圬工梁的维修主要介绍普通钢筋混凝土简支梁与预应力混凝土简支梁的维修。其工作内容包括:清除桥上污秽;修整有蜂窝或剥落的混凝土保护层,修补局部表面损伤;处理裂纹;修补或添设防水层,疏通和改善排水设备等。这些工作与墩台的维修类似,现介绍如下。
(一)普通钢筋混凝土简支梁常见裂纹及原因
钢筋混凝土梁竖向、主拉应力方向裂缝宽度不得大于0.5 mm。
(1)腹板上的网状裂纹,如图15-1-1(a)所示。裂纹细小,无固定规律,多为混凝土收缩所引起的表面龟裂,各种跨度的梁都有发生。
(2)下翼缘受拉区的短细裂纹,如图15-1-1(b)所示。裂纹细小, 多发生于梁的中部,自下翼缘向上发展至下梗肋处停止。跨度越大,裂缝越多。其原因为混凝土收缩和梁受挠曲所产生。
(3)腹板上的竖向裂纹,如图15-1-1(c)所示。当跨度大于10 m时,裂纹多处于薄腹部分,在梁的半高线附近裂纹宽度较大,一般在0.15~0.3 mm左右。跨度越大,裂纹越宽越长,有时向梁顶和底部延伸,梁外侧比内侧的裂纹宽而长。当跨度小于10 m时,裂纹较少。其原因为设计上的问题(腹板太薄,分布钢筋太稀),而施工质量上的不良,会加速裂纹的产生和发展。
(4)腹板上的斜裂纹,如图15-1-1(d)所示。裂纹多在梁跨两端, 离跨中越远倾斜角越大,离跨中越近则角度越小。腹板变更断面时,裂纹由梁的半高处向上下两端斜伸,不变更断面时多由下翼缘向上斜伸,宽度一般在0.3 mm以下。跨度小于10 m时,裂纹较少。其原因为设计上的问题,而施工质量上不良,会加速裂纹的产生和发展。
图15-1-1 普通钢筋混凝土简支梁常见裂纹
(二)预应力混凝土简支梁常见裂纹
预应力梁混凝土简支梁梁体不允许有竖向裂缝及主拉应力方向的裂缝。
(1)桥面板横向裂纹(见图15-1-2)。该裂纹一般只发展到挡碴墙底部,严重的到上梗肋处,个别发展到腹板中部。其原因是上翼缘设计拉应力过大;桥面板断面的局部削弱致使该处应力集中;在运输起吊过程中支点内移,上翼缘拉应力加大;受振动或混凝土强度不足等。
图15-1-2 预应力混凝土简支梁常见裂纹
(2)梁端沿钢丝束的裂纹(见图15-1-2)。该裂纹发生在用后张法预制的梁上,方向基本与钢丝束一致,通常发生在端部的扩大部分。裂纹比较细小,长几厘米到2 m左右。这种裂纹是由于端部应力集中,混凝土质量不良,再加上各种综合作用所引起的。图15-1-3中所示梁端沿钢丝束的水平裂纹,多发生在直线配筋的先张法梁上,裂纹宽度1 mm左右,一般由张拉端向跨中延伸至变截面处,是由于钢丝束及锚头产生的局部应力所引起的。
图15-1-3 预应力梁端水平裂纹
普通钢筋混凝土梁中已稳定的裂纹,虽然会导致梁的刚度和耐久性有所降低,但影响不大,经过长期观测确无变化时,可进行压浆或表面封闭。对于那些不断发展的裂纹及预应力梁的纵向裂纹,必须给予足够重视,应严格监视。
钢筋混凝土梁及预应力混凝土梁制造完毕后,其内部构造情况就难以清楚了解了。因此,除在设计理论、结构构造方面进一步改进,控制裂纹的出现,并在施工中严格控制每一工序的施工质量以外,在运营中也应进行严格的检查和长期观测,以便系统地掌握裂纹的发生与发展规律,正确地分析、判断梁体能否确保运营的安全,并为今后控制或消除裂纹提供第一手资料。这是维修工作者的职责。
(三)修补或添设防水层
凡有可能被积水渗入的隐藏面(如道砟槽)均应铺设防水层。如梁的外露面发现有潮湿斑点、流白浆,泄水管外面滴水或有潮湿的痕迹时,应立即查明防水层情况,进行修理,必要时进行增设或更换。
修补或更换防水层是一项比较复杂的工作,需要较长的作业时间。为了不中断行车,通常设置吊轨梁,将线路上部建筑暂时移到吊轨梁上,然后分段挖除道砟,拆除破损防水层,换以新的防水层。
(四)改善排水设备
若在雨天泄水管中无水流出,就可能是泄水管被道砟及泥土等所阻塞,可以把水压进去冲洗,或者抽换管子。冬季要清除冰块,为此可把泄水管做成上小下大的圆锥管,桥上道砟不洁或拱桥中填筑材料不良时,要及时清筛或更换,以保持排水畅通。
(五)梁拱的加固和改造
钢筋混凝土梁损坏严重或按照计算已不能满足强度的要求时,应进行加固或更换。圬工梁加固一般采用道砟槽边墙补强技术、改变结构体系技术、增大截面技术、外加预应力技术。这里只介绍外加预应力技术、道砟槽边墙补强技术和圬工拱桥加固技术。
1.外加预应力技术
对钢筋混凝土梁桥,其做法是在梁的下缘受拉区设置用高强度钢筋或钢丝等制成的预应力拉杆(对实腹钢板梁则设置用高强度圆钢或型钢制成的加劲杆),通过张拉对梁体下缘产生偏心预压力。这样使得结构刚度增大,梁体上拱,荷载挠度减小,结构内力进行重分配,承载能力得以提高。
(1)预应力钢筋加固。
① 横向收紧张拉法。
如图15-1-4所示,将拉杆(高强度粗钢筋)布置在梁肋底面两侧(图中所示为两层),在靠近梁端适当位置(由受力需要确定)向上弯起,焊接在固定于梁端的U形锚固板上。通过收紧器横向收紧钢筋,从而对梁体下部产生预压应力。
图15-1-4 横向收紧张拉法示意图
施工程序如下:
a.粘贴锚固板。将梁端混凝土保护层凿除,使主筋外露,清除表面后用环氧砂浆粘贴 U形锚固钢板。
b.焊接拉杆。先将粗钢筋的弯起段按设计斜度焊在 U 形板上,然后用夹杆将粗钢筋的水平段和弯起段焊接起来。
c.安装张拉装置。先放置弯起点垫块撑棍,再安置中间撑棍和锁紧螺栓,在紧贴锁紧螺栓处安放横向收紧器。
d.预张拉。目的在于检查焊接的质量,预拉力按设计拉力的80%~90%控制,预拉力需保持12 h以上。(www.xing528.com)
e.张拉。旋紧收紧器,使两侧拉杆向中间收拢,按设计收紧量对称地分次收紧,超过设计量1~2 mm后拧紧锁紧螺栓并用双螺帽锁住,最后拆除收紧器。
f.拉杆和U形板的防护处理。
② 纵向张拉法。
如图15-1-5所示,拉杆沿梁底布置,两端向上弯起,穿过上翼缘板伸至桥面。拉杆端部设有丝扣,用轧丝锚锚固于梁顶的锚固槽内。
图15-1-5 纵向张拉法示意图
施工工艺如下:
a.在梁端顶部凿出锚固槽。
b.在锚固槽内沿腹板两侧按设计斜度钻两个平行的孔洞。
c.粘贴锚固垫板和梁底的短柱支座垫板。
d.安装拉杆钢筋、张拉、封锚。
e.防护处理。
(2)预应力钢丝束加固。
采用预应力钢丝束加固混凝土梁时,钢丝束的布置可以是直线或折 线形,也可以是曲线形(如沿梁肋侧面按抛物线布置),如图15-1-6所示。为保证曲线线形并固定钢丝束位置,可在梁底每隔一定距离设置一个定位箍圈,或在梁肋侧面埋设定位销。钢丝束两端穿过翼缘板上的斜孔,锚固于梁端顶部。
图15-1-6 按抛物线设置钢丝束加固示意图
施工工艺如下:
① 凿出锚固槽并按设计斜度钻孔。
② 安装锚板和定位箍圈或定位销。
③ 张拉、锚固和浇筑封头混凝土。
④ 防护处理,可在张拉前用套管封闭钢丝束。
(3)预应力电张法加固。
在梁梗下部两侧加预应力钢筋。钢筋采用低合金钢,以通电加温使其伸长,当达到设计要求后在梁肋两端锚定,钢筋温度降低回缩即产生预应力使混凝土梁身受压。上海局寿江桥为跨度16 m的钢筋混凝土梁,采取此方法加固后,裂纹闭合并有上拱度4 mm,效果较好。
2.道砟槽边墙补强技术
在线路大中修时,如线路抬高较多,在钢筋混凝土桥上往往需相应地增加道砟槽边墙的高度。图15-1-7所示为道砟槽边墙加高时的钢筋布置。为使边墙的新旧部分结合形成一个整体,增设边墙的钢箍应与原边墙的钢筋连牢,所以须将原边墙顶墙凿成凹口使之露出原有钢筋。如抬高边墙尚不能满足线路抬高的要求或影响桥梁承载能力时,可把整个桥跨结构抬高。
图15-1-7 道砟槽边墙加高时的钢筋布置
3.圬工拱桥加固技术
圬工拱桥损坏严重或不能承担现行增大的荷载时,应进行加固。加固拱桥的常用方法一般有两种:一是对拱圈卸载加固,一是对拱圈补强加固。为了对拱圈卸载,应去掉拱上填充物,并铺设可对拱圈起到全部或部分减载作用的钢筋混凝土板。这种方法(实际上是改建)需封锁线路,施工时间较长。
拱圈补强加固是指在原拱圈之上或下面增设混凝土或钢筋混凝土拱圈,如图15-1-8所示。对空腹式拱桥,若拱顶上部有足够的高度,可在原拱圈上建造新拱圈,如图15-1-8(a)所示。但这种加固办法需封锁线路或架设卸载梁束,施工复杂麻烦。
图15-1-8 拱桥加固示意
1—新拱圈;2—原拱圈;3—轻型拱上建筑;4—加厚的墩台;5—拱肋。
若桥下净空和过水面积允许,可在原拱圈下面增设新拱圈。即紧贴原拱圈下面,喷射钢丝网水泥拱圈或浇筑混凝土拱圈,如图15-1-8(b)所示。这样施工时可不封锁线路,但在混凝土初凝阶段要求列车限速行驶。
新拱圈加固厚度的估算,一般根据原拱圈的厚度以及拱桥使用状况进行综合分析后确定(根据桥规确定的拱圈所需厚度减去原有厚度,再视拱桥使用状况加上适当的安全厚度,就是新拱圈的厚度)。
对不能增设新拱圈的情况,可考虑在原拱两侧建造新拱肋,如图15-1-8(c)所示。无论在拱上或拱下增设拱圈(肋),都必须在浇筑混凝土之前,在旧拱圈上设置锚杆、阴阳榫接缝等,以保证新旧拱圈的共同工作。另外,在多数情况下,可能需要对墩台进行加固以承受新拱圈的重量。
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