桥梁下部结构承台加固设计验算与施工验证
  创建时间: 2016-04-28 13:23

从桥梁加固的部位来分,桥梁可分为上部结构加固、下部结构加固。桥梁下部结构加固常用方法有:扩大基础加固法、高压旋喷注浆加固法、钢筋混凝土套箍及外包钢板等。需要说明的是,这些加固方法的应用有的并不是单一的,必须根据实际情况来选择加固的方法或者相互结合使用,并且在这些方法的使用之前,必须先将桥梁的裂缝、麻面等病害处理完之后方才进行加固。

我国桥梁设计载重标准经历了标准由低到高的发展过程,原先设计规范标准较低,加上日益增涨的交通量,船体吨数越来越大,内陆河千万吨级船越来越多,造成对下部结构,尤其是桥墩承台相当大的破坏,一大批桥梁出现不同程度的病害,结构老化、破损、变形较大、开裂现象严重,承台的持荷能力明显下降,有相当一部分成为危桥,我国的桥梁安全状况不容乐观。

1、承台加固设计参数调查

桥属深水大跨桥,全长1264.98m。上部结构为9×25m预应力混凝土T型准连续梁+35.4m+11×50m+35.4m预应力混凝土箱型连续梁+17×25m预应力混凝土T型准连续梁,全桥分为5联,部分墩为水中墩;下部结构为钢筋混凝土双柱桥墩,墩柱及桩基之间以承台连接,桥台为肋型,下设承台。承台平面尺寸为6.4×5.2米,高2米,每个承台下设4根直径为φ1.5m的钻孔桩,承台底位于冲刷线以上,属于高桩承台。
桥下航道现在通行船舶在3000t,远大于设计五级航道标准,承台多次受到撞击,影响桥梁安全。

河道内的承台均有被船撞击的痕迹,部分承台最为严重,最大裂缝宽度达8mm;涨潮时裂缝浸没在海水中。下游侧裂缝存在典型的剪切缝;上游侧出现八字缝;现场检测有开合情况,表明裂缝还在发展中。

2、设计理论计算

第一节1m混凝土浇注支反力计算结果

承台顶支反力计算,最大支反力为8.6t,考虑支点垫混凝土强度达10MPa、承台支点设计面积不少于100cm2能满足使用要求。为保证顶层2m高混凝土的浇注,各支点位置需植筋浇注支垫抬高不少于50cm。
考虑吊模受力的第二节2m高混凝土浇注计算

计算假设:①考虑侧面植筋机械锚固剪力,并承担第一节和第二节混凝土的重量;②不考虑新老混凝土粘结剪切受力;③不考虑承台底部混凝土的直接粘结作用;④考虑底部1m高混凝土抗压强度达到50%。
进一步假设新浇注的2m混凝土的重量不由侧面植筋承担,而由吊模承担,偏保守考虑为吊模结构设计的依据。

2m混凝土的重量为56t,由外围12根φ25的精轧螺纹钢筋承担,每根钢筋重约7.3t(考虑1.5的不平衡受力系数),单根φ25精轧螺纹钢的设计安全系数为3.2。

承台上横梁最大承压支反力为8.5t。承台上横梁最大拉应力为92MPa,最大位移9.8mm,小于允许值14.8mm,满足使用要求。

不考虑植筋机械锚固剪力及吊模受力的第二节2m高混凝土浇注计算

计算假设:①考虑底部1m高混凝土抗压强度达到50%;②考虑新老混凝土粘结剪切受力,并承担新浇注混凝土的重量;③不考虑侧面植筋机械锚固剪力;④不考虑承台底部混凝土的直接粘结作用。
采用C40普通混凝土浇注后2m加固段(流动性相对较小,侧模压力相对较小)。顶部2m混凝土浇注时,承台新老混凝土截面粗糙度为2mm―2.4mm时,底部1m高混凝土抗压强度应达到50%(不少于3天强度)时。按式(1)进行新老混凝土粘结剪切强度的上限计算

其中:ft1/MPa为老混凝土的抗拉强度;ft2/MPa为新浇自密实混凝土的抗拉强度;fc/MPa为新浇自密实混凝土的抗压强度;当粗糙度为2mm―2.4mm时,k2取为0.367。
计算新老混凝土粘结剪切强度的上限为2.5MPa,不考虑承台底部混凝土的直接粘结强度和剪力钢筋的作用,承台外新老混凝土结合面抗剪合力为2900t,(下部1m+上部2m)混凝土的重量为95t,计算安全系数为30。
计算表明,后期2m高混凝土浇注是安全的。

按各种不利工况计算,第一节、第二节混凝土浇注时现有的吊模机构满足相关规范要求,14#桥墩承台外包混凝土采用吊模施工是可行的;
施工时,建议在迎潮侧增加模板内支撑钢筋;建议第一节1m混凝土浇注侧模底部固定于承台底部横纵梁上,顶部采用承台植筋拉杆固定;吊模安装时,先下置吊模安装模板,再整体提升吊模至设计位置,最后锚固吊杆固定。

3、总体施工步骤

考虑到吊模钢筋混凝土施工的安全性和施工过程中操作难度的影响,拟采用在承台顶面设置C40混凝土垫块,垫块顶面预埋20mm后钢板。吊架铺设型钢梁与承台底面型钢梁,用25精轧螺纹钢筋作为吊杆,底模采用木模,采用在型钢梁上铺设工字钢作为支撑,承台底面植筋与底面钢筋网连接。侧模采用原有钢模板,上下层模板间夹木方,在承台侧模种植钢筋与拉杆进行焊接固定。侧模采用现有钢模与木方相结合的方式。

承台上吊模支架下设支架垫块垫于承台之上,并连接拉杆。利用拉杆支撑进行模板下部吊模支撑的安装,之后按照模板拼装图进行模板拼装。至此,吊模系统构建完成。

在承台顶面按实际要求布置C40混凝土垫块,尺寸为20*20*80cm,支撑垫块顶面预埋20mm后钢板,垫块及预埋钢板控制在同一水平面。混凝土垫块浇筑须在承台钢筋绑扎前进行。

安装时先进行承台顶面型钢梁平拼装,用支座反力将型钢梁固定,安装精轧螺纹钢拉杆,最后安装承台底面型钢梁,调平至同一水平面。

底模安装:为方便施工,底模全部采用木模进行拼装,木模下部支撑采用满铺钢管,钢管用拉杆与承台底面植筋连接。侧模安装:侧模采用承台侧面种植拉杆钢筋与模板外侧钢管进行锚固。

承台外包混凝土浇筑分两次进行,第一次浇筑高度为95cm的C40自密实抗渗混凝土,待2~3天后浇筑余下部分205cm高C40普通抗渗混凝土。

承台吊模施工方案,有效的解决了承台混凝土强度不足、钢围堰施工困难及施工空间狭小等困难,实现了经济有效安全的目标,为相关工况下桥梁加固提供了较多经验。

随着旧桥年限增大及车船标准提高,旧桥越来越不能适应现代社会交通压力,通过各种桥梁加固方法,可以延长桥梁的使用寿命,用少量的资金投入,使桥梁能满足交通量的需求。

加压气化产品(查看

抱歉,您还不是VIP会员,无法查看详细信息

VIP会员可免费查看

立即开通VIP会员
点击了解如何开通VIP会员