峽谷中鋼管拱橋怎麼修建

『壹』 系桿拱橋加固施工技術

系桿拱橋加固施工技術是非常重要的，了解加固技配鎮穗術才能更好的應用於實際情況，每個細節的處理都非常關鍵。中達咨詢就系桿拱橋加固施工技術和大家說明一下。
1引言
系桿拱橋是梁、拱、板等組合而成的復合體系，因其造型優美而廣泛應用於橋梁工程當中。我國早期建設的系桿拱橋，通常具有一定的歷史文化價值，不少橋在使用過程中,由於橋梁修建時技術標准較低，加之交通量的迅猛增長、橋梁本身材料與結構自然老化、以及使用環境變化，超重、超限車輛的破壞作用，其承載力很多已經不足。採用適當的加固技術，恢復和提高舊橋的承載力及通行能力，延長橋梁的使用壽命及保持其歷史性和文化性，以滿足現代化物質文化生活需要，具有重要意義。
2鋼筋混凝土系桿拱橋病害
鋼筋混凝土系桿拱橋既會產生一般橋梁會出現的病害，也會因自身獨有結構而出現比較獨特的病害。
2.1上部結構（含橋面系）主要病害情況
①拱肋屬於受壓構件，拱軸線變形；混凝土結構拱肋產生裂縫，混凝土剝落、碳化嚴重，露筋或鋼筋銹蝕。
②系桿產生裂縫，混凝土碳化嚴重，露筋或鋼筋銹蝕，預應力系桿鋼絞線銹蝕或預應力損失嚴重；預應力系桿斷裂。桿防護不到位、鋼絞線銹蝕；吊桿頸縮、斷裂。
③系梁、橫梁產生裂縫，露筋或鋼筋銹蝕，預應力鋼絞線銹蝕或預應力損失嚴重。
④橋面有橫縱向裂縫、局部坑槽、橋頭跳車，伸縮縫部位裂縫發展。
⑤支座移位或銹蝕，照明、欄桿、排水等設施損害。
2.2下部結構主要病害情況
①橋墩、橋台平面位移或沉降，混凝土產生裂縫，混凝土剝落、碳化嚴重，露筋或鋼筋銹蝕，混凝土強度降低。
②基礎底部有沖刷、侵蝕及淘空。
③由於松動位移、沉陷等原因造成護坡頂高度下降狀況以及斷裂和破損狀況，河涌內漂流物堵塞現象。
3鋼筋混凝土系桿拱橋加固常用方法
3.1擴大截面法
加大截面加固法也稱為外包混凝土加固法,是用增大混凝土結構物的截面面積和配筋進行加固的一種方法。加大截面加固法一般採用兩種方式:一種是加厚橋面板;另一種是加大主梁梁肋的高度和寬度。該法工藝簡單、適應性強,具有成熟的設計和施工經驗,適用於較小跨徑的T梁橋或板橋的加固。採用此法加固後橋梁剛度明顯提高,承載能力也能取得較好的效果。但現場施工的濕作業時間較長,加固後的建築物凈空有一定減小。
3.2置換吊桿法
目前系桿拱橋吊桿更換採用的方法都是設置臨時構件，將被更換吊桿的索力先轉移到臨時構件上，再拆掉舊吊桿和安裝新吊桿，最後將臨時構件上的力轉移到新吊桿上來。吊桿更培卜換經過索力由舊吊桿向臨時構件上轉移再從臨時構件上向新吊桿上轉移的兩次體系轉換。目前所使用的臨時構件大致可分為臨時支架、臨時吊桿和臨時兜吊三種方法。
3.3碳纖維材料加固
粘貼碳纖維增強塑料加固法採用專門的樹脂將碳纖維粘貼於混凝土結構受拉表面,與原結構形成新的受力整體,與鋼筋共同承受荷載,降低了鋼筋應力,從而使結構達到加固和補強效果。此法幾乎不增加結構自重和截面尺寸,不改變凈空高度,施工方便,對原結構幾乎不會造成新的損傷,具有良好的耐腐蝕性、耐久性和抗疲勞性能,根據受力分析可進行多層粘貼進行補強,其方向性也可以靈活掌握。
4梅江橋加固施工
4.1工程概況
4.1.1工程概況
廣東梅州市梅江橋始建於民國二十三年（1934年），位於梅州城區中心地段，北接東門塘廣場，南接梅江大道，是連接梅城江北老城區與江南城區的重要橋梁之一，也是梅州市的標志性建築之一。由於梅江橋服役時間較長，橋梁各部分構件均有不同程度的損傷，有些構件甚至已退出工作，致使橋梁的整體結構性能嚴重下降，橋梁的強度及剛度均不能滿足要求，存在嚴重的安全隱患。
梅江橋幾經修繕，1966年曾進行加固和擴建，現梅江橋全長360m，主橋約226米，橋面寬度為12.08m，行車道橋面凈寬5.8m。梅江橋主橋為11孔跨長19m～22m的下承式鋼筋混凝土系桿拱
橋，拱肋與旅運吊桿均為混凝土構造，吊桿為普通鋼筋。
4.1.2加固方案
本次加固大修在維持原橋風格的基礎上，採用加固拱肋和系梁、更換吊桿等技術措施，恢復橋梁的承載能力，並對橋梁損傷構件進行修補。
加固措施：對梅江橋引橋墩柱採用加大截面、板底採用粘貼碳纖維加固的方法進行加固。主橋主要通過增大原橋拱肋及系梁的截面、更換原鋼筋吊桿為φ32預應力精軋螺紋鋼吊桿的方式進行加固。拆除原30年代的拱肋欄桿，在原位安裝鋼桁架，並通過掛網批盪恢復原來的形狀。在新增系梁的支座位置安裝剛性盆式支座，支座設計為三向受力支座，可以提供豎向承載力外，還提供豎向拉力、橫橋向的抵抗力，以解決漲水而引起的漂流物的撞擊力和水浮力引起的落梁問題。
4.2主要施工技術
4.2.1下部結構加固
梅江橋橋墩承載力充足並有一定的安全儲備，橋墩不需要進行承載力的加固，僅進行防沖刷保。施工時，放干西陽水電站蓄水以降低河水水位，便於對基礎周邊河床底進行清淤處理。清淤後，在基礎周邊預埋混凝土灌漿管，待形成一定坡度後，採用預埋的混凝土灌漿管灌注水下不擴散混凝土，最後形成基礎周邊河床的防沖刷保護層。
4.2.2網架支架
施工支架是支撐橋梁的關鍵，本工程網架為橋面的施工提供平台的同時亦是吊桿置換的臨時支架。為保證度汛安全及汛期前後的快速裝拆要求，施工支架採用鋼管柱加空間網架結構形式。鋼管樁施工支架符合放水後河床的地質條件（軟基），不易產生變形，防止突發洪水災害造成支架損毀。為保證施工支架有足夠的強度及穩定性，支撐前需對支架支頂位置處進行預壓，預壓力為單點250KN，一跨8點。
4.2.3拱肋、系梁加固
梅江橋30年代拱肋下緣鋼筋銹蝕非常嚴重，全部進行拆除。原30年代拱肋為中空的桁架式結構，桁架腹桿間空隙為後期砂漿填充，並不受力，考慮種種因素，把30年代T型拱肋的翼緣加肋以下的部分拆除，拆除後重新澆築新的拱肋截面，並使拱肋截面底面與30年代拱肋高度相同，並覆蓋60年代拱肋底面。施工時，拆除30年代拱肋的相應部分後，先對60年代拱肋與新增截面接觸面混凝土進行鑿毛、鑿槽處理，並在拱肋截面上植筋增加新舊混凝土間抗剪作用，在新增拱肋位置預埋預應力管道與預應力鋼筋。
系梁加固採用了擴大截面法、植筋加固等多種方法。梅江橋加固過程中將30年代系梁部分拆除，拆除後在30年代系梁側新增系梁並與60年代系梁連接成整體。對新舊接觸面混凝土進行鑿毛和鑿槽處理，並植抗剪鋼筋。在新增系梁位置預留預應力孔道（原有人行道挑臂位置通過鑽孔後埋置鋼管，鋼管與混凝土間灌注環氧）。
4.2.4植筋加固法
梅江橋加固工程中，系梁和拱肋都採用了植筋加固法，其施工工藝流程為：定位→鑽孔→清孔→鋼筋處理→配膠注膠→錨固鋼筋→固定養護→檢查驗收。
植筋加固中應注意以下幾點要求：①清理原結構：清除原基材表面松動雜物，混凝土表面溫度及濕度達到膠體的要求；②標定孔位鑽孔：按照圖紙尺寸標定孔位；③鑽孔：孔深與錨筋埋設深度相同，孔徑孔深宜按設計數據，孔位應避讓構造鋼筋，孔道應順直。④清理鑽孔：孔道先用硬鬃毛刷清理，再以高壓乾燥空氣吹去孔底灰塵、碎片和水分，孔內應保持乾燥。⑤灌膠：將植筋膠由孔底灌注至孔深約2/3處，待插入錨筋後，膠即充滿整個孔洞（孔內膠量以插入鋼筋後溢出少許為宜）。⑥插入錨筋：將鋼筋插入已注膠的孔並固定，確保植入深度，錨筋插入前應清除插入部分的表面污物，若有新舊銹斑，應用砂紙擦乾凈；應旋轉插到孔底，孔口多餘的膠應清除；污物應先以鋼刷清除，再用丙酮擦凈，並予拭乾。⑦在環氧材料完成固化過程之前，不得對結構有較大擾動。植筋後12小時內不得擾動鋼筋，若有較大擾動宜重新植筋。
4.2.5吊桿置換
通過在拱肋、系梁增大截面部分預留管道，安裝精軋螺紋鋼預應力吊桿。吊桿上端預埋在新增拱肋，下端在系梁底面作為張拉端。吊桿位置通過局部植抗剪鋼筋加強新舊混凝土之間的共同作用。
精軋螺紋鋼採用一端張拉方式：拱肋端預埋在新增拱肋混凝土內，通過預埋管道延伸至新增系梁下部，施工時在系梁底部進行張拉，張拉完成後進行封錨。吊桿布置與30年代吊桿布置相同，每跨單側12根吊桿，每根吊桿為單根Φ32精軋螺紋鋼，抗拉強度標准值為930MPa。
吊桿更換施工採用臨時支架法，在系梁下設置網架支架，利用千斤頂，將作用在原吊桿上的力轉移到網架支架上，在吊桿卸載後，臨時支架代替被更換吊桿，支撐住橫梁而防止橫梁過大的變形，確保橋梁處於安全狀態。
吊桿預應力張拉採用內力和線形雙控制控制方法，在上部結構全部施工完畢混凝土強度達到設計強度的90%後，單跨24根吊桿同時進行。初張拉分二級進行（均勻分配），二次張拉分三級進行（均勻分配）。張拉過程中嚴格對梁體的撓度、60年代吊桿、新舊砼結合部位進行監控。
4.2.6碳纖維布加固
工程項目中對原60年代系梁、拱肋、引橋部分採用了碳纖維加固方法。碳纖維片材採用300g/m2、0.167mm厚的碳纖維布。粘貼好後塗刷聚氨酯防護漆，施工時粘貼碳纖維布在鑿除30年代系梁前完成。
碳纖維布加固施工工藝：砼表面處理→塗刷底膠→構件表面殘缺面修補→粘貼碳纖維→養護固化→表面塗裝。
粘貼碳纖維材料之前，首先應確認粘貼表面乾燥，氣溫宜在-10℃以上，相對濕度RH≤85%。碳纖維材料運輸、儲存、裁切和粘貼過程中應注意保護：宜用鋼直尺與壁紙刀按規定尺寸切斷碳纖維材料，每段長度一般不超過6m，材料的裁切數量應按當天的用量裁切為准。碳纖維縱向接頭必須搭接20cm以上。
4.2.7裂縫處理
對結構上、下部存在的所有可見裂縫進行處理，對於裂縫寬度w<0.15mm且深度較小的細小裂縫可採用表面塗刷封閉膠進行處理，對於裂縫寬度w≥0.15mm的裂縫採用高壓裂縫灌漿處理。裂縫灌漿膠採用無溶劑型改性環氧樹脂類灌注樹脂。施工時不得摻加任何溶劑，不得含有任何填料。
環氧樹脂灌縫處理流程：裂縫調查→裂縫處理→設置灌漿嘴→封縫膠封縫→封縫檢查→配置膠液→壓力注膠→固化→檢驗。
施工要點：
①裂縫混凝土表面處理：用鋼絲刷反復刷裂縫表面左右4cm的混凝土直至表面浮漿脫落，用無油壓縮空氣除塵，用丙酮試劑擦洗表面。
②粘貼注入器底座：首尾各一個，中間按間距20～30cm布置，縫寬則疏，縫窄則密。在一條逢上必須有進漿孔，排氣孔，出漿孔。
③裂縫表面封閉：用密封膠封閉裂縫表面，膠泥厚不小於lmm，寬度2～3cm。
④密封檢查：從最下或左的進漿孔輸入0.4MPa無油壓縮空氣，相鄰或右孔排氣時逐個關閉所有閥門，再沿縫附近塗刷肥皂水檢漏；若有氣泡冒出說明該處漏氣，作好標記。用裂縫表面封閉膠對漏氣的區域進行封閉，待達到強度後再氣檢，如此反復直至不漏氣為止。
⑤按照供應商提供的產品說明書要求配製裂縫灌注膠，用低速攪拌器攪拌均勻。
⑥裂縫灌漿：用有恆壓作用的注入器自動灌注裂縫封閉膠，當相鄰孔不夾氣冒膠時關閉該閥，逐一排氣冒膠關閥，直至最後一個閥。
⑦封口結束：待縫內漿液達到初凝而不外流時可拆下灌漿嘴，再用封閉膠抹平封口。
4.3加固後橋梁運行效果
梅江橋加固工程於2008年10月中旬開始施工，2010年元旦開放通行。加固大修後的梅江橋消除了病害，結構安全穩定，重新恢復了橋梁的使用功能，能夠滿足12座以下（含12座）客運車輛、兩輪摩托車和自行車、行人通行的要求，並解決了管線架空懸掛等問題。梅江橋加固大修，最大程度地保留了結構特色和建築風格，延續了其歷史性和文化性，取得了一定的經濟和文化效益。
5結語
本文通過梅江橋加固大修施工中採取的擴大截面法、預應力法、植筋法、粘貼碳纖維布法等多種方法實例，說明鋼筋混凝土系桿拱橋加固一般方法及其施工技術。舊橋檢測、評定與加固技術是一項既綜合復雜又在不斷發展和更新的技術，施工技術與經驗也在不斷積累和探索中，其工藝的可靠性、可行性、合理性、耐久性等必須經過反復的科學試驗和實踐論證且需經受時間的考驗。通過大量實踐，進一步探求其規律，不斷更新和發展加固技術，是工程技術人員不懈的追求。
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『貳』 鋼管混凝土拱橋混凝土施工工藝

鋼管混凝土拱橋鋼管拱混凝土施工施工技
1.引言
鋼管混凝土結構自20世紀60年代初就已引人我國，最近幾年我國在鋼管拱應用方面發展較快，許多大跨度的橋梁設計採用了鋼管拱技術。因其具有以下優點：形態優美，跨度大，施工簡便，抗震、抗壓、抗裂性能顯著提高。鋼管拱混凝土充分利用了鋼管的套箍作用，採用了微應力混凝土，其抗壓、抗裂性能顯著提高。三向應力混凝土的主要特性是強度高，變形性好，在外荷載作用下，由於鋼管約束其內部核心混凝土的橫向變形，使在三向應力作用下的核心混凝土的強度比普通澆注的混凝土提高了2-3倍。普通混凝土受壓的壓縮應變≥0.002時，出現縱向裂縫而破壞。三向應力作用下的混凝土可看作彈塑性配鎮穗材料，當壓縮應變達0.002時，不但仍有承載能力，而且表面不發生裂縫，它是一種很好的抗震材料。
2.工程概況
寶雞市廣元路渭河大橋橋寬28.5m，全橋總長585.56m。主橋部分由五孔無風撐、雙承載面下承式的鋼管混凝土系桿拱組成(64 m+64 m+72 m+64 m+64 m)。拱的矢跨比為1/5，拱軸線為二次拋物線，拱肋採用圓端形扁鋼管結構。拱肋高度72m，跨為0.9m，64m跨為0.8m，寬均為1.8m，鋼管內填充C40微膨脹砼。拱肋鋼管材質Q345D，厚度為16mm。截面見圖1。
圖1 鋼管混凝土斷面圖(單位：nun)
3. 准備工作
3.1 方案比選
方案一：採用連續拋落無振搗澆注混凝土的施工方法，混凝土由拱頂連續拋落。但對距拱頂4m以下的混凝土仍需開天窗用插入式振動器進行振搗，且所澆注混凝土不易密實，施工難度較大。
方案二：壓注頂升法。即在距離拱腳1.5-2m處的拱軸線處，兩側對稱各開壓注孔，利用混凝土輸送泵的壓力將混凝土從壓注孔處焊接好的泵管連續不斷地自下而上壓入鋼管拱內，並達到砼自密實的效果。這種施工工藝簡便易行。但必須選用壓力大、性能好的輸送泵。
施工時採用方案二，即壓注頂升法施工，取得了滿意的效果，並總結出施工中需注意的一些問題。
3.2 施工前的觀測
觀測的目的是為了確定拱軸線、控制點的標高是否正確。如果軸線有偏差可用預先設置好的風攬進行調整；如果因焊接、拼裝等原因造成一側的控制點高程偏大，而另一側的高程偏小，則可在壓注混凝土的過程中調整，具體操作見下文。
3.3 人員
工人要求能熟練拆裝混凝土泵管，責任心強。技術人員包括拱上混凝土壓注指揮、泵車指揮、實驗、測量四組，各組間通過對講機培卜保持聯系。
3.4 機具
泵送頂升施工需要有較大的泵送壓力，混凝土輸送泵的選擇是混凝土頂升壓注成功與否的關鍵。本工程選用了3輛三一牌HBT-60B型拖泵，其中1台備用。此泵出口泵壓可達6.3 MPa，對混凝土的適應性較強。為確保泵送壓注頂升的連續進行，施工時根據混凝土拌和站的位置和泵送速度，每台泵車配備了3輛混凝土運輸車，並有1輛備用。混凝土拌和站應做好攪拌機的檢查、維修工作。
3.5 原材料
在混凝土施工前要做好原材料的進場檢驗工作。水泥和外加劑的質量是保證混凝土膨脹率的關鍵。
4.施工工藝
4.1 二級壓旅運注，一次成型
由於鋼管為扁形，加勁肋布置較遠，且矢高較大，根據混凝土所能產生的壓力及扁鋼管的抗變形能力計算（採用有限元結構分析軟體分析計算），若混凝土從拱腳一直壓到拱頂，則混凝土的壓力將把扁鋼管的直線部分壓彎，所以採取「二級壓注，一次成型」的方法，即除原有拱腳底預留焊接的泵管接頭外，在拱高1/2處（拱高含拱頂排氣管1.5m），兩邊對稱，增設型號一致泵管接頭，在緊靠拱頂吊桿位置兩側設兩根φ20cm，高1.5m的排氣增壓鋼管，具體見圖2。
圖2 鋼管增壓管布置示意圖
4.2 施工中鋼管拱的觀測
為了獲得較完整的測量數據，混凝土壓注過程要進行全程觀測。混凝土壓至每一個控制點，都對拱軸線及標高施測一次，並將測量結果繪製成隨時間或工況變化曲線圖，根據這一曲線，可以較直觀地了解鋼管拱在泵送混凝土各階段變化情況。
4.3 壓注頂升施工程序
灌注前認真檢查泵管及輸送泵的各個接頭，接頭之間應墊像皮圈防止漏氣、漏漿。開啟止回閘閥K1、K2，用與混凝土相同品種及標號的水泥攪拌的砂漿潤滑泵車與泵管，以減小混凝土泵送時的摩阻力，砂漿必須在鋼管拱外排出。對稱進行灌注混凝土，同時有專人觀察拱內混凝土的泵送情況，兩台泵灌注的速度盡量保持一致，如有不對稱現象應及時調整。最簡單而實用的觀察辦法就是「錘擊法」，即用鐵錘敲擊鋼管拱，聽到清脆的聲音和沉悶的聲音交界處就是混凝土已壓注到的位置。這一觀測能確保混凝土的對稱同步澆注。如果發現兩側的壓注速度不一致，應及時與泵車指揮人員聯系，進行調整。小部分偏載造成的鋼管拱彈性變形可以完全恢復，有效的保證了拱軸線符合設計要求。
當混凝土灌注至超過K3、K4壓注孔時，停止泵送，立即關閉K1、K2閘板閥，以最快的速度將泵管接至K3、K4壓注孔，打開K3、K4閘板閥，開始第二級混凝土的壓注。當混凝土從排氣孔冒出時，控制灌注速度，改兩台泵同步對稱泵送為交替泵送，繼續壓注1～2m3 混凝土，確保鋼管拱內混凝土壓注密實。然後關閉止回閘閥，避免混凝土倒流，清洗泵管、泵車。灌注完成後要做好鋼管混凝土的保溫工作。
5.技術要點
5.1 混凝土配合比的優化
該混凝土要求早強、高流態、緩凝、自密性及可泵性非常好。最為關鍵的問題是該鋼管混凝土為微應力混凝土。混凝土內摻膨脹劑，滿足補償收縮要求，坍落度要求到達作業面18～20cm，初凝時間根據壓注速度計算，要求控制在6h以上。設置微應力，可提高構件的承載力及改變普通混凝土灌注造成的混凝土和鋼管間有間隙的現象。在配合比設計中確定微膨脹率是關鍵因素。鋼管內部混凝土質量對工程結構安全影響很大，稍有不慎，就會出現質量事故，造成泵送困難、內有空氣、不飽滿、混凝土和鋼管間有收縮空隙等現象[4]。因此，對此種混凝土的配合比要多做實驗，控制好膨脹率。
5.2 混凝土的壓注要兩側對稱同步進行
對混凝土的壓注過程中進行全程觀測，結果顯示：拱下半部混凝土灌注時第一至三段標高明顯下降，第五段至拱頂段標高明顯上升。相反，當拱頂部分泵送完混凝土後，拱頂標高明顯下降，而第一段至第三節段標高自動得到回升，見圖3。
圖3 灌注過程中鋼管形狀示意
從圖3看出，混凝土的自重對鋼管拱線形影響比較明顯。所以壓注必須對稱同步進行。如果在澆注前因拼裝、焊接等原因，造成一側的控制點偏高而另一側的偏低，則可以用非對稱方式澆注進行調整，即先從偏高的一側進行壓注混凝土，同時密切觀察拱的變形，當拱兩側的控制點標高基本恢復至設計標高時，兩側開始同步澆注，逐步調整兩側混凝土的壓注量，最後同時壓至拱頂。混凝土壓至拱頂時，要繼續壓注，讓混凝土從排氣增壓孔中排出1-2m3，排氣孔不冒氣泡時停止壓注，關閉混凝土止回閥。
5.3 二級壓注，一次成型
設計要求混凝土的壓注必須連續進行，而本橋扁拱的結構抗變形能力又決定了混凝土必須分兩級壓注。所以我們採取了「二級壓注，一次成型」的壓注方案。方案的關鍵在於二級混凝土之間的連續性。第二級混凝土必須在第一級混凝土的初凝時間內盡早開始，要求工人在兩級混凝土壓注間拼接泵管的速度要快，必須安排熟練工人進行。
5.4 鋼管混凝土的保溫工作
混凝土和鋼管之間如果產生空隙，微膨脹混凝土的優勢將失去，直接影響拱的承載力。鋼管混凝土的保溫工作不到位是空隙產生的原因。因此，採取將鋼管拱用麻袋包起等措施，盡量減小內外溫差。
6.結語
鋼管拱混凝土檢測標准可依據《鋼管混凝土結構設計與施工規程》，先用小錘敲擊鋼管進行初步檢查，若有異常，則對該處進行超聲波檢測。經檢測，本橋鋼管拱混凝土完全符合設計和規范要求。由於採取了適當的工藝，該橋已竣工並投入運營，取得了較好的社會和經濟效益。

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