí)間的推移，交通流量的大幅增長，特別是超載運(yùn)輸車輛的通行，早期修建的荷載標(biāo)準(zhǔn)低的混凝土箱型拱橋出現(xiàn)了不同程度的病害，許多已成為危橋，如何加固這類橋梁病害，是我國交通主管部門目前最為關(guān)注的問題之一。廣西藤縣西江大橋主橋?yàn)?11×90)m鋼筋混凝土雙肋箱型拱橋，屬于大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋，通過該拱橋加固施工的總結(jié)，可為今后類似工程提供借鑒。

1　工程概況

廣西藤縣西江大橋位于藤縣城區(qū)，南起藤城河?xùn)|開發(fā)區(qū)，北接津蒙公路起點(diǎn)，是連接城區(qū)兩岸的一座重要橋梁。大橋于2003年建成通車，全長1 517.03 m，橋面寬度16.5 m，上部構(gòu)造為13×16 m(鋼筋混凝土簡支空心板)+11×90 m(鋼筋混凝土雙肋箱拱)+15×16 m(鋼筋混凝土簡支空心板)。

經(jīng)廣西交通科學(xué)研究院對藤縣西江大橋進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)在主橋拱腹及底板、拱上立柱和蓋梁出現(xiàn)橫縫、豎向裂縫，裂縫寬度為0～0.35 mm不等，主橋空心板底板出現(xiàn)多條橫向貫通裂縫，腹板出現(xiàn)豎向裂縫。檢測評(píng)定結(jié)果為：全橋總體技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定為4類。主橋技術(shù)狀況評(píng)分為53.98分，技術(shù)狀況描述為主要構(gòu)件有大的缺損，嚴(yán)重影響橋梁使用功能或承載能力，不能保證正常使用，需進(jìn)行維修加固。

2　加固方案及施工的難點(diǎn)

2.1加固方案

針對主拱圈采用增大截面法對每拱拱腳往跨中方向19.0 m的范圍內(nèi)及拱上墩柱采用外包混凝土進(jìn)行加固，主拱圈拱腹跨中57.66 m范圍內(nèi)粘貼鋼板進(jìn)行加固，更換主橋空心板，采用新預(yù)制π型梁進(jìn)行代替。

2.2施工重點(diǎn)難點(diǎn)

對于多跨連續(xù)拱橋的拆除，當(dāng)一跨拱上荷載變化時(shí)，不僅當(dāng)前跨拱會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力和撓度，其它跨拱也會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力和撓度，這現(xiàn)象稱為連拱效應(yīng)。而且在連拱效應(yīng)的作用下，各跨拱所連結(jié)的橋墩會(huì)承受不平衡的水平推力和墩身混凝土拉應(yīng)力，因此，拆除該類橋型時(shí)必須遵循有效對稱施工的原則進(jìn)行拆除，將連拱效應(yīng)消除到最小。

本工程主拱跨度達(dá)到11跨，單跨跨徑達(dá)到90 m，橋跨較多、跨徑大的情況下，空心板、橋面系拆除除了需要分幅對稱逐跨更換外，還必須分幅逐跨進(jìn)行主拱肋和拱上立柱外包混凝土加固，而拱肋等下構(gòu)加固必須先卸載橋面系才能進(jìn)行，無法同步施工，每跨施工周期長，因此，必須合理安排橋面梁板拆除和安裝及主拱肋外包混凝土加固施工。

由于本工程是在不中斷交通的情況下，采用“半幅封閉施工、半幅非機(jī)動(dòng)車和行人通行”的方式組織施工，在拆除半幅橋面板之后，另外半幅作為運(yùn)輸通道繼續(xù)保持通行，拆除半幅橋面板及在橫斷面上不均衡荷載勢必影響整座橋的穩(wěn)定性，如何確保整座橋施工期間的穩(wěn)定性同樣是本工程施工的重點(diǎn)、難點(diǎn)。

3　卸載加載施工原則及方案的實(shí)施

3.1卸載加載施工原則

藤縣西江大橋主橋?yàn)?11×90)m的多跨連續(xù)鋼混凝土雙肋箱拱橋，拱橋卸載加載按照對稱原則進(jìn)行。根據(jù)設(shè)計(jì)單位確定，西江大橋主橋第17#墩、第20#墩均為抗推墩。因此，可認(rèn)為主橋11跨拱已分成3個(gè)獨(dú)立拱段的橋，即14#～17#跨、18#～20#跨、21#～24#跨共3段，施工中僅需考慮各獨(dú)立拱段內(nèi)部對稱施工即可。

同時(shí)由于18#、19#墩為柔性樁基礎(chǔ)，17#、20#墩為施工制動(dòng)墩，18#跨、19#跨橋面卸載后，20#跨橋面荷載對19#墩產(chǎn)生不平衡推力。通過驗(yàn)算，卸載順序如下：

第一段：19#跨→18#跨、17#跨、20#跨；

第二段：14#跨、15#跨、16#跨；

第三段：22#跨、23#跨→21#、24#跨。

封閉半幅機(jī)動(dòng)車道和人行道板，按照對稱施工的原則，從跨中開始，拆除人行道欄桿及外側(cè)最邊緣的人行道板，澆筑支座墊石及防撞擋塊，在人行道板位置處安設(shè)π型板后，在牌型板板肋位置架設(shè)龍門吊。拆除行車道位置處的空心板，每拱跨舊橋空心板的拆除從跨中往拱腳對稱施工，新π型橋的安裝均從拱腳往跨中對稱施工。安裝好相鄰的π型板后，及時(shí)焊接對應(yīng)的縱橫向濕接縫的連接鋼筋及進(jìn)行混凝土澆筑，最后進(jìn)行拱橋加固。見圖1。

圖1　主橋每單拱跨拆裝工序示意圖

3.2拱上空心板的拆除

為了增大加固拱段的穩(wěn)定性，在舊行車道位置處的空心板拆除前，首先拆除舊人行道位置處的空心板，安裝新π型梁，并進(jìn)行縱向濕接縫施工，從而形成整體。安裝龍門吊，然后在采用切割機(jī)將其他位置的橋面鋪裝層和空心板鉸縫切割，逐一將空心板吊離。

3.2.1人行道欄桿的拆除

人行道欄桿的拆除采用氧割的方式進(jìn)行割除，切割時(shí)以原有欄桿標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段為單元段進(jìn)行整段切割。拆除時(shí)必須先用繩索固定并向內(nèi)施力，防止欄桿向外傾斜，待整塊欄桿割除后，采用自吊車調(diào)運(yùn)至預(yù)制場進(jìn)行整體存放。

3.2.2外側(cè)π型板的安裝

在拆除欄桿后即可拆除最外側(cè)的人行道位置處的空心板，采用25 t吊車，整塊起吊最外側(cè)空心板，起吊時(shí)用鋼絲繩繞到板底捆住板的兩端起吊，確保起吊平穩(wěn)安全。然后澆筑支座墊石和安裝支座，再用平板車將π型梁運(yùn)到安裝位置，采用25 t吊車起吊安裝。最后澆筑梁端濕接頭，使每拱段內(nèi)的π型梁連接形成整體。

3.2.3空心板的拆除

采用繩鋸或空壓機(jī)風(fēng)鎬割鑿鉸縫混凝土及鋸斷鉸縫鋼筋(或采用氧割吹割)，破除梁體縱向、橫向連接；使用兩組φ22的鋼繩在板的兩端鑿孔位置進(jìn)行穿越圍兜，為防止鋼絲繩滑動(dòng)和脫落，在板的兩端均采用雙組鋼絲繩、雙繩卡進(jìn)行固定鎖死，同時(shí)在橫向?qū)摾K系住，防止鋼繩滑動(dòng)，最后用龍門吊進(jìn)行抬吊拆除至平板車上運(yùn)至棄梁場。

3.3主拱肋的加固

完成空心板拆除，即可進(jìn)行主拱肋加固，由于拱肋加固需要在半空中進(jìn)行施工，因此，吊架設(shè)計(jì)是拱肋加固的關(guān)鍵。

拱肋加固吊架采用型鋼焊接成“口”字形的架子，架子的四邊分別由2Ⅰ25a工字鋼組成。架子焊接成型后直接擺放至拱上墩柱基礎(chǔ)上，其尺寸按照墩柱基礎(chǔ)間的距離確定。一個(gè)19.0m加固基礎(chǔ)段需要3個(gè)架子，每個(gè)架子沿著縱橋向布置4個(gè)吊點(diǎn)，即在側(cè)模豎向肋對應(yīng)的底板吊耳作為吊點(diǎn)，利用φ25精扎螺紋鋼吊掛連接吊耳和上縱梁吊點(diǎn)。具體布置如圖2所示。

3.3.1鋼筋種植與安裝

為了保證混凝土外包層與舊混凝土的緊密結(jié)合，需要植筋，植筋有兩種情況：(1)拱上立柱基座下緣貫穿鋼筋鉆孔，該位置處立柱寬度以外的基座位置采用水鉆(φ30)鉆孔，遇到鋼筋直接鉆斷，鉆孔孔洞與拱背軸線相平行即可；(2)除第一種特別情況以外的鉆孔植筋，該類植筋直接使用電錘鉆孔，各位置根據(jù)設(shè)計(jì)孔徑大小選用相應(yīng)的鉆頭，鉆孔深度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)規(guī)定，不得欠鉆。在鉆孔過程中應(yīng)注意保持鉆桿與基面垂直，防止孔洞偏斜。在完成植筋后即可進(jìn)行其他鋼筋安裝，其安裝方式與其他工程無異。

圖2　拱肋吊架安裝示意圖

3.3.2模板吊架

拱肋模板采用“U”型開口整體式鋼模板，模板分成三節(jié)段，各段在立柱基座位置斷開拼接。模板在工廠制作完成后進(jìn)行試拼裝，試拼合格后運(yùn)至施工現(xiàn)場，采用船舶運(yùn)至加固位置橋下，使用龍門吊鋼絲繩采用整體式吊裝就位，就位后同時(shí)在立柱基座位置采用扁擔(dān)梁進(jìn)行擔(dān)吊，上扁擔(dān)梁采用2Ⅰ20a工字鋼焊接成型。

3.3.3混凝土的澆筑

由于加固部分截面較小，為保證混凝土的質(zhì)量，施工過程中應(yīng)加強(qiáng)振搗。在下料時(shí)，應(yīng)用鐵錘輕敲模板外壁，以使混凝土在中間不被隔斷，并且以此方法檢查已澆筑混凝土部分是否飽滿。振搗時(shí)以小直徑插入式振搗棒振搗為主，對于拱腳段整體模板底面采用高頻附著式震動(dòng)器振搗。

3.4拱上立柱蓋梁、跨中段拱腹粘貼鋼板加固施工

在粘貼鋼板加固前，用角磨機(jī)打磨粘貼鋼板區(qū)域混凝土表面2～5mm厚的表面砂漿，露出結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)的混凝土，并形成平整的粗糙面。當(dāng)表面不平整時(shí)，應(yīng)用整角磨機(jī)打磨平，再用鋼絲刷刷毛，剔出表面疏松物；對蓋梁側(cè)邊及拱肋混凝土崩邊、剝落等表面缺陷，清除表層疏松層，用丙酮或酒精清洗干凈之后，用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)找平。

按照放線定位→鉆孔→清孔→注膠→植埋鋼筋(螺桿)工序進(jìn)行施工。放線定位需根據(jù)圖紙準(zhǔn)確定位鉆孔，確?？字行奈恢梅显O(shè)計(jì)要求，如果孔位與原結(jié)構(gòu)鋼筋位置重合，可將鉆孔位置在5cm范圍內(nèi)稍作移動(dòng)；鉆孔應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)孔徑選擇鉆頭并在定位標(biāo)記處鉆孔，孔深須滿足設(shè)計(jì)要求，施工中應(yīng)防止孔洞偏斜，保持鉆桿與基面垂直；清孔用硬鬃毛刷清理，再用高壓干燥空氣吹孔底，分三次進(jìn)行，使孔位清潔干凈并用有機(jī)溶劑對孔眼進(jìn)行清洗，確?？變?nèi)的干凈、干燥；將錨固膠的A、B組分按4∶1(重量比)的比例調(diào)配均勻，根據(jù)實(shí)際施工情況確定用膠量的大小，一次調(diào)配量宜≤1 000g。植埋鋼筋(螺桿)前應(yīng)對鋼筋(螺桿)表面除銹，將螺桿插入孔內(nèi)并旋轉(zhuǎn)，用油灰刀拾盡孔口外流的膠液，固定螺桿并使螺桿垂直于梁底，嚴(yán)禁敲打調(diào)直。

人工將鋼板固定在螺桿上，為確保灌注膠的厚度，應(yīng)保證鋼板與混凝土表面的間隙在2mm左右；相鄰鋼板之間采用短鋼板搭接的方式處理，搭接鋼板表面的間隙保證在2mm左右，并與原鋼板嚴(yán)格對中。

人工按50～60cm的距離將注漿嘴粘結(jié)在鋼板的注入孔上，在鋼板邊緣插入排氣孔管然后用鋼板封邊膠封閉螺桿和鋼板邊緣，用抹刀將鋼板周邊縫隙、注漿嘴周圍間隙用封邊膠密封，封邊膠與梁底板成45度角。

3.5π型板的安裝

在完成拱肋、墩柱、蓋梁的加固施工后，采用龍門吊拱腳往跨中對稱安裝π型板，確保加載的均衡對稱性，以保證工程順序進(jìn)行。在完成π型板安裝后，分別進(jìn)行濕接縫的澆筑、橋面鋪裝、防撞護(hù)欄等附屬結(jié)構(gòu)的施工并養(yǎng)護(hù)現(xiàn)澆混凝土，完成該半幅全部施工，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，開放該半幅交通，對另外半幅進(jìn)行加固。

4　結(jié)語

通過精心組織及合理的安排，廣西藤縣西江大橋加固工程僅花費(fèi)不到一年時(shí)間便提前完成，為了對施工后的效果進(jìn)行檢驗(yàn)，特邀請廣西交通科學(xué)研究院參與加固后的檢測工作。經(jīng)檢測，本次拱橋加固的效果良好，達(dá)到了預(yù)期的目的。經(jīng)撓度及應(yīng)力、應(yīng)變測試檢驗(yàn)，結(jié)果表明其變化規(guī)律符合拱橋的撓曲線變化特征，在荷載試驗(yàn)下，其應(yīng)變測試結(jié)果滿足橋梁的受力要求，其抗裂性及橋梁構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求。

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Reinforcement Construction Key Technologies of Large-span Reinforced Concrete Box-type Arch Bridges

HU Jin-yu

(Guangxi Road and Bridge Engineering Group Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530011)

With Guangxi Xijiang Bridge reinforcement project in Teng County as the example，this article analyzed the reinforcement construction difficulty and focus of large-span reinforced concrete box-type arch bridge，proposed the technical program of deck slab removal and installation as well as main arch rib casing concrete reinforcement construction，and ensured the successful completion of semi-closed reinforcement construction，thereby providing the experience reference for the reinforcement construction of similar bridges.

Large span；Reinforced concrete box-type arch bridge；Reinforcement construction；Key technology

U448.22+3

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.07.015

1673-4874(2016)07-0058-04

2016-05-29

胡金玉(1979—)，工程師，研究方向：公路工程施工與管理。