橋梁結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)與維修加固技術(shù)

1、橋梁結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)與維修加固技術(shù)匯報(bào)人：張宇峰匯 報(bào) 提 綱背景主要工作內(nèi)容維修加固原則及程序 維修加固常用方法維修加固新方法 示例 美國(guó)橋梁破壞實(shí)例1. 背 景墩臺(tái)破損 橋面破損 省內(nèi)橋梁典型病害照片橋面破損 梁體破損護(hù)坡沉降墩臺(tái)破損1. 背 景翼緣板連接處漏水支座病害 橋梁可靠性降低的主要原因:車輛的超限運(yùn)輸 使橋梁增加了額外的載重負(fù)擔(dān)結(jié)構(gòu)的老化與病害 混凝土碳化，裂縫開展引起的鋼筋銹蝕，施工質(zhì)量差、材料強(qiáng)度下降以及常年失修和惡劣的運(yùn)營(yíng)條件等設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的演變 道路等級(jí)的提高，新舊規(guī)范荷載設(shè)計(jì)要求的不同，公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范有1974版、1985版和2004版人為的或自然的破壞 意外碰撞，地震等1. 背

2、 景橋梁維修加固的目的要求 掌握橋梁結(jié)構(gòu)狀況，完善基礎(chǔ)資料 確保橋梁工程的安全、完整、適用與耐久提高原有橋梁的通過能力與承載能力 1.背 景橋梁維修加固的基本概念 養(yǎng)護(hù)維修 ：防止缺陷的產(chǎn)生和擴(kuò)大 加固 ：提高整座橋梁承載能力（永久性、臨時(shí)性）改造：拓寬、頂升、更換、形式改變 橋梁維修養(yǎng)護(hù)中常見的問題 橋面不平、不潔 橋面欄桿破損不完整 橋頭產(chǎn)生跳車 橋梁構(gòu)件小壞不修 橋梁承載能力不足、危橋情況不明 路寬橋窄，形成“瓶頸”，影響通過能力 橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)不明，以致產(chǎn)生錯(cuò)誤和混亂 1.背 景2 主要工作內(nèi)容2.1養(yǎng)護(hù)維修 保持構(gòu)造物表面的清潔完整，防止表面的風(fēng)化和及時(shí)修理風(fēng)化部分。 保持排水設(shè)備的良

3、好狀態(tài)，除掉排水管中堵塞的泥土，防止砌縫砂漿漏水和修理其浸蝕部分。 經(jīng)常檢查各部分有無毛病發(fā)生，當(dāng)發(fā)現(xiàn)圬工上有裂縫、小洞、剝落、缺角、鋼筋外露等局部缺陷或表面損傷時(shí)，必須及時(shí)修理。 保證伸縮縫裝置能夠自由活動(dòng)，清除影響支座活動(dòng)的阻障物。 2 主要工作內(nèi)容2.1加固改造 1）對(duì)舊橋上部構(gòu)件進(jìn)行加固；2）對(duì)舊橋下部構(gòu)件進(jìn)行加固；3）拓寬橋梁的行車道或人行道；4）升高橋梁上部構(gòu)造的高度； 5）更換橋梁行車道路面或引橋路面的結(jié)構(gòu)；6）部分或全部更換橋梁損壞或破舊了的結(jié)構(gòu)物。2 加固的基本原則與加固程序2.1 加固的基本原則(1) 加固設(shè)計(jì)的要求、內(nèi)容及范圍(2) 加固后的橋梁結(jié)構(gòu)整體壽命(3) 加固設(shè)

4、計(jì)應(yīng)與施工方法緊密結(jié)合(4) 加固設(shè)計(jì)方案(5) 加固設(shè)計(jì)與原結(jié)構(gòu)的關(guān)系(6) 加固設(shè)計(jì)應(yīng)按下列原則進(jìn)行承載力驗(yàn)算 (7) 加固施工對(duì)環(huán)境的影響(8) 加固施工對(duì)新發(fā)現(xiàn)缺陷的處理(9) 加固施工中的安全措施(6) 加固設(shè)計(jì)應(yīng)按下列原則進(jìn)行承載力驗(yàn)算 結(jié)構(gòu)的計(jì)算應(yīng)根據(jù)加固后結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)力情況和實(shí)際的邊界條件 進(jìn)行。 結(jié)構(gòu)的計(jì)算截面積，保留的構(gòu)件采用基于檢測(cè)結(jié)果的計(jì)算截面 積，新增構(gòu)件采用實(shí)際有效截面積，并考慮結(jié)構(gòu)在加固后的實(shí)際 受力程度及加固部分的應(yīng)變滯后特點(diǎn)，以及加固部分與原結(jié)構(gòu)協(xié) 同工作的程度。 加固后使構(gòu)件重量增大時(shí)，應(yīng)對(duì)被加固的相關(guān)構(gòu)件及基礎(chǔ)進(jìn)行驗(yàn) 算。2.2 加固程序橋梁現(xiàn)狀評(píng)價(jià)加固工

5、程可行性研究報(bào)告加固工程施工圖設(shè)計(jì)加固工程施工、監(jiān)理招標(biāo)施工組織設(shè)計(jì)施工驗(yàn)收(1) 橋梁現(xiàn)狀評(píng)價(jià)使用功能評(píng)價(jià)： 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 橋涵各部完好程度 橋梁養(yǎng)護(hù)狀況及意外事故的分析承載能力評(píng)價(jià)： 原結(jié)構(gòu)復(fù)算 基于檢測(cè)結(jié)果的承載能力評(píng)定 荷載試驗(yàn)鑒定(2) 加固工程可行性研究報(bào)告 概述 橋梁現(xiàn)狀評(píng)價(jià)及發(fā)展環(huán)境 交通量預(yù)測(cè) 加固技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 加固建設(shè)條件與加固方案選擇 投資估算及資金籌措 實(shí)施方案 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 問題與建議(2) 加固工程可行性研究報(bào)告 橋梁現(xiàn)狀評(píng)價(jià)及發(fā)展環(huán)境 原設(shè)計(jì)概況 在交通運(yùn)輸網(wǎng)中的作用 存在的問題 基于檢測(cè)結(jié)果的使用功能評(píng)價(jià) 基于檢測(cè)結(jié)果的承載能力評(píng)價(jià) 加固的必要性和緊迫性(7) 加固工程驗(yàn)收

6、一般規(guī)定 橋梁加固工程只分為竣工驗(yàn)收一個(gè)階段 竣工驗(yàn)收工程質(zhì)量等級(jí)分為合格和不合格 竣工驗(yàn)收工程質(zhì)量評(píng)定采用100分制驗(yàn)收條件 試運(yùn)營(yíng)1年后 對(duì)加固工程已進(jìn)行全面檢測(cè) 竣工決算、審計(jì)已完成 各參建單位完成工作報(bào)告3 結(jié)構(gòu)維修加固常用方法3.1 裂縫和鋼筋銹蝕處理3.2 混凝土梁、板加固方法3.3 混凝土墩柱加固方法 增大截面法，外包鋼法，外包纖維布法，預(yù)應(yīng)力加固法，增補(bǔ)樁加固法， 擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法，增補(bǔ)樁基加固法，墩臺(tái)基礎(chǔ)的旋噴注漿加固法 等3.1.1 裂縫種類 荷載裂縫，沉降裂縫，收縮裂縫，干縮裂縫，沉縮裂縫，溫度裂縫，張拉裂縫，施工裂縫 等3.1.2 裂縫的判定 一般認(rèn)為以下裂縫是有害的：

7、損害結(jié)構(gòu)使用功能的裂縫；寬度超過規(guī)范規(guī)定范圍值的裂縫；沿鋼筋的縱向裂縫（易引起鋼筋銹蝕）；嚴(yán)重降低結(jié)構(gòu)剛度或影響結(jié)構(gòu)整體性的裂縫；嚴(yán)重?fù)p害建筑物美觀的裂縫3.1.3 裂縫處理 裂縫灌漿和表面修補(bǔ) 3.1 裂縫和銹蝕鋼筋的處理表面處理法：適用性：用于修補(bǔ)寬度小于0.2mm的裂縫。表面涂抹法適用于漿材難以灌入的細(xì)而淺的裂縫，表面貼補(bǔ)法適用于大面積漏水的防滲堵漏。包括表面涂抹和表面貼補(bǔ)法。（1）該方法只能處理混凝土表面淺層的微小裂縫。（2）該方法只能達(dá)到防水的目的，但對(duì)結(jié)構(gòu)的修復(fù)無任何貢獻(xiàn) 。（3）涂刷的樹脂保護(hù)膜是高分子有機(jī)物，長(zhǎng)時(shí)間直接暴露在外界環(huán)境中極易老化失效，且對(duì)周圍環(huán)境有影響。 主要缺點(diǎn)

8、灌漿法：適用性：適用于修補(bǔ)寬度大于0.2mm的裂縫。深度較淺的裂縫以及小規(guī)模裂縫的簡(jiǎn)易處理可采用取開 型槽，然后作填充處理。包括填充法和壓力灌漿法。（1）灌漿法雖然能處理較寬的裂縫，達(dá)到防水及一定程度上的補(bǔ)強(qiáng)目的，但無法處理微小裂縫。（2）灌漿法需要專用施工設(shè)備，施工工藝也比較復(fù)雜。（3）灌漿法一般都使用有機(jī)高分子材料對(duì)裂縫進(jìn)行處理，其耐久性差，且不環(huán)保。主要缺點(diǎn)裂縫灌漿施工要求裂縫處理封縫封縫檢查配制漿液灌漿封口檢查埋設(shè)灌漿嘴埋設(shè)灌漿嘴、封縫注意：在一條裂縫上必須有進(jìn)漿嘴、出漿嘴。對(duì)于細(xì)小的裂縫，用環(huán)氧膠泥封縫，對(duì)于較寬的裂縫，可粘貼玻璃絲布封縫。安裝持續(xù)加壓式灌漿嘴灌漿用彈性束帶注射筒持續(xù)

9、加壓新型無機(jī)裂縫修補(bǔ)材料CS-21 僅需要水和未完全水化反應(yīng)的混凝土即可，通過噴涂水化反應(yīng)誘使劑CS-21（無色透明、無毒，可溶于水）即可不斷促使水化反應(yīng)的發(fā)生，在裂縫處生成結(jié)晶體，填充修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫。已被應(yīng)用于橋梁、污水處理池、護(hù)坡、停車場(chǎng)、體育館等裂縫修補(bǔ)。施工及滲透示意表層以下50mm處混凝土切片電鏡掃描圖片未經(jīng)處理混凝土結(jié)晶過程的初始狀態(tài)結(jié)晶過程的成熟狀態(tài)施工前施工后清除破碎混凝土鋼筋除銹涂防銹漆涂抹混凝土界面粘結(jié)劑用不收縮水泥砂漿抹平3.1.4 鋼筋進(jìn)行防腐處理3.2 混凝土梁、板加固方法3.2.1 增大截面加固法3.2.2 改變受力體系加固法3.2.3 預(yù)應(yīng)力加固法3.2.4

10、粘貼鋼板加固法3.2.1 增大截面加固法原理：在原有構(gòu)件的基層上面或下面再澆一層新的混凝土和補(bǔ)加鋼筋，以提高原有構(gòu)件的承載力。效果：有效地增加構(gòu)件的承載能力和剛度。注意事項(xiàng) （1）將原構(gòu)件在新舊混凝土粘合部位的表面鑿毛后，或者涂覆107膠聚合水泥漿或者在原構(gòu)件澆筑面上每隔一定距離鑿槽，以形成剪力健。 （2）新澆混凝土強(qiáng)度等級(jí)宜比原構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高一級(jí)。 （3）新澆混凝土最小厚度對(duì)于梁，不小于60mm；對(duì)于板，不小于40mm。 （4）在新澆柱之前，原構(gòu)件表面應(yīng)保持濕潤(rùn)，但不得有積水。梁的上面澆注混凝土梁的下面配筋并澆注混凝土老混凝土d新混凝土剪力鍵鑿槽，形成剪力鍵老混凝土新混凝土化學(xué)聚合物

11、水泥漿對(duì)于板4mm對(duì)于梁6mm加涂一層聚合物水泥漿增大截面的幾種方法3.2.2 改變受力體系法原理：在梁、板的中間部位增設(shè)支點(diǎn)、支柱或?qū)⒍嗫绾?jiǎn)支梁改為連續(xù)梁。優(yōu)點(diǎn)：大幅度降低計(jì)算彎矩，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力、減小撓度、縮 小裂縫，達(dá)到加固目的。缺點(diǎn)：影響了使用空間，破壞了整體效果。增設(shè)支點(diǎn)增設(shè)支柱M1maxM2maxM2max6.010.0T梁翼緣板根高度（cm）20.015.8319.0橡膠支座類型板式橡膠支座板式橡膠支座彎橋宜選用圓形橡膠支座預(yù)應(yīng)力砼T梁施工方法現(xiàn)澆施工預(yù)制施工預(yù)制施工橋梁構(gòu)造和關(guān)鍵設(shè)計(jì)尺寸及施工工藝復(fù)核結(jié)果一覽表(續(xù)表） 七、橋梁承載力及力學(xué)性能分析項(xiàng) 目桿系有限元模型空間

12、實(shí)體有限元模型建模目的分析T梁設(shè)計(jì)承載力是否復(fù)核設(shè)計(jì)要求；分析有無橫梁時(shí)的橫向分配系數(shù)的變化；分析有無中橫梁時(shí)大橋整體及局部受力性能所用計(jì)算分析軟件橋梁博士3.0Ansy6.1.1單元形式平面梁?jiǎn)卧獙?shí)體元單梁還是多梁模型單梁計(jì)算模型多梁計(jì)算模型主要計(jì)算參數(shù)見表F2-1F2-3所示及圖F2-1,F2-2見表F2-1F2-3所示及圖F2-1,F2-2分析工況無橫梁工況；有橫梁工況不考慮鋪裝層和現(xiàn)澆層；考慮鋪裝層和現(xiàn)澆層；無中橫梁對(duì)稱加載有橫梁時(shí)的對(duì)稱加載無中橫梁時(shí)的偏載；有橫梁時(shí)的偏載；未考慮鋪裝的單個(gè)T梁模型三維圖示 考慮鋪裝的單個(gè)T梁模型三維圖示 有中橫梁（3道）的雙車加載模型 無中橫梁（3道

13、）的雙車加載模型 工況3時(shí)跨中斷面剪應(yīng)力及撓度分布分布云圖 工況4時(shí)跨中斷面剪應(yīng)力及撓度分布分布云圖 單車作用下跨中斷面的剪應(yīng)力及撓度的計(jì)算結(jié)果分析 橫梁增加前后，翼緣板的受力狀態(tài)更為安全，橋梁橫向剛度得到較大提高，因此增加中橫梁將有提高全橋的整體性。工況1時(shí)跨中斷面剪應(yīng)力及撓度分布云圖工況2時(shí)跨中斷面剪應(yīng)力及撓度分布分布云圖 雙車作用下跨中斷面的剪應(yīng)力及撓度的計(jì)算結(jié)果分析 橫梁增加前后，翼緣板的受力狀態(tài)更為安全，橋梁橫向剛度得到較大提高，因此增加中橫梁將有提高全橋的整體性。工況1時(shí)，跨中斷面橫向拉應(yīng)力分布云圖 雙車作用下橫向拉應(yīng)力分析結(jié)果 工況2時(shí)，跨中斷面橫向拉應(yīng)力分布云圖 T梁承載能力驗(yàn)

14、算分析結(jié)果：（1）由表F2-5和表F2-6可知，增設(shè)中橫隔梁后，中T 梁最大橫向分配系數(shù)降低為30.1%，邊T梁的最大橫向分配系數(shù)增加10%左右，橫梁的增設(shè)改善了各梁的受力狀態(tài)。（2）由表F2-1F2-2和表F2-24-2的對(duì)比分析可知，增設(shè)中橫梁前后，大橋T梁的安全儲(chǔ)備出現(xiàn)改變：中T梁的安全儲(chǔ)備由18% 增加至23%，得到了一定的提高；邊T梁的安全儲(chǔ)備由37%減小至26，中橫梁的增設(shè)，使得各梁的安全儲(chǔ)備發(fā)生改變，且各片梁的安全儲(chǔ)備系數(shù)趨于均勻，對(duì)大橋的整體受力有利。 力學(xué)分析及結(jié)果T梁橋?qū)嶓w有限元模型力學(xué)性能分析結(jié)果：（1）根據(jù)不同工況下的受力分析，中橫梁的增加與否對(duì)大橋受力狀態(tài)特別是翼緣板

15、的受力狀態(tài)影響較大，同時(shí)增加橫梁可提高荷載橫向分配能力，對(duì)各T梁的受力都有利。（2）無中橫梁時(shí)， 各T梁撓度呈曲線分布，橫向彎曲現(xiàn)象明顯，翼緣板頂面承受較大的橫向拉應(yīng)力，最大值為1.77Mpa，小于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度2.45Mpa的限制；T梁間翼緣板鉸縫處最大剪應(yīng)力為1.88Mpa，小于混凝土直接抗剪強(qiáng)度4.7Mpa 的限制。（3）增設(shè)中橫梁后各T梁的撓度呈直線分布，翼緣板幾乎無拉應(yīng)力產(chǎn)生，對(duì)翼緣有利。此時(shí)橫梁砼所受拉應(yīng)力為1.88Mpa，小于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度2.45Mpa的限制；同時(shí)，T梁間翼緣板鉸縫處最大剪應(yīng)力為接近為0Mpa，最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在橫梁上。 力學(xué)分析及結(jié)果三、病害產(chǎn)生原因分析橋梁橋面

16、鋪裝層縱向裂縫原因分析 由于T梁未設(shè)置中橫梁，造成成橋橫向整體剛度偏弱（與有中橫梁相比），橋面鋪裝層在使用荷載作用下縱向微小裂紋不斷擴(kuò)展而斷裂，形成微小的縱向裂紋；微小的縱向裂紋出現(xiàn)后，橫向剛度減弱，T梁間的橫向變形繼續(xù)增大，橫向彎曲現(xiàn)象更加明顯。 橋梁橋面鋪裝層橫向裂縫原因分析 鋪裝層所承受的是車輛荷載產(chǎn)生的重復(fù)拉應(yīng)力的作用，容易產(chǎn)生疲勞性微小裂縫，并逐漸展為明顯的橫向裂縫。 橋面鋪裝層破損嚴(yán)重、空洞、碎裂、網(wǎng)裂原因分析當(dāng)橋梁縱向裂縫及橫向裂縫出現(xiàn)后，橋面鋪裝基本不再能繼續(xù)參與受力，其結(jié)果直接導(dǎo)致橋梁橫向傳力能力和整體橫向剛度均有所降低，縱向裂縫數(shù)量逐漸增多出現(xiàn)大面積的碎裂、網(wǎng)裂現(xiàn)象，橋面砼

17、鋪裝層厚度及標(biāo)號(hào)選擇直接影響到橋面的抗剪能力。 橋面鋪裝層防滑紋幾乎被磨光原因分析其一、本次四座橋梁均為曲線橋梁在使用荷載作用下，橋面承受著縱橫兩個(gè)方向的摩擦力。其二、本次四座橋梁橋面防水砼標(biāo)號(hào)為C30，其抗剪強(qiáng)度及抗磨耗能力相對(duì)偏低。 伸縮縫處板式橡膠支座剪切變形及老化原因分析 其一、本次四橋橋梁均為曲線橋梁，最大橫向超高為5%。當(dāng)施工時(shí)支座底面和頂面未能確保平行，在上部結(jié)構(gòu)自重和車輛荷載作用下極易發(fā)生橫向剪切變形；其二、當(dāng)溫度變化時(shí)，梁體出現(xiàn)一定深長(zhǎng)和縮短時(shí)，支座同樣會(huì)發(fā)生縱向變形。 左右幅橋間分隔帶處接縫漏水嚴(yán)重；相鄰邊梁翼緣板間沒有進(jìn)行密封處理；分隔帶上的土壤與橋面間未鋪設(shè)防水材料（或

18、雖有防水材料，但已老化開裂）。 部分伸縮縫橡膠條損壞漏水明顯；橋梁瀉水孔處梁體被雨水侵蝕痕跡明顯。部分路段鋼筋混凝土護(hù)欄破損 伸縮縫膠條損壞漏水，主要原因在于沒有及時(shí)養(yǎng)護(hù)和更換橡膠條。 部分瀉水管下出口平面與翼緣板端底面平齊（這與設(shè)計(jì)竣工圖紙有所差異較大），因此橋面的雨水總是沿著梁體被排掉而不能直接從瀉水管排放至橋下。 車輛的刮擦和碰撞很容易造成護(hù)欄混凝土破損和脫落。四、病害危害及整治對(duì)策 根據(jù)橋梁病害狀況及相關(guān)成果，我院工程檢測(cè)中心研究制定了病害整治措施等一攬子方案，供業(yè)主參考。 （1）增設(shè)中橫梁，增加T梁間的橫向整體剛度。（2）大橋橋面改造方案。全面型方案：將原有6cm厚防水混凝土鋪裝層完全鑿除，然后把現(xiàn)澆層表面整平鋪設(shè)防水層，最后在防水層表面攤鋪新型路面材料SMA混合料。經(jīng)濟(jì)型方案：橋面改造中，橋面層材料不變。改造過程中，對(duì)橋面破損明顯區(qū)域進(jìn)行大面積鑿除和修補(bǔ)；對(duì)于大面積的網(wǎng)裂橋面完全鑿除，重新澆注施工混凝土；對(duì)于裂縫數(shù)量較少的部位，