杨家沟拱桥加固施工方案1.docx

杨家沟拱桥加固方案
一、工程概述
　　杨家沟拱桥位于山西省柳林县留誉镇杨家沟村，为老式拱桥。上部结构为：一跨空腹式浆砌块石曲拱桥，净跨径18.83m，矢跨比为1／3。桥面宽度为：净-4m+2×1.0m(人行道)，桥面纵坡为0，横坡为1％(双向)，拱圈厚度为1.14m。拱上建筑采用20cm厚的C25混凝土作为路面。下部结构为：浆砌150×450#片石实体桥台，桥台基础落在强风化基岩上，为明挖扩大基础。由于历史原因，该座旧石拱桥设计标准低，施工质量差，随着（新建铁路）山西中南部铁路通道瓦洪段ZNTJ-4标杨家沟隧道进口架子队交通量不断增长，重型车大量增加，超载、超限运输严重，该桥梁渐渐出现了拱圈、桥台开裂等各种严重病害，严重危及到桥梁的安全运营，因此，加固改造，提高其承载力，确保交通运输安全成为我分部当前的首要任务。
为了确保（新建铁路）山西中南部铁路通道瓦洪段ZNTJ-4标杨家沟隧道的物资、设备运输安能够全到达施工现场及当地村民及政府的要求，所以在2010年10月就对该桥制定了以下加固改造方案。
二、主要病害及其原因分析
　1、主要病害：桥面开裂、沉陷，主拱圈4处纵向（沿路线方向）贯通缝，并延伸至两桥台，最小缝宽1 mm，最大缝宽40 mm，有的砌石出现剪切破损，桥梁的整体性遭到破坏，承载力明显下降，严重危及到桥梁的安全运营。

拱圈右内侧竖向开裂（图一）

拱桥内侧表面横向裂缝石楼方向（图二）

拱圈内侧块石出现松动、掉快（图三）

拱桥表面开裂柳林向（图四）
　2、原因分析如下：
　　1）石拱桥属超静定受力结构，斜拱桥锐角处应力集中，水平推力不均衡，导致锐角处拱圈开裂；
　　2） 桥台台背及拱腔填料不密实，在车辆荷载的作用下，逐渐下沉，导致桥台、拱圈产生附加应力而出现开裂；
3）交通量大，重车多，原设计荷载标准相对偏低。
三、加固处理方案（一）
　　3．1现浇盖梁加固处理技术
　　石拱桥属超静定结构，受力复杂，一旦出现裂缝，其受力截面会发生应力重分布，也就意味着受力有效截面变小，结构应力增大，承载力降低。因此，对该桥桥面采用现浇（盖梁）钢筋混凝土进行加固处理，在距老拱桥两侧桥台各1.5m处采用明挖方式开挖出盖梁两端基础作为盖梁的桥台（在基础开挖时分两次进行，并应必要考虑当地村民通行，需做栈桥过度）。把原桥面的混凝土进行清理，并在处理后的原桥面铺垫一层碎石，然后在其上面进行盖梁钢筋绑扎，直至桥面工程结束。在旧拱桥柳林侧拱圈下桥台旁增加一座挡墙，（祥见拱桥加固图一）对旧拱桥另一侧（杨家沟隧道侧）拱圈下桥台进行清理并在桥台面浇筑30cm厚的C25钢筋混凝土；再在新增加的桥台基础上架设12榀[20a工字钢后进行模筑混凝土浇筑。处理桥台前墙采用施打锚杆、挂网喷砼通过以上施工处理后使原拱圈及桥台紧密结合共同受力，有效的阻止拱圈及桥台裂缝、变形。这种加固技术主要是利用现浇盖梁、圈梁加强原拱桥的承载力（荷载），使旧拱桥整体受力均匀分配，达到增强整体性、提高承载力的目的。
　　3．2 设计要点
　　盖梁混凝土标准：采用C35钢筋混凝土现浇。
　 盖梁混凝土厚度：拱顶72cm，两端为60cm，并在盖梁两端设置伸缩缝。
盖梁钢筋配置：纵向主筋Φ32螺纹钢，间距为20cm ；纵向分部筋Φ14，间距35cm，横向主筋为Φ32螺纹钢，间距为100cm ；板凳筋主筋为Φ22螺纹钢，间距为75×75cm梅花型布置；（其他部位详见杨家沟沟拱桥钢筋加固布置图）。
新增旧拱桥两侧桥台钢筋配置：（见上图）
拱圈下圈梁：采用[20a工字钢，C35模筑混凝土，厚度为50cm 。（见下图）

　　3．3 施工工序
1）砌筑桥基础加固挡墙；
2）安装圈梁[20a工字钢；
3）立模；
4）浇筑圈梁混凝土；
5）M10#砂浆处理裂缝；
6）浇筑盖梁混凝土：a．开挖盖梁桥台基础，b．浇筑桥台；c．清理拱桥表面混凝土；d布设、绑扎钢筋；e，浇筑混凝土。
7）处理拱桥裂缝、掉块：a．钻孔安设锚固钢筋；b．布设、绑扎（焊接）钢筋；c．支模；
　　8）换填桥台台背及拱腔填料，重新铺装桥面人行通道。
　　3．4 施工控制要点
　　1）原材料 ：工程所用原材料包括钢筋、水泥、碎石、砂等，必须经检验合格后方可使用。
　　2） 地基承载力：套拱底板支撑基础应置于岩盘上，如未遇岩盘则地基承载力应达0．4 MPa以上，否则要考虑换填水泥稳定砂砾或灰土。
3）钢筋制作、安装：钢筋加工前应进行整直除锈，符合要求后，严格按设计下料。钢筋采用电焊焊接，焊接一定要牢固，接头在构件内应错开布置。
　　4）混凝土拌和：混凝土应按配合比标准拌和。拌和采用强制式拌合设备，确保拌和均匀。施工当中要注意拌合速度与浇捣速度的配合，随时检查混凝土坍落度，严格控制水灰比。
　　5）混凝土浇筑：浇筑过程应连续，中途不得间断。混凝土振捣应采用振捣棒，拱顶部分加以人工振捣，每个部位都要振捣密实，一般以振捣至混凝土不再下沉、无明显气泡上升、混凝土表面 出现薄层水泥浆、表面平整为适度。每次浇筑应低于模板5cm--8cm，以便支设上层模板，并且在混凝土浇筑、振捣时不得碰撞钢 筋和模板，如发生松动，应立即加固处理。
　　7）混凝土养生：当混凝土强度达到设计强度的30%时，即可拆模。拆模后应及时洒水养生，直至达到设计强度。

加固处理方案（二）
加固采用桥梁技术标准
　　(1)设计汽车荷载等级：公路—Ⅱ级，人群3.0kN／m2，桥面组成：净—27.3m+2×1.0m(人行道)。
　　3　加固依据及资料
　　交通部部标准《公路工程技术标准》(JTJB01—2003)。交通部部标准《公路桥涵设计规范》(1989年合订本)，交通部部标准《公路桥涵施工设计规范》(JTJ041—2000)，交通部部标准《公路质量检验评定标准》(JTJ071—98)，交通部部标准《公路养护技术规范)JTJ0173—96)，公路桥涵设计手册：《拱桥》(上、下册)(1991年版)。4　加固设计要点
　　(1)上部结构计算采用《桥梁博士》(平面杆系有限元程序)进行加固后成桥状态下活载、恒载、温度变化等作用力计算，以最不利荷载组合进行控制设计。
　　(2)下部结构按重力式墩台计算，计算荷载按《公路桥涵设计通用规范》的规定，对所有可能承受的荷载进行最不利组合。以最不利荷载组合控制设计。基础计算按照《公路桥涵地基与基础设计规范》，结合本桥实际情况按旧桥基础承载力提高系数予以考虑进行验算。
　　(3)桥面板计算按单向板和悬臂板计算，悬臂跳梁进行截面强度验算、抗剪计算和抗倾覆计算。
　　(4)相关参数：相对湿度70％，墩台不均匀沉降考虑10mm。桥面板与其他结构温差5℃。
　　5　加固方法
　　根据该桥现状、桥梁承载力提高及桥面加宽的要求，确定的加固方法为：
　　5.1拱圈
　　拱圈加固采用锚喷8cm厚30号混凝土加固主拱肋和主拱波，现浇钢筋混凝土加固拱角拱背的方法进行。首先凿除主拱肋表面1cm厚砂浆抹面层，凿毛、清洗干净，然后在主拱肋底面和侧面按照规定位置钻孔植筋，用环氧树脂固定牢固后，挂钢筋网，主拱波在内侧钻孔植筋，挂钢筋网，锚喷混凝土，加大拱肋及拱波截面进行加固。横隔板在底面钻孔植入U型筋，锚喷8cm厚30号混凝土，加强横向连接。拱角拱背先凿除砂浆抹面层。凿毛、清洗干净，在拱角拱背、拱座机2号排架根部钻孔植筋、绑扎钢筋网，现浇10cm厚钢筋混凝土进行加固。
　　5.2拱上建筑
　　拱上建筑加固采用锚喷6cm厚30号混凝土加固排架及腹拱圈；桥台前墙加固采用锚喷6cm厚30号混凝土。首先凿除主排架表面1cm厚砂浆抹面层，将排架四周及腹拱内侧凿毛，清洗干净，然后在排架四周及腹拱内侧照规定位置钻孔植筋，用环氧树脂固定牢固后，挂钢筋网后，最后锚喷混凝土。拱上建筑实腹段外侧用10#水泥砂浆抹面3cm厚进行处理。
　　5.3桥面
　　桥面加固采用：在原桥两侧现浇钢筋混凝土侧墙，对称加设预制钢筋混凝土挑梁，现浇钢筋混凝土行车道板及加设预制微弯板人行道的方法进行。钢筋混凝土挑梁预制好就位后。预留钢筋和桥面钢筋焊接，并和悬臂板钢筋绑扎。整体浇筑桥面钢纤维混凝土。挑梁安放时注意防止倾覆，挑梁高度应顺应桥面横坡处理。在挑梁上加盖人行道微弯板，人行道两侧加设栏杆，人行道微弯板用3cm厚10#水泥砂浆抹面。桥面在两次桥台附近设置30cm宽，25cm深的TST伸缩缝。桥面浇筑完成后在1#、2#墩顶位置处切割变形缝，深3cm，宽3mm，清洗干净后，用沥青灌缝。
　　5.4桥台及基础
　　桥台前墙加固采用锚喷6cm厚30号混凝土方法。将桥台前墒表面凿毛、植筋，挂钢筋网，清洗干净后，锚喷混凝土进行加固。桥台台帽加固采用锚喷8cm厚30号混凝土方法。将桥台台帽前表面凿毛、植筋，挂钢筋网，台帽钢筋网和主拱肋钢筋焊接，将混凝土表面清洗干净后，锚喷混凝土进行加固。
　　桥墩用10#砂浆抹面勾缝，桥墩墩帽加固采用在外侧挂钢筋网，锚喷8cm厚30号混凝土方法进行加固。
　　地基根据实际开挖地质资料及实际情况进行处理，墩台基础用20#片石混凝土进行防6　桥梁加固施工顺序
　　(1)对桥墩台以及基础进行处理。
　　(2)拆除旧桥人行道及栏杆部分。
　　(3)铲除桥面铺装、侧墙及拱上填料。以上拆除过程每一跨由跨中对称地向拱脚方向进行，各跨之间的拆除同步对称进行，使桥墩受力平衡，防止单向推力过大而引起倒塌。
　　(4)同时进行主拱圈、拱上建筑及桥台前墙的加固。
　　(5)现浇混凝土侧墙，填筑拱上砂砾填料，调整横坡，安装挑梁，现浇行车道悬臂板和桥面钢纤维混凝土。
　　(6)安装人行道、栏杆、伸缩缝，完成所有加固工程。
　　7　加固主要材料
　　7.1混凝土
　　拱肋、拱波、拱上建筑等采用30号锚喷混凝土，拱背、湿接缝等采用30号现浇混凝土，桥面采用30号钢纤维混凝土，悬臂梁、微弯板采用30号预制混凝土，栏杆采用25号预制混凝土，桥墩(台)采用30号现浇混凝土，基础采用20号现浇混凝土。
　　7.2钢筋
　　设计采用钢筋为Ⅰ级和Ⅱ级两种，除注明者外，钢筋直径d≥12mm的，采用符合GB-1499-98国家现行标准的带肋钢筋(即Ⅱ级钢筋)；当钢筋直径d＜12mm的，采用符合GB-13013-91国家现行标准的光圆钢筋(即Ⅰ级钢筋)。
　　　7.3其他
　　(1)环氧树脂胶及环氧树脂砂浆，按照有关规范及产品说明要求，通过试验确定。
　　(2)本桥仅在桥台两端各设置一道TST型伸缩缝。
　　8　施工方法、要点及注意事项
　　(1)主拱圈(主拱肋、拱波、横系梁)采用外包钢筋网，并用锚喷混凝土加大截面，施工时严格按照锚喷工艺进行。
　　(2)拱上建筑(排架、腹拱圈)采用外包钢筋网，并用锚喷混凝土加大截面，施工时严格按照锚喷工艺进行。
　　(3)桥面和人行道的拓宽施工。①桥面采用钢纤维混凝土，1m3混凝土掺入针状钢纤维37.5kg；②悬臂挑梁安装就位和桥面钢筋焊接，保证稳定性，为了保证悬臂梁(板)的根部切实可靠，其浇筑施工应和桥面一次性整体浇筑；③拆除桥面，把拱上原白灰矿渣填料及侧墙全部铲除。用钢筋30号钢筋混凝土现浇侧墙，填筑透水性好的砂砾填料，调整桥面横坡为2％(横坡由拱上砂砾填料形成)，再浇筑25cm厚桥面钢纤维混凝土；④伸缩缝采用TST橡胶伸缩体，聘任专业队伍施工，以确保工程质量；⑤桥头两侧砌筑挡墙，修建引道，把桥两面的路面衔接起来，根据清徐一古交公路的线形，全面规划，应有足够的长度，顺应相接，防止桥头出现跳车。
　　(4)下部结构及防护工程。下部结构施工及质量标准按照《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041—2000)、《公路工程质量检验评定标准》(JTF071—98)及有关规定进行。对于旧桥防护工程，检查其是否有裂缝、沉陷等，针对病害进行处理。
　　(5)对桥墩表面冲刷风化层清除，用10#水泥砂浆抹面勾缝处理。
(6) 对锚喷混凝土部分原桥结构表面砂浆清除、凿毛，清洗干净后方可进行锚喷施工。在原桥结构上植筋时首先在结构上钻孔，孔深8cm，孔径按照需要植入钢筋的直径确定，清孔后灌注环氧树脂胶，再将钢筋插入，等黏接牢固后，方可挂钢筋网。
　　(7)加强技术监督，检测工作，提高技术装备，制定严格的技术措施。
　　(8)重视技术措施档案资料工作，技术资料的搜集工作要及时进行，并与施工进度同步。技术资料齐全、科学、规范、认真。
　　(9)坚持贯彻“安全第一，预防为主”的安全生产方针，现场设立标语牌，危险区域设立警告牌，机电设备设立安全操作规程牌等，严禁一切不安全行为和违章作业。
　　(10)技术管理要做到措施提前到位，技术交底提前下达，质量监控跟踪到位，保证做到一次成活，一次成优，每道自动消化、自动协调，保证整体布置的贯通。
除上所述外，严格按照公路有关规范标准及设计图执行。
为了保证拱桥的安全、质量要求，在施工时以上两种方案可以对照择优施工。