桥梁加固维修常用技术及关键技术应用.ppt

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1、2010年1月,桥梁加固维修常用技术 及关键技术应用,一、前言 二、桥梁维修加固原则 三、桥梁维修加固常用技术及研讨 四、桥梁加固关键技术 五、对美国明尼苏达州桥梁垮塌及修复的思考 六、结语,目录,一 前言,公路建设的建设、管理、养护，是组成国家公路网的重要内容。 近年来，我国公路建设取得了空前发展。在高速发展的同时，出现了管理和养护技术滞后的问题，桥梁维修养护目前是公路养护的一个技术瓶颈。系统的研究、开发桥梁的养护维修技术，成为我国公路管理部门的重要课题。,据统计: 美国桥梁总数约为60万座，其中1/3被美国联邦公路局(FHWA)划为不符合要求，其中16万座被列为具有结构缺陷（仅限于通行轻型

2、车辆、关闭或需要立即修复才能开放），每年需替换5千至8千座。根据FHWA估计，需要900亿美元才能纠正这些问题。根据美国土木工程学会2001年的调查表，美国国家级桥梁就整体而言已处于C级，其中29%以上老化；估计在20年内，每年要投入106亿美元进行治理,2007年8月1日18时10分，明尼苏达州密西西比河上的钢桁拱桥垮塌震惊了世界。,1国内外桥梁状况,视频剪辑：美国桥梁状况,英国约有92,000座桥梁是在1922年以前建造的，当时尚未引入荷载标准，导致约有1/4的桥梁不能满足现代规范要求，如果采用重建、维修使之满足要求，则需费用达8亿3千万英镑。在澳大利亚，仅就加固或更换新南威尔士州的有损害

3、缺陷的桥梁而言，估计迫切需要至少约3.5亿美元。 德国通过对一个州内的钢筋混凝土桥梁和预应力混凝土桥梁的全面调查，发现桥龄在5060年的钢筋混凝土桥梁中，27的桥梁上部结构至少有一处严重损伤；64%至少有一处重要损伤，30_35年桥龄的钢筋混凝土桥梁中，13%至少有一处严重损伤，53%至少有一处重要损伤。,1国内外桥梁状况,我国桥梁状况：,改革开放三十年来，我国公路交通建设取得了举世瞩目的成就，到2007年底，公路总里程已达358万公里，高速公路达5.4万公里，公路桥梁57万座，我国已进入世界桥梁技术强国行列。在大规模的建设中存在桥梁的安全和耐久性隐患，危（病）桥状况不容忽视：大桥及以上的约占

4、7%，中小桥约占93%；东部约占20%,中部约占63%，西部约占18%。部分桥梁因为原设计标准、施工质量、超重车辆以及自然方面等等原因，已经不满足日益增长的交通运输的需求，存在结构承载力达到设计临界力，甚至已经成为严重影响交通安全的危桥。5.12大地震后，地震灾区的桥梁大部分被破坏。 旧桥改造、养护维修的任务会越来越重。,1国内外桥梁状况,我国部分城市的桥梁现状,上表显示：桥梁的平均破损率达到48.7 %,项海帆院士在一次学术报告中说： 过于匆忙的设计周期和施工工期常常带来遗憾，留下隐患。 层层分包加上材料市场存在假冒伪劣问题，损害质量和耐久性 施工监理和质监制度不完善，难以严格把关 美籍华人

5、工程师已发出警告： 中国桥梁的维修高潮会提前到来。这是极大的浪费。,2、桥梁加固维修现状,目前，我国桥梁加固维修技术尚不成熟、不系统，理论分析仍停留在新建桥梁的理论水平上。 2004年交通部颁布的公路桥涵养护规范JTG H11 2004和2008年8月，交通运输部发布的公路桥梁加固设计规范（JTG/T J22-2008）和公路桥梁加固施工技术规范（ JTG/T J23-2008），将我国桥梁的损伤评定分类和加固维修的设计和维修加固技术纳入了规范化管理。,二 桥梁维修加固原则 1 根据不同桥梁的结构和材料特点，在成本可控的前提下，采用不同的加固维修方法，更换或修复损坏的桥梁构件，使桥梁整体恢复到

6、原有的设计承载能力，保证桥梁的设计使用寿命。 2 对一些通过加固维修不能恢复原有设计承载能力但又必须继续使用的的桥梁，要确定好加固后桥梁的实际荷载等级和桥梁的剩余使用寿命。 3 一般情况，不宜通过桥梁加固提高原有桥梁的设计承载能力；也不宜通过桥梁加固改变桥梁的结构受力体系。 4 用于桥梁加固维修的材料必须通过国家权威检测机构检测认证、各项性能指标满足现行规范和设计要求。,三、桥梁加固维修的常用技术及研讨,1、主动加固技术 2、被动加固技术,1、主动加固技术,方 法：施加预应力、改变结构体系等，改变结构原有的受力行为。 特 点：改善桥梁恒载的内力分配，增加全桥刚度，闭合裂缝，并调整变形。 涉及因

7、素：结构原有内力的状况、原桥的施工工艺、混凝土的强度、预应力的损失、支座型式 、加固的工艺等 效 果：方法得当可有效的改变结构损伤状况；方法失误可加重损伤，甚至垮塌。 举 例：施加体外预应力、,1.1 施加体外预应力加固,施加体外预应力加固可以较好的提高梁体的抗弯截面模量，减小梁体绕度，减小受拉区梁体裂缝，从而调整原结构的受力状况，提高刚度及抗裂性。由于自重增加小，减小了对墩台及基础受力状况的影响，可节省对墩台及基础的加固量。 适用性：可在不限制通行的条件下进行加固施工，既可作为桥梁通过重车的临时加固手段，也可作为永久提高承载能力的措施。 使用注意的问题：新旧混凝土结合问题、预应力索或预应力筋

8、及钢构件的防腐问题。,1.1 施加体外预应力加固,施工工艺流程：,1、钻孔、种植钢筋,1.1 施加体外预应力加固,2、绑扎钢筋、布置预应力孔道,1.1 施加体外预应力加固,1.1：施加体外预应力加固,3、立模、浇注混凝土,4、安装索套管、穿索、张拉、锚固,1.1 施加体外预应力加固,1.1 ：施加体外预应力加固,张拉锚固： 对称、均衡张拉至设计吨位，施加张拉力次序可为： 015%050%80%100%。张拉施工方法按现行公路桥涵施工技术规范的相关规定执行。,1.1 施加体外预应力加固,1.1: 施加体外预应力加固,4、管道压浆、完成体外索施工,1.1 施加体外预应力加固,中小桥体外预应力施工,

9、1.1 施加体外预应力加固(中小桥),增加横隔板加固可以明显改善T型梁桥铰缝开裂病害，防止病害扩展。 优点：不影响桥下净空，对原桥景观基本无改变。 适用性：适用于因横向联系较差而降低承载力的桥梁上部结构。 增加横隔板加固只是将相对集中的荷载进行了分散，对桥梁整体承载能力并无实质性的提高。加固效果并不明显，需配合其他方法同时进行。 对混凝土梁桥，增加混凝土横隔板的效果好于增加钢横隔板。,1.2 增加隔板加固,施工工艺流程：,1.2 增加隔板加固,1、钻孔、植筋、绑扎主筋和箍筋,1.2 增加隔板加固,2、吊模、灌注混凝土及养生,采用加大桥面铺装钢筋直径的方法对绞缝开裂病害进行修补，是基于原桥面铺装

10、钢筋网设计直径过小或网格过大，或由于施工质量原因造成的绞缝开裂病害而进行的维修方法。该方法全部在桥面施工，要求中断至少半幅交通。 适用性：适用于允许中断交通的小跨径T 梁或板梁桥。 优缺点：施工时桥上交通受阻,不允许中断交通的桥梁不宜采用;将增加结构自重产生的弯矩,结构的承载力提高不显著。,1.3: 加大桥面铺装钢筋,施工工艺流程：,1.3 加大桥面铺装钢筋,3、种植钢筋，绑扎桥面钢筋网,4、浇筑桥面砼、桥面铺装,1.3 加大桥面铺装钢筋,1.4 加强铰缝连接的一种方法,增大截面与配筋加固法一般采用在梁底面或侧面加大尺寸，增配主筋，以提高主梁截面的有效高度，从而达到提高桥梁承载能力的目的。 适

11、用性：适用于桥下净空较高，允许增加主梁高度的情况。 优缺点：加固效果比较明显，但施工工艺复杂，技术要求较高。对桥下净空限制的桥梁不适用。 问题：新旧混凝土结合问题、新增钢筋与原钢筋的结合问题、混凝土浇筑工艺问题。,1.5 增大截面与配筋加固,施工工艺流程：,1.5 增大截面与配筋加固,喷射砼加厚后拱圈,1.5 增大截面与配筋加固,异形预应力筋上喷干砂浆加厚空心板,1.6 墩台拓宽加固,墩台拓宽加固,桥台病害,桥台基础拓宽加固,1.7 地下连续桩加锚杆加固,地下连续桩加锚杆加固是采用在地基中钻孔、植入锚杆、灌注加固水泥浆的一种基础加固工法。,加固施工实例： 基础加固,1.7 地下连续桩加锚杆加固

12、,增补基桩加固是在原基础旁钻孔灌注桩或打入桩，再扩大原承台或将系梁扩大为承台的一种基础加固方法。 适用性：适用于原桥基础承载力不足的情况。 优缺点：加固效果明显，但施工中易对原桥基础产生扰动，方法失当可能造成原桥垮塌。 问题：施工时最原桥基础的扰动问题。,1.8 增补基桩加固,施工工艺框图：,1.8 增补基桩加固,1.9 扩大基础加固,扩大基础加固的主要内容为增大基础的受力面积来提高桥梁基础的承载力，防止桥梁基础进一步沉降。 扩大基础加固对原基础基本不影响，施工安全性较高。 施工工艺框图：,2、被动加固法,方 法：主要是裂缝修补、粘贴碳纤维、钢板、补强普通钢筋等 特 点：不改变结构的恒载内力状

13、况，方法灵活，可根据裂缝的位置方向随意设置 作 用：控制裂缝进一步开展，提高桥梁承载能力 缺 点：对已存在的裂缝需压浆封闭后再进行被动加固 适用范围：多适用于在恒载作用下承载力满足要求但活载作用下承载力不满足的情况，在中小桥和大桥进行加固时常采用,2.1 修补裂缝,施工前应详细检查裂缝的走向、分布、缝宽及深度，数量，并进行分类、标记和记录，根据裂缝宽度，采取以下修补方法： 表面封闭法 自动低压灌注法,裂缝检查、标记,2.1 修补裂缝,表面封闭法： 施工工艺：,1、清理混凝土表面（打磨）,2、涂刷裂缝修补胶,自动低压灌注法（壁可法）： 施工工艺框图：,2.1 修补裂缝,1、裂缝表面处理：,2.1

14、 修补裂缝,2、安装注浆座：,3、封闭裂缝外口：,2.1 修补裂缝,4、注胶,5、灌胶质量检验,2.1 修补裂缝,6、表面清理、涂装,2.1 修补裂缝,2.2 粘帖纤维复合材料,粘贴纤维复合材料的加固方法是利用符合现行国家标准的定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法（GB/T3354）中各项力学性能指标的纤维片材（或布），通过同样满足要求的粘结材料与混凝土结构结合紧密，剪力顺利传递而共同工作，提高混凝土结构的受力性能。 施工工艺框图：,1、裂缝封闭、基底处理：,砼表面打磨,2.2 粘帖纤维复合材料,2、涂底胶：,2.2 粘帖纤维复合材料,3、修整找平层,4、粘贴纤维材料,2.2 粘帖纤维复合材料,2

15、.3 粘贴钢板加固,粘贴钢板加固作用与粘贴碳纤维布的加固作用类似。 粘贴钢板施工需待混凝土缺陷修补、裂缝修补完成后进行。 施工工艺框图：,1、钢板制作及砼表面处理,2.3 粘贴钢板加固,2、钻孔、植入锚栓,3、涂胶、贴合钢板，加压锚固,4、钢板防腐处理,2.3 粘贴钢板加固,3 关于部分常用加固方法的探讨,增大截面、体外预应力等加固方法都存在应力滞后的问题：加固前原结构已经承受荷载（即第一次受力），特别是当承载能力不足时，加固前原结构的截面应力、应变水平一般都很高。新加固部分加固后并不立即承受荷载，而是在新荷载（即二次加载）下才开始受力。从而导致整个加固结构在其后的第二次受力过程中新加部分的应

16、力、应变始终滞后于原结构的累计应力和应变。所以，混凝土结构加固计算分析不能够完全按普通结构概念进行。加固结构的承载力与新旧两部分的应力差值或应变差值直接相关，与原结构的极限变形值有关，与两部分材料的应力应变关系有关。,改变结构体系的主动加固方法要慎用 如：T型刚构改成连续钢构 连续梁改成矮塔斜拉桥 等,桥梁加固维修关键技术，是指更换原桥部分病害结构件，如斜拉桥拉索、拱桥吊杆系杆、悬索桥吊杆、桥梁支座、伸缩缝等，或对桥梁因外因引起的偏移进行复位施工。 桥梁加固维修的目的一般是使桥梁恢复到原设计承载能力，通常需和前述的主动和被动加固法配合进行。,四 桥梁加固维修关键技术,斜拉索更换，其难点是旧索的

17、拆除，由于早期斜拉桥设计及施工原因，旧斜拉索拆除困难甚至无法拆除。 一般要求在不中断交通的情况下，用最快最安全的方法拆除旧斜拉索，进行常规的新索安装。实现快速换索，从而尽量减少交通枢纽的壅堵时间。 其关键技术是设计用专用工具在斜拉索在还存在应力的情况下，将将要拆除的斜拉索的切割部位的拉索应力转换为零，强行割断，强行拔出，从而实现快速更换。,1 ：斜拉桥拉快速更换拉索,拉索更换施工工艺流程：,1 斜拉桥快速更换拉索,1、施工准备：,施工升降平台,塔顶吊索辅助设施,1 斜拉桥快速更换拉索,2、塔端松锚放张使拉索存在一定内力 松锚常采用穿心式千斤顶、 张拉丝杆及撑脚等配合进行。,3、将要切割段拉索内

18、力转换为零,1 斜拉桥快速更换拉索,4 割断斜拉索,放下已割断的斜拉索,4、新索制备、运输、桥面展开,1 斜拉桥快速更换拉索,5、梁端穿索,6、塔端挂索（关键步骤）,1 斜拉桥快速更换拉索,安装定位快，更换完成后的斜拉索,7、张拉、调整索力（关键步骤）,动画演示：石门大桥换索,1 斜拉桥快速更换拉索,换索施工动画,2 拱桥吊杆和系杆更换,在拱桥中，一对吊杆或系杆对应一根横梁，缺任何一根杆件均不能保持桥梁原有状态，因此，吊杆（系杆）更换必须考虑原吊杆（系杆）受力的转移，即用另外的替代杆件作临时吊杆（系杆），使原吊杆（系杆）的受力完全卸除，再予以成对同时更换。 施工工艺框图：,1、安装分配梁，穿临

19、时拉杆,2、张拉临时拉杆，更换吊杆（系杆）,2 拱桥吊杆和系杆更换,施工动画演示：潮白河大桥更换系杆,2 拱桥吊杆和系杆更换,桥梁整体顶升，是将桥梁的一联（可包含多跨）进行同步平行顶升或绕一点向上平转，其特点是不改变梁体的内力，对梁体不会造成二次伤害，是一种最为先进、科学的桥梁支座更换和梁体纠偏的施工技术。,3 整体顶升法更换支座,施工工艺流程：,3 整体顶升法更换支座,1、布置千斤顶安装平台,钢管柱支撑平台,墩柱上外包钢构件支撑平台,3 整体顶升法更换支座,2、安装千斤顶、油泵油路、电路、监控仪器设备等,3、试顶，检查设备运行情况,3 整体顶升法更换支座,4、起梁、更换支座,3 整体顶升法更

20、换支座,6、卸载落梁、完成支座更换施工,3 整体顶升法更换支座,动画演示： 薛典立交整体顶升施工,3 整体顶升法更换支座,4 顶升法进行梁体纠偏,整体顶升法进行支座更换，梁体位移方向是单一的竖向，而采用顶升法对梁体进行纠偏施工，梁体位移方向包括竖向、纵向和横向三个方向，施工工序较支座更换复杂一些，其施工工艺流程如下：,1 在桥墩上均衡安装千斤顶做好整体顶升T梁的准备。 在桥墩和桥台上布设用型钢作成的滑轨，滑轨上按装四氟板。 3 利用连续钢构主桥和引桥的支座垫石作反力的着支点，用型钢设置桥梁整体位移的反力架，安装纵横移千斤顶。,4 顶升法进行梁体纠偏,同步均衡，整体顶升桥梁，将桥梁置放于滑轨的四

21、氟板滑板上。 修复支座垫石，重新安装桥梁支座 6 纵、横顶移桥梁，使桥梁归位。 整体落位桥梁安放在桥梁支座上，桥梁纠偏完成。 8 按以上步骤进行T梁逐联复位。,4 顶升法进行梁体纠偏,五.一二地震后庙子坪大桥纠偏,4 顶升法进行梁体纠偏,动画演示：厦门机场路环岛北路互通立交纠偏施工,5 顶升法进行梁体纠偏,5 伸缩缝快速维修,伸缩缝是桥梁路面中最薄弱的环节，也是最容易损坏的组成部分，在一些交通繁忙的道路（如机场高速公路）上，一般不能中断交通，即使占道施工也具有一定的时间限制，通常的伸缩缝更换施工，由于混凝土的凝固时间较长，施工占道时间较长，不能满足繁忙交通的要求，因此，伸缩缝的快速修补显得尤为

22、重要，意义非凡。,伸缩缝快速修补施工工艺流程：,5 伸缩缝快速维修,几类常见的水泥混凝土路面修补材料及其主要性能特点,用混凝土材料快速修补伸缩缝,伸缩缝快速修补,伸缩缝快速修补,1、施工准备、交通管制 2、放样、切割、破除伸缩缝砼,5 伸缩缝快速维修,3、拆除原伸缩装置、清理槽口，补齐锚筋 4、新伸缩缝就位、焊接,5 伸缩缝快速维修,5、浇筑快速混凝土,7、完成更换施工 混凝土浇筑2小时后对混凝土强度进行检测，如符合通车条件后，清理施工场地，开放交通，完成伸缩缝快速修补施工。,5 伸缩缝快速维修,6、混凝土面抹平、修整,施工动画演示： 北京首都机场高速公路伸缩缝快速更换,6 伸缩缝快速维修,五

23、 对美国明尼苏达密西西比大桥垮塌及重建的思考,五 对美国明尼苏达密西西比大桥垮塌及重建的思考,一座运行了40年的钢板桥面钢桁架桥，正在进行加固维修，在没有任何先兆的情况下突然垮塌，垮塌主要原因是关键节点钣的强度或材质存在隐患。 钢结构桥梁，关键构件存在局部强度不足或缺损，是不少桥梁事故的重要原因，值得我们高度重视。我国的一些钢桥也存在这样的问题。,五 对明尼苏达州大桥垮塌及重建的思考,混凝土预制节段拼装法桥梁是一项现代建桥技术，分为逐跨拼装和悬臂拼装两大类，跨度20-400米以上；能有效保证桥梁质量和耐久性，是值得推广的桥型。 混凝土预制节段拼装桥梁设体内和体外预应力两种受力体系，体外预应力的

24、破坏一般为塑性破坏，使桥梁的安全和耐久性得到保证。,1994年3月，用悬拼预制节段法建成的我国第一座主跨超过400（414）米的湖北郧阳汉江混凝土斜拉桥，运行16年来，混凝土主梁未发现裂纹。,采用逐跨拼装混凝土预制节段法施工的桥梁,五 对明尼苏达州大桥垮塌及重建的思考,重要桥梁的智能监控系统是现代桥梁设计的必要元素： 采用可靠的手段和设备（传感器，GPS等数据采集、数据评估分析、传输处理等设备)组成有效的桥梁智能监控系统，对桥梁整体和关键部位的应力应变、位移、荷载、损伤情况等进行监控，建立有效的桥梁预警和养护维修管理机制。保证桥梁在寿命基期内正常运营。,六 关于桥梁管理系统的思考 建立各省市和

25、全国统一的公路桥梁管理系统：根据历史的和已有的桥梁健康监测系统资料，将全国的桥梁状况进行数理统计分类，完善现行的养护和加固规范，桥梁的加固维修纳入统一的规范化管理。是一个需要完善的系统工程。,建立各省（市）统一的桥梁管理系统,桥梁管理系统工作流程,七 结语,我国的桥梁建设正由大规模兴建为主的时期进入到建设和养护维修同时进行的时期。提高桥梁管理水平，保证桥梁的正常运营和延长桥梁使用寿命是桥梁管理维修工作者的重要任务。 开展养护维修技术的开发研究，是桥梁养护维修工作者面临的重要课题。 桥梁维修加固施工技术发展很快，新材料、新工艺不断发展，交流、学习、引进、开发、总结桥梁的养护、加固、维修技术尤其是关键技术的工法，需要我们共同努力。,