2007年 第28卷 第3期国外建材科技
高速公路桥梁养护技术探讨
熊平高1,杨应波2
(1.湖北楚天高速公路股份有限公司,武汉430070,2.湖北省高速公路实业开发有限公司,武汉430070)
结合高速公路养护管理实践,通过理论研究和汉荆高速公路桥梁改造加固施工,从桥梁的检查、评价及养摘 要: 护等技术环节作了详细的研究,并将其应用于桥梁改造加固的工程实际中,获得了较好的应用效果,希望该技术在公路桥梁养护工作中能推广应用。
关键词: 桥梁检查; 桥况评价; 养护技术; 桥梁加固
DiscussAboutMaintainingTechnologyofExpresswayBridge
XIONGPing2gao,YANGYing2bo
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(1.HubeiChutianExpresswayStockCo,Ltd,Wuhan430070,China;2.HubeiExpresswayBusiness
DevelopmentCo,Ltd,Wuhan430070,China)
Abstract: Inthispaper,combinedwiththemanagepracticeofexpresswaymaintaining,throughthetheoryresearchand
theconstructionoftherebuildingandthereinforcingtothebridgeintheWuhan2Jingzhouexpressway,itwasstudiedin2detailfromthebridge’schecking,evaluating,maintainingandsoon.Thenusingtheseintheengineeringpracticeoftherebuild2ingandthereinforcingtothebridge,betterapplyingeffectwasgot.Soitwashopedthesetechnologiescouldbeputwidelyintouseinthemaintainingoftheroadbridge.
schecking; bridge’sevaluating; maintainingtechnology; bridge’sreinforcingKeywords: bridge’
汉宜高速公路大部分经过湖泊水系众多的江汉
平原,从1992～1995年分段竣工通车,共有桥梁涵洞742座。其中,大桥特大桥12座,中小桥345座,涵洞通道385道,大部分桥梁已运营约15年。由于交通发展迅猛运输车辆超载严重,现有公路技术汽车荷载标准改变,这些桥梁一部分已不能满足2004
(JTGB01—年交通部颁布的《公路工程技术标准》
2003),其中个别桥梁已判定为危桥。故对这些桥梁进行综合评估与改造加固势在必行。文中通过大量调查并结合实桥改造施工情况,从桥梁的检查、评价及养护等技术环节作了研究。
1 桥梁结构衰减趋势
桥梁结构同任何建筑结构一样,都有一定的设计使用寿命,符合自然衰减的规律。认识和掌握这一自然规律对桥梁养护有着重要意义。桥梁结构承58
图1 桥梁结构性能衰减趋势图
受各种自然环境因素的影响,如混凝土碳化、钢筋锈
蚀、预应力损失、墩台冲刷,以及承受各种非自然因素的人为破坏,如意外损伤,车辆超载等,使桥梁结
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构性能衰减呈不可逆性。桥梁一旦建成通车,其结
构性能会随时间而不断衰减,若不加强养护,定期检测,适时采取措施加固维修、提载升级,则其结构性能衰减趋势将更甚。图1反映了桥梁结构性能随时间的衰减趋势。
2 桥梁检查
2.1 桥梁养护的一般程序
和技术人员必须尽可能收集,该桥的设计文件、施工
文件、竣工文件和养护档案,尽可能多的了解该桥的现状。当缺乏资料时,应向设计、施工、验收、养护当事人了解有关的设计、施工和养护资料(包括车辆通行资料)。
(2)结构尺寸检测 采用测定仪器和钢尺等对桥梁实际结构尺寸如断面尺寸、跨径、标高、轴线等进行直接测量和丈量,对此设计资料,确定符合程度。
(3)结构性能检测 结构性能检测主要是对混凝土强度、钢筋强度等性能的检测,该桥测一般在专门检查中实施,可采用回弹仪、超声波脉冲法,甚至钻芯取样检测混凝土强度。对钢筋强度的检测可采用保护层测定仪,甚至凿开保护层进行应力应变检测。(4)结构缺陷检测 结构缺陷检测包括:①混凝土外观质量检查,如空洞、蜂窝度面、层理、剥落、变酥、隆起、露筋、锈蚀等;②结构裂缝情况及发展;③结构变形情况,如沉降、冲刷、轴线变位等,以及其他结构缺陷。
将以上桥梁资料的收集与桥况的检查资料建立数据库文件,形成桥梁健康档案。
我国桥梁养护工作的一般程序如图2所示。养护工作的主要内容除了一般性维护、清扫外,最重要的工作就是桥况养护检评,根据桥况检评情况确定一般性养护内容。小修保养纳入一般性养护工作,全年养护经费定额包干。桥梁大中修工程必须提交桥况检评报告,编制养护预算,纳入年度公路桥梁大中修计划。桥梁重大加固和提载升级工程,则必须经荷载试验,专题研究,编制工程预算,施工招标投标实施。
3 桥况评价
3.1 检查分析评价
用检查和分析计算相结合的方法对桥梁进行评定,这是我国目前对桥况评价采用的主要方法。检查分析评价主要包括:(1)用实际截面尺寸计算截面的承载力;(2)从截面承载力中扣除恒载内力;(3)计算活载内力;(4)以第(2)项差值除以第(3)项即得鉴
图2 桥梁养护一般程序图
2.2 桥况检查分类
定系数。
桥梁结构承载能力验算结果以鉴定系数K表示:
K=
Rd(fcdfsds)SdG(rqG)
SdG(rqG)
(1)
我国公路桥梁养护规范规定桥况检查一般分为月检、季检、年检和专门检查,现分述如下:(1)月检是由养护工区技术工人,按照公路桥梁养护规范规定的内容,对公路路况和桥况进行的经常性检查。检查以月检为主。(2)季检是由养护工区的技术人员,配备简易的仪器对桥况进行的一般性检查。(3)年检是由公路经营管理单位工程部组织,配备专门的仪器设备,对桥况进行的基本检查,此项工作甚至每半年进行一次。(4)专门检查是由邀请公路桥梁专家和专业桥梁检测机构进行的检查,一般是根据公路养护部门上报的桥况检评报告或大中修或升级改造加固维修计划后进行的一项专门检查,或是在地震、洪水、超载、撞击或重大灾害之后进行的检查。2.3 桥况检查内容
(1)资料收集 在进行桥况检查前,检测工程师
式中,Rd(fcd・fsd・s)为按桥梁实际截面尺寸及配筋
和实测材料强度计算的结构抗力;SdG(rq・G)为按桥梁实际截面尺寸计算的恒载效应组合设计值;SdG(rq・G)为按拟提高荷载设计标准计算的活载效应组合设计值。3.2 荷载试验评价
这是通过现场试验对桥梁结构进行评价的方法。根据荷载作用的性质,可分为静载试验和动载试验。根据试验的目的荷载试验可分为结构行为试验、应力历程试验、诊断试验、验证试验和破坏试验。与桥梁养护相关的主要是后几种荷载试验。如果按荷载等级划分可分为标准荷载试验(达到设计规定
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的动力系数或荷载增大系数)、重荷载试验(最大荷
载大于标准荷载)和轻荷载试验(最大荷载小于标准荷载但不小于0.5倍标准荷载)。现根据荷载作用性质分述如下:
(1)静载试验 静载试验检测的主要内容主要有以下几点:①结构控制截面最大应力应变;②结构的挠度和扭转角度;③支座和结构连接部位的变位;④沉降和墩台位移、转角;⑤结构的稳定性;⑥裂缝观测等。
静载试验效率
η(2)q=Sst/[s・(1+h)]式中,Sst为试验荷载作用下被检测部位内力或变形计算值;S为标准设计荷载作用下,被检测部位的内
力或变形的计算值;h为荷载冲击系数。η当0.8≥q>0.5时为轻荷载试验。η当1≥q>0.8时为标准荷载试验。当ηq>1.0时为重荷载试验。(2)动载试验 动载试验主要用于检测桥梁荷
了明确规定,如表1所示。
表1 桥梁裂缝一览表
结构名称普通钢
筋混凝土梁预应力混凝土梁砖、石混凝土拱
裂缝部位主筋附近竖向裂缝
腹板竖向裂缝梁体
竖向裂缝纵向裂缝
横隔板拱圈横向拱圈纵向拱波与拱肋结合处
最大裂缝宽度限值
≤0.25≤0.30不允许≤0.20≤0.30≤0.30≤0.50≤0.20
墩台墩台帽≤0.30
墩经常受浸蚀性环境水影响有筋0.20,无筋0.30台常年有水,但无浸蚀性影响有筋0.25,无筋0.35
干沟或季节性有水河流≤0.40身
有冻结作用部分≤0.20
根据实测裂缝宽度可推算钢筋应力值,如下
g30+d(4)Smax=C1C2C3
Eg0.28d+10H式中,C1为与钢筋类型有关的系数;光面钢筋C1=1.4,螺纹钢筋C1=1.0。C2为与荷载类型有关的系数,短期静荷载C2=1.0,长期荷载C2=1+0.5(No/N),No为长期荷载内力,N为全部荷载内力;C3为与构件形成有关的系数;板C3=1.15,有腹板的受弯构件C3=1.0;d为钢筋直径(mm),当设有不同直径的钢筋时d=4Ag/S,Ag为钢筋面积,S为钢筋总周长。H为含筋率,H>0.02时取0.02,H<0.006时取0.006;δg为钢筋应力(MPa);Eg为钢筋弹性模量(MPa)。
载动力特性、测定桥梁结构的振动频率和阻尼特性、测定桥梁结构的动力响应,包括动应力应变和动力系数,以及构件的疲劳性能等。
ηd=Sd/S(3)动荷载试验效率 式中,Sd为动荷载作用下控制截面最大计算内力
值;当动荷载试验频率ηd接近1时,不同车速下实测值可用于结构强度及稳定性检算。3.3 桥梁缺陷评价
桥梁缺陷评价主要是通过裂缝评价,裂缝是桥梁的通病,我国《公路桥涵设计规范》对裂缝限值作
表2 桥梁技术状况评定标准一览表
项目墩台
四类
(1)墩台不稳定,有滑动、下沉、倾(1)墩台基础完好,仅(1)墩台出现缺陷有
(1)墩台各部分完好。斜、冻害现象。圬工严重松动,裂
表面有局部缺陷。失稳现象发生。
(2)浅基已作防护处缝有开合现象,变形大于计算值。
(2)浅基未作防护处(2)桥基出现局部冲
(2)桥基冲刷大于计算值并被严理效果良好
理,但无冲刷现象。刷。
重冲空。1、钢支座上下板开裂,锚栓折断。
(1)各部分清洁完好。(1)支座有尘埃堆积,(1)钢支座螺栓松动。
(2)橡胶支座老化开裂。
(2)活动支座伸缩及略有腐蚀。(2)橡胶支座开始老
(3)混凝土支座开裂压碎。
(2)支座滑动面干涩。化。转动正常。
(4)活动支座坏死。
(1)上部构造基本完好,仅表面有部分缺陷。
(2)裂纹宽度在容许范围以内。
(1)钢筋混凝土梁拱有剥落、露筋。
(2)石砌拱圈部分变形。
(3)裂纹宽度已超过最大限值。
(1)钢筋混凝土梁、拱有永久性严重变形,顺主筋方向有纵向裂缝纹。钢筋已严重锈蚀,其他部位的裂纹已超过0.4mm。
(2)石砌拱圈裂纹大于2或发生开合现象。
一类二类三类
支座
(1)上部结构完好、无
砖、石、混凝土、渗水、无污染。
(2)裂纹宽度在容许上部结构
范围以内。
栏杆人行道载重能力
完整清洁符合设计要求
欠清洁,有个别杆件
多处有明显损坏。严重歪斜残缺,危及人身安全。
脱落。
达设计要求的75%
达到设计要求在设计要求的75%以下。
以上
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我国《公路桥涵设计规范》对运营桥梁技术状况
评定制定了一个定性标准,见表2。
4 桥梁养护
4.1 养护方案
(1)根据桥梁养护检查作出的桥梁技术状况的
④加固技术可靠、耐久、养护方便,对已发现的缺陷
要一次性加固好,不留后患,对原有结构的损伤尽可能减至最低。
其次,确定以下几种常用的桥梁加固方法,供确定桥梁加固方案时参考应用。即①增大截面惯性矩法;②粘贴法;③预应力法;④改变体系法;⑤回顶法;⑥综合法等如图3所示。
评价,制定桥梁养护方案:一类正常保养;二类小修;
三类大中修或加固维修;四类通过专门检查甚至荷载试验确定升级或者改建方案。
(2)根据裂缝检查确定桥梁养护方案,凡裂缝超过表1桥梁裂缝限者一览表时,必须进行加固处理,但有时裂缝宽度虽在允许范围内,但存在下列情况之一的:①裂缝发展较快,6个月增大0.1mm以上;②裂缝数量显著增加;③除裂缝外,还存在有其它严重缺陷,以上均需进行加固处理。(3)根据检查和分析计算相结合的方法评价所确定的鉴定系数制定桥梁养护方案。
当K≥1时说明桥梁承载力符合设计要求,正常保养;当0.9桥梁大中修和升级改造都属于桥梁加固范畴,加固是桥梁养护的最重要的工作内容。5 工程实例
通过上述理论研究,先后将其应用于如下3座实桥加固,效果不错:
(1)通顺河大桥加固 通顺河大桥原设计荷载为汽—20,挂—120,经验算仍满足原设计要求,但因桥面铺装白改黑增加恒载,故需升级加固。加固方案采用粘8mm厚钢材,梁端附件粘u型钢材板箍,厚4mm,桥面改铺CF30#,钢纤维钢筋防水混凝土,增设型钢横向联系。加固后混凝土压应力δg=8.98(2)某小桥加固 营运13余年,挠度38.8mm,超过L/600=37mm,裂缝为0.3mm,超过0.25mm限值,故需加固。加固方法:对I型梁底粘6mm钢板,用型钢加固横向联系。加固效果:承载力由原2780kN・m增至4000kN・m,挠度减至21.5mm,裂缝经树脂砂浆处理后,未新出现裂缝,荷载等级升至汽车—超20级。
6 结 语
结合高速公路养护管理实践,通过大量调研和理论研究并将其应用于实桥升级改造的工程实际中,获得了较好的应用效果,希望成果在公路桥梁养护工作中能推广应用。
参考文献
[1] 交通部.公路养护技术规范[S].北京:人民交通出版
图3 桥梁加固方法
社,2004.
[2]交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范
[S].北京:2004.
首先,确定以下几点桥梁加固原则:①经济性原
则要求桥梁加固费用比新建费用节省至少一半以上的建设投资时,应优先考虑加固方案;②桥梁加固要求足以延长桥梁设计年限的1/5～1/3使用寿命,③桥梁加固过程中不中断交通或尽量减少中断交通;
收稿日期:2007204206.
作者简介:熊平高(19502),工程师.
E2mail:yth001009147@163.com
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