一种可调可控的桥墩盖梁加固的工艺方法技术领域
本发明涉及一种旧桥墩盖梁的加固工艺方法,具体是指一种可调可控的桥墩
盖梁加固的工艺方法。
背景技术
旧桥加固中,常遇到如下多种情况:
当桩土承载力不足时,常规的加固方法是桩端或桩侧注浆等。
当桩身存在缺陷或承载力不足时,常规的加固方法是新增桩基础承台或新增
钢管桩等。
当承台承载力不足时,常规的加固方法是承台顶底面、侧面贴钢板或贴碳纤
维布等。
当墩柱承载力不足时,常规的加固方法是墩柱贴钢板或增大墩柱截面等。
当盖梁承载力不足时,常规的加固方法是盖梁顶底面、侧面贴钢板或贴碳纤
维布等。
然而当桩土承载力不足、桩身存在缺陷或承载力不足、承台承载力不足、墩
柱承载力不足、盖梁承载力不足等五种或多种情况同时发生时,均需对以上结构
加固,加固将异常繁琐,施工周期长;更加不利的是,以上加固均为被动加固,
桥梁正常使用状态时,新增加的加固措施仅承担少量的活载,其应力水平小,全
部结构恒载及大部分活载均由旧结构承担,其应力水平高,其加固效果难以评估。
发明内容
本发明的目的是提供一种可调可控的桥墩盖梁加固的工艺方法,该工艺方法
能够完成桥墩盖梁的主动加固,并且能够调整盖梁及基础新增结构承担全部荷载
的比例及盖梁新旧组合结构承担全部荷载的比例,可调可控。
本发明上述目的通过如下技术方案来实现的:一种可调可控的桥墩盖梁加固
的工艺方法,该工艺方法包括以下步骤:
(1)在需要加固的旧盖梁相适合的位置浇筑新增桩基、墩柱,预留出墩柱柱顶
与盖梁底之间的千斤顶工作高度,在墩柱柱顶上预埋千斤顶工作垫板;
(2)搭支架,立模板,在旧盖梁的混凝土表面刻剪力槽、植筋、凿毛,架设新
增盖梁普通钢筋;
(3)先在新增盖梁的普通钢筋上现浇第一次混凝土,形成部分的新增盖梁,新
增盖梁在中间预留二次浇筑区域供新盖梁的第二次混凝土浇筑;
(4)在墩柱柱顶上安装支座,设置千斤顶,在支座下按设计力要求用千斤顶顶
升新盖梁,达到设计顶升力后测量各千斤顶顶升后的高度,按设计调整结构内力,
减少旧盖梁承担的负弯矩,将旧盖梁所承受的部分弯矩按设计要求转移至新增盖
梁,降低旧盖梁悬臂根部压应力;
(5)墩柱柱顶按设计尺寸用型钢与支座下钢板及墩柱柱顶预埋钢板进行顶紧、
焊接,各千斤顶顶升后到位后,在各个墩柱柱顶上将所设置的型钢与位于上部的
支座下钢板、以及位于下部的墩柱柱顶预埋钢板进行焊接,焊接后形成整体的钢
板结构,焊接时预留出千斤顶的撤出空间;
(6)千斤顶回油,撤出千斤顶,桥墩盖梁的力传递至型钢;
(7)绑扎墩柱柱顶钢筋,现浇千斤顶高度范围内墩柱补偿收缩混凝土;
(8)在新盖梁预留的二次浇筑区域内进行新增盖梁第二次混凝土浇筑,新增盖
梁经第二次混凝土浇筑后包围旧盖梁,构成桥墩的整个盖梁;
(9)通过设计计算,调整确定盖梁新旧结构承担的上部荷载的比例,设计预应
力钢束的数量及位置,预应力钢束贯穿设置在桥墩整个盖梁中;
(10)待新盖梁混凝土强度达到90%设计强度,养护龄期达7天后,按设计要求
对预应力钢束进行张拉。
本发明的工艺方法在原盖梁混凝土表面按设计刻剪力槽、植筋、凿毛;在中
间预留一定区域供盖梁长度第二次浇筑;利用千斤顶两端同时顶升盖梁,通过控
制千斤顶力及顶升高度,按照一定比例调整新旧盖梁分别承担荷载合理值,达到
按设计调整结构内力,将部分弯矩转移至新增盖梁,降低原盖梁悬臂根部压应力
的目的;通过顶升把旧结构基础部分内力转移至新增基础上;通过控制预应力钢
束数量及位置,将旧墩柱盖梁所承受荷载部分或全部转移到新墩柱及盖梁新旧组
合结构上,并可按设计计算,实现调整盖梁新旧组合结构承担全部荷载的比例。
本发明中,该工艺方法还包括步骤(11)预应力钢束张拉完后,对桥墩盖梁外包
薄膜进行加强湿养护。
本发明中,所述步骤(2)中所述的刻剪力槽为按设计尺寸和位置在旧盖梁范围
内、旧墩柱四周进行,刻剪力槽深度为5cm,刻槽时不应伤及旧盖梁钢筋;所述
的植筋技术是采用专门配制的胶粘剂,将钢筋与旧结构锚固在一起,植筋前探明
盖梁钢筋位置,并做上标记,若与盖梁钢筋冲突,可在原植筋位置旁稍做调整;
植筋包括旧盖梁的底面植筋和侧面植筋,底面植筋按照梅花形斜列施工,侧面植
筋按行分批从上到下施工;所述凿毛是为加强新旧结构结合面的粘结紧密性的技
术,凿毛为对剪力槽范围外的旧盖梁进行凿毛,凿毛深度为6mm,使原盖梁结构
坚实层外露。
本发明中,所述步骤(3)中现浇的第一次混凝土为掺入植物纤维及钢纤维的混
凝土。新浇筑盖梁混凝土掺入植物纤维是防止混凝土早期收缩裂缝,掺入钢纤维
是防止混凝土后期受力裂缝,同时增强结构强度。
本发明中,所述步骤(3)中新增盖梁中间预留的二次浇筑区域的长度占新盖梁
总长度的三分之一。所述预留三分之一盖梁长度进行第二次浇筑目的是调整旧盖
梁下缘压应力,避免与后期张拉预应力引起的组合应力过大。
本发明中,所述步骤(4)中安装在墩柱柱顶上的支座为盆式橡胶支座。
本发明中,所述步骤(4)中千斤顶顶升新增盖梁采用两端同时顶升方式,以避
免不对称加力引起盖梁结构的倾覆或倾斜。
本发明中通过千斤顶两端同时顶升盖梁,控制顶升力及顶升高度以达到按设
计调整结构内力的技术是本发明的特点之一。所述的两端同时顶升,避免了不对
称加力引起结构倾覆或倾斜。所述的控制顶升高度是在达到设计顶升力后测量各
千斤顶顶升后的高度,按设计调整结构内力,减少原盖梁承担的负弯矩,将原盖
梁所承受的部分弯矩按设计要求转移至新增盖梁,降低原盖梁悬臂根部压应力。
同时,通过顶升还可以把旧结构基础部分内力转移至新增基础上,为旧基础分担
部分荷载。
本发明中,所述步骤(5)中墩柱柱顶上的型钢竖向设置,所述的支座下钢板、
墩柱柱顶预埋钢板横向平行设置。
本发明中,所述步骤(5)中的焊接为满焊,使其具有更好的焊接效果。
本发明中,所述步骤(8)中浇筑的第二次混凝土为掺入植物纤维及钢纤维的混
凝土。新浇筑盖梁混凝土掺入植物纤维是防止混凝土早期收缩裂缝,掺入钢纤维
是防止混凝土后期受力裂缝,同时增强结构强度。
本发明中通过控制预应力钢束数量及位置将旧墩柱所承受荷载部分或全部转
移到新墩柱及盖梁新旧组合结构上,并可按设计计算,控制盖梁新旧组合结构及
新墩柱分别承担全部荷载的比例是本发明的另一特点。待新盖梁混凝土强度达到
90%设计强度,养护龄期达7天以上后,对新盖梁进行预应力钢索张拉。采用对称
张拉方式,通过设计计算控制预应力钢束数量、位置及张拉力的大小,以实现盖
梁新旧组合结构承担上部结构荷载比例的主动性和可调性,同时可以有效地控制、
防止盖梁的收缩裂缝。
与现有技术相比,本发明具有如下显著效果:
(1)本发明中在支座下按设计力两端同时顶升盖梁,避免不对称顶升引起结
构倾覆或倾斜,按照设计计算确定各千斤顶顶升后的高度,有效地调整结构内力,
减少原盖梁承担的负弯矩,将部分弯矩转移至新增盖梁,降低原盖梁悬臂根部压
应力,同时把旧结构基础部分内力转移至新增基础上。
(2)本发明中通过千斤顶的顶升力及顶升高度主动调整控制和预应力钢束的
主动调整控制,控制盖梁新旧组合结构能够承担全部上部荷载比例,使得即使在
旧墩柱需要凿除时,盖梁新旧组合结构能够承担全部上部荷载,保证盖梁加固的
效果。
(3)本发明中通过在原结构横桥向浇筑新墩柱及桩基,既避免纵桥向新建墩
柱对桥下通航、通车的影响,也便于盖梁预应力的张拉。
(4)本发明将新建墩柱沿横桥向拉开较大距离,避免受桥下净空高度小于2m
的制约,使加固工作拥有足够的操作空间;同时,也避免了新墩柱基坑开挖太深
给旧墩柱与旧桩基带来危险。
(5)本发明中通过刻剪力槽、凿毛、植筋三种技术保证新旧盖梁之间足够的
粘结性、整体性,保证了旧墩拆除后新旧盖梁能形成一个粘结完好的整体受力结
构。
(6)本发明中采用的混凝土掺入植物纤维防止混凝土早期裂缝,掺入钢纤维
防止混凝土后期裂缝,同时增强结构强度,保证结构加固的效果。
(7)本发明中所述可调主动加固盖梁技术对结构的加固避免了传统加固方法
繁琐的施工步骤与过程,缩短施工周期,也保证桥梁结构能尽快通车。
(8)本发明所述可调主动加固盖梁技术省去了承台顶底面、侧面、墩柱贴钢
板或贴碳纤维布等材料,对旧的墩柱承台破除后的混凝土可回收利用,也节省了
一定的加固成本。
(7)本发明所述可调主动加固盖梁技术为一种主动加固技术,与传统的加固
方法相比,可以主动调控各个施工步骤新旧结构承担荷载的比例,保证各个施工
过程的安全性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1A为本发明工艺方法中施工步骤之一的示意图;
图1B为本发明工艺方法中施工步骤之二的示意图;
图1C为本发明工艺方法中施工步骤之三的示意图;
图1D为本发明工艺方法中施工步骤之四的示意图;
图2为本发明中桥墩盖梁中的墩顶支座顶升示意图,显示整体的钢板结构;
图3为本发明中桥墩盖梁中的侧面凿毛、刻槽、植筋示意图;
图4为本发明中桥墩盖梁中的底面外轮廓凿毛、刻槽、植筋示意图。
附图标记说明
101、旧盖梁;102、旧墩柱;103旧承台;104、旧桩基;
201、盖梁第一次混凝土;202、盖梁第二次混凝土;
203、新墩柱;204、新桩基;1、千斤顶;2、墩柱柱顶预埋钢板;
3、型钢;4、混凝土;5、支座下钢板;6、支座;
7、凿毛;8、刻剪力槽;9、植筋
具体实施方式
如图1至图4所示的一种可调可控的桥墩盖梁加固的工艺方法,该工艺方法
包括新桩柱的施工;原盖梁混凝土表面刻剪力槽、植筋、凿毛的实施;新增盖梁
混凝土段的施工;墩顶千斤顶的顶升施工,支座下钢板及柱顶钢板间采用型钢顶
紧、塞焊、满焊的施工;预应力钢束张拉施工,具体的工艺方法包括以下步骤:
(1)在需要加固的旧盖梁相适合的位置浇筑新增桩基、墩柱,预留出墩柱柱顶
与盖梁底之间的千斤顶工作高度,在墩柱柱顶上预埋千斤顶工作垫板;
(2)搭支架,立模板,在旧盖梁的混凝土表面刻剪力槽、植筋、凿毛,架设新
增盖梁普通钢筋,其中,刻剪力槽为在旧盖梁范围内、旧墩柱四周进行,刻剪力
槽深度为5cm,宽度在10~15cm,刻槽时不应伤及旧盖梁钢筋;植筋包括旧盖梁
的底面植筋和侧面植筋,底面植筋按照梅花形斜列施工,侧面植筋按行分批从上
到下施工;凿毛为对剪力槽范围外的旧盖梁进行凿毛,凿毛深度为6mm,使原盖
梁结构坚实层外露;刻剪力槽8、植筋9、凿毛7如图3、图4所示,所述刻剪力
槽、植筋、凿毛的具体施工步骤如下:
①按设计尺寸和位置在盖梁范围内、旧墩柱四周刻剪力槽,刻剪力槽深度约
为5cm,刻剪力槽时不应伤及盖梁钢筋,钢筋出露时应在其表面涂阻锈剂。
②对剪力槽范围外的旧盖梁凿毛,凿毛深度约6mm,使原结构坚实层外露。
③植筋前应先探明盖梁钢筋位置,核对标记植筋部位,与盖梁钢筋相冲突时,
应向设计单位反应,现场不得随意调整植筋孔位置。
④钻孔:按规定的钻孔直径垂直于植筋结构平面钻孔,孔深与锚筋埋设深度
相同,孔位应避让构造钢筋,孔道应顺直。利用压缩空气清孔,用毛刷刷
三遍,吹三遍,确保孔壁无尘干燥。
⑤注胶:首先将植筋胶直接放入胶枪中,将搅拌头旋到胶的头部,扣动胶枪
直到胶流出为止,前两次打的胶不用。注胶时,将搅拌头插入孔的底部开
始注胶,逐渐向外移动,直至注满孔体积的2/3即可。注射下一个孔时,
按下胶枪后面的舌头,因为自动加压,避免胶继续流出,造成浪费。更换
新的胶时,按下胶枪后面的舌头,拉出拉杆,将胶取出。
⑥插入锚筋:锚筋插入前应钢刷清除插入部分的表面污物,再用丙酮擦净,
并予拭干。然后将备好的钢筋旋转着缓慢插到孔底,按照产品固化时间表
规定的时间进行安装,使得锚固剂均匀地附着在钢筋的表面及缝隙中,孔
口多余的胶应清除。
⑦在植筋胶固化之前,避免扰动锚筋,待其固化后再进行其他各项工作。
⑧为减小对原盖梁截面的削弱,植筋不能在全部钻孔完成后再进行,应分批
进行钻孔植筋,共分四批,一批植筋固化完成后才能进行下一批的钻孔。
(3)先在新增盖梁的普通钢筋上现浇第一次混凝土,形成部分的新增盖梁,新
浇筑盖梁混凝土掺入植物纤维是防止混凝土早期收缩裂缝,掺入钢纤维是防止混
凝土后期受力裂缝,同时增强结构强度,新增盖梁在中间预留二次浇筑区域供新
盖梁的第二次混凝土浇筑,新增盖梁中间预留的二次浇筑区域的长度占新盖梁总
长度的三分之一;
该步骤(3)即新增盖梁砼段施工,具体施工流程如下:
①浇筑新砼前,应清除干净混凝土表面的附着物油污,污垢,灰尘等;
②盖梁普通钢筋绑扎,盖梁主筋须严格按照设计要求布置,架立筋和面层钢
筋如与预应力钢束、锚筋相冲突时,可适当微挪钢筋架立筋和面层钢筋;
③先现浇第一次混凝土,混凝土采用钢纤维及植物纤维混凝土,中间预留三
分之一盖梁长度第二次浇筑;
(4)在墩柱柱顶上安装支座6,支座为盆式橡胶支座,在墩柱柱顶上设置千斤顶
1,在支座6下按设计力要求用千斤顶1顶升新盖梁,千斤顶1顶升新增盖梁采用
两端同时顶升方式,以避免不对称加力引起盖梁结构的倾覆或倾斜,达到设计顶
升力后测量各千斤顶顶升后的高度,按设计调整结构内力,减少旧盖梁承担的负
弯矩,将旧盖梁所承受的部分弯矩按设计要求转移至新增盖梁,降低旧盖梁悬臂
根部压应力;
(5)墩柱柱顶按设计尺寸用型钢与支座下钢板及墩柱柱顶预埋钢板进行顶紧、
焊接,各千斤顶顶升后到位后,在各个墩柱柱顶上将所设置的型钢3与位于上部
的支座下钢板5、以及位于下部的墩柱柱顶预埋钢板2进行焊接,如图2所示,墩
柱柱顶上的型钢3竖向设置,支座下钢板5、墩柱柱顶预埋钢板2横向平行设置,
型钢3、支座下钢板5、墩柱柱顶预埋钢板2焊接后形成整体的钢板结构,焊接时
预留出千斤顶的撤出空间,焊接为满焊,使其具有更好的焊接效果;
千斤顶的顶升施工及支座下钢板及墩柱柱顶钢板间的具体焊接流程如下:
①新增盖梁与新增墩柱间按设计安装盆式橡胶支座;
②支座下设置千斤顶,在支座下按设计力顶升盖梁,两端同时顶升,达到设
计顶升力后测量各千斤顶顶升后的高度。
③柱顶按设计尺寸用型钢在支座下钢板及柱顶钢板间顶紧,塞焊、满焊;
千斤顶回油,撤出千斤顶,力传递至型钢。
(6)千斤顶回油,撤出千斤顶,桥墩盖梁的力传递至型钢;
(7)绑扎墩柱柱顶钢筋,现浇千斤顶高度范围内墩柱补偿收缩混凝土;
(8)在新盖梁预留的二次浇筑区域内进行新增盖梁第二次混凝土浇筑,新浇筑
盖梁混凝土掺入植物纤维是防止混凝土早期收缩裂缝,掺入钢纤维是防止混凝土
后期受力裂缝,同时增强结构强度,新增盖梁经第二次混凝土浇筑后包围旧盖梁,
构成桥墩的整个盖梁;
(9)通过设计计算,调整确定盖梁新旧结构承担的上部荷载的比例,设计预应
力钢束的数量及位置,预应力钢束贯穿设置在桥墩整个盖梁中;
(10)待新盖梁混凝土强度达到90%设计强度,养护龄期达7天后,按设计要求
对预应力钢束进行张拉;
预应力钢束张拉的具体施工流程如下:
①按设计张拉预应力钢束,调整盖梁新旧组合结构需承担的上部荷载。
②新盖梁混凝土强度达到90%设计强度,养护龄期达7天以上后方进行预应
力钢束的张拉。采用对称张拉。张拉时要求张拉力与引伸量双控,以张拉
力为主,引伸量允许误差在正负6%以内。预应力的张拉必须固定张拉且
应在有经验的预应力张拉工长的指导下进行,不允许临时工承担此项工
作。每次张拉应有完整的原始张拉记录,且应在监埋工程师在场的情况下
进行。
③预应力钢束张拉完毕,应在24小时内压浆,压浆前应用压缩空气或用高
压水清除管道内杂物。要求管道压浆密实,水泥浆的水灰比不得大于0.4,
强度等级不小于C40,允许掺膨胀剂,吸浆要求饱满密实,其质量应作抽
检。
④预应力钢束张拉完毕,严格禁止撞击锚头,钢筋多余的长度应用切割机切
割。
⑤张拉灌浆后应及时恢复槽口钢筋并封锚。
⑥盖梁混凝土浇筑完成后,注意薄膜覆面养生,以减少表面温度裂缝的发
生。
(11)预应力钢束张拉完后,对桥墩盖梁外包薄膜进行加强湿养护。