顶升加固技术在大型桥梁维修中的应用

   中图分类号U445.7+2
  结合广州海印桥南引桥过渡墩维修加固工程实践,对桥梁顶升加固施工工艺的关键步骤、质量控制以及工程管理方法进行了探讨。
  关键词桥梁加固顶升质量控制
  广州海印桥是广州内环线上跨越珠江的一座特大桥,该桥于1988年12月通车。广州海印大桥由南、北引桥和主桥三部分组成,总长1130.75m,北第一联至北第三联以及南第一联至南第四联采用连续刚构结构,北第十七跨至北第二十二跨采用空心板简支结构,主桥为塔梁墩固结的连续刚构斜拉桥体系。由于近年交通量的大幅增长以及超重车、集装箱、大吨位车的急剧增多,环境污染、极端的自然环境的日益加重,加快了桥梁的破损,也造成了桥梁自身加速老化,寿命缩短。经过对现有桥梁进行检测、鉴定、加固是十分必的。本文结合海印桥南引桥过渡墩顶升法加固施工实践,从桥梁病害分析入手,深入浅出的阐述了桥梁顶升法加固维修施工工艺,以及笔者探讨性总结了该项目管理过程中关键质量控制点。
  一、桥梁病害分析
  从南引桥过渡墩裂缝分布的形式及裂缝的长度、宽度等表观特征来看,大部分的裂缝均为受力裂缝,裂缝的存在与发展,导致该墩的承载能力不断下降。过渡墩裂缝分布有以下三种形式
  1、盖梁两悬臂处竖向裂缝裂缝起点一般位于盖梁顶端向下发展至翼缘下端,最长超过3m,最大缝宽在0.16mm~0.80mm范围,裂缝最大深度在10mm~110mm范围,而且越过表层钢筋往内部发展。
  2、盖梁跨中处横向裂缝平行于盖梁底面,除靠翼缘与墩身角隅处裂缝宽度、深度较大外(宽度最大1.22mm,深度最大115mm),其它靠中部裂缝缝宽一般小于0.20mm,浅层分布。
  3、与盖梁结合处墩身裂缝分布在墩身前侧及东西两侧,该处混凝土因应力过大而拉裂,裂缝较长,达30~60cm,缝宽较大,表现为混凝土局部碎裂。
  经综合分析病害产生的主原因有
  1、该桥于1988年建成通车,至今已有20年左右,特别是近年来,交通发展迅速,且超载车辆上桥行驶的现象时有发生,致使该桥墩长期处于超负荷工作状况,导致桥墩出现较多的病害。
  2、主桥过渡跨与过渡墩间伸缩缝未清除干净,中间填存石块,主梁的温度变形受阻,其温度力施加到盖梁上,导致盖梁横向裂缝及墩柱顶45°斜裂缝的产生。
  3、盖梁高2.8米,但厚度较薄,仅为0.35米,引桥支承中心点的偏移导致盖梁产生纵向弯矩,同时引桥支座可能损坏,引桥温度力、制动力等水平荷载施加到盖梁上,也是盖梁产生水平裂缝及墩柱顶45°斜裂缝的原因。
  4、由于单车道与引桥过渡墩基础的不均匀沉降,造成单车坡道桥墩盖梁对引桥过渡墩盖梁有顶托作用,也是盖梁悬臂部分产生裂缝的原因。
  5、由于结构裂缝发展,砼碳化深度不断增加,钢筋不断锈蚀,承载能力逐步下降,在车辆荷载长期作用下,病害日趋严重。
  二、顶升法加固施工工艺
  1、施工方案及步骤
  通过临时墩临时支承引桥上部结构,保持桥梁上部结构在现有状况下同步顶升,使其代替过渡墩受力,然后凿除过渡墩墩身以上盖梁及墩身与新浇筑混凝土接合面混凝土3cm,使得墩身钢筋外露。通过植入钢筋的方式,将加大部分墩柱钢筋和新建的盖梁钢筋绑扎后,立模,浇筑混凝土,形成加固后的过渡墩。加固后的过渡墩尺寸由1.6*1.8米变为加固后1.6*2.65米,新建盖梁平面尺寸高度降低0.2米,厚度由0.35米变为1.1米,引桥上部结构支撑中心线位置相应移到新建盖梁中心线上。施工工艺流程如下
  临时钢管柱基础→临时钢管柱安装→ 顶梁设备安装(脚手架)→顶升→拆除盖梁→植筋→新建盖梁→盖梁养护→安装橡胶支座→落梁→其他附属结构安装(伸缩缝等)→拆除临时钢管柱→清理现场。
  2、顶升法加固原理及优点
  桥梁整体顶升的重点在于保持桥梁上部结构的完整性,其原理方法就是保持桥梁上部结构在现有状况下同步顶升。整体顶升是解决净空不足最简单、最直接、最节省、最有效的好方法。一方面,该法不会损坏现有桥梁整体结构,实现整体升高; 另一方面,顶升过程中,尽可能减少中断交通的时间或不中断交通。该技术的应用,不仅能确保桥梁上部结构的完整性,抬升过程中满足通车求,节省工程投资,又缩短施工工期,对交通的压力影响小,施工操作简便、易行,技术可靠。
  三、顶升质量控制点
  为确保顶升法加固施工质量,在项目的组织和管理过程中,需把握好以下几项点
  1、分析工程难点,做好施工前准备
  该顶升加固施工的重点和难点在于桥梁板底部与原地面只有8m的净空,大型吊装机械无法使用,需采用合理的小型吊装机械;盖梁施工时,距离梁板底部的肋梁就只有三十多厘米,给施工增加了很大的难度;工程范围属于交通道,车流量非常大,交通疏导压力大,同时给施工安排和安全管理带来巨大的压力;梁板顶升与落梁作业,难度大、风险大,稍有不慎可能引发破坏性的后果。
  为做好前期准备工作以及应对上述困难,首先设计考虑最不利于工程及日后正常运营时主体结构和安全稳定性进行反复验算;其次在施工前组织《实施性施工组织设计》可行性专家评审会,会议针对性的提出了细化顶升及落梁方案的意见,例如顶升千斤顶应调整到地面,并根据顶升力验算其地面承载力;施工时7组千斤顶独立顶升,由顶升变形量和顶升力协调其同步情况,且相邻两个千斤顶的顶升变形量不宜大于0.5mm;进一步细化分级顶升程序以及每级持荷时间和落梁程序。最后管理上按项目法组织施工,按网络计划进行动态管理,按ISO9000标准严格控制施工过程,合理配备资源,科学组织施工,充分预见不利因素,确保安全有序,确保各工序质量达到优良标准。
  2、施工阶段质量控制
  首先做好顶升控制。顶升前临时封闭桥上交通,引导过桥车辆通过周边路网分流。千斤顶选择采用YCW100B千斤顶8台(7用1备,均已标定好的)。安装百分表测量地基下沉量以及测量千斤顶顶升量,确保绝对顶升位移量等于测千斤顶顶升量百分表读数减测地基下沉系统的百分表的读数。用装好压力表千斤顶顶在平衡梁上,每个千斤顶每次顶升的高度按0.5mm控制,持荷2分钟。每个千斤顶配置专业人员指挥,总指挥在顶升前,对每个专业人员进行技术交底,专业人员必须绝对服从总指挥。在正式顶升前,实行顶升指挥系统的演练。正式开顶前,调好百分表、油压表,做好准备工作。安装预先设定的0.5mm顶升一次,持荷2分钟,同时读出压力表和百分表,并记录。千斤顶顶升至5mm时,开始垫钢楔块,塞紧钢楔块后,千斤顶减压力,测量梁板是否与盖梁完全脱离,如果没有,重复上述步骤,继续塞钢垫楔,确保盖梁与梁板脱离3mm。
  其次做好观测。顶升位移观测主通过测地基下沉系统的百分表和测千斤顶顶升量系统的百分表进行观测。测地基下沉系统的百分表一端固定在桥梁承台上,另一端(表头)安设在基础的钢板上。测千斤顶顶升量系统的百分表一端固定在梁板顶部,另一端(表头)固定在连接两钢管柱的工子钢上。绝对顶升位移量应等于测千斤顶顶升量百分表读数减测地基下沉系统的百分表的读数。顶升完成后,每个在放千斤顶工字钢的位置安标尺(刻度精确到0.5mm的),进行施工期间梁板观测,每4小时观察一次,一周以后,每8小时观察一次。在顶升完成后,位移观测2天,没有变化的情况下,方可开始拆除盖梁。
  最后控制好落梁。落梁与顶升程序相类似,在封闭交通的前提下,先按照顶升的程序(同上)顶升1~2mm。取出临时钢管柱的钢垫板,千斤顶收油按每次0.5mm控制下降,直至梁板落至新建盖梁的橡胶支座上。
  四、 结语
  在桥梁养护维修或改造中,经常造成道路交通影响较大的问题,整体顶升技术不仅可以克服这一困难,并且可以缩短工期,提高维修加固质量。在海印桥南过度墩顶升加固完工并正常运行2个月后,通过对该桥梁体、墩柱、支座和桥面系进行检测,确定结构状况均良好。实践证明,上述桥梁整体顶升技术安全可靠,工艺科学合理,操作简单可行,值得进一步推广和应用。
  参考文献
  1 王记平,程园.高速公路桥梁加固处治方案及施工工艺 河北交通科技 2010,(6)50-53
  2 杨修志. 整体顶升技术在桥梁加固中的应用 山东交通科技 2011,(3)52-55
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