加固设计论文范文

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2病害分析

2.1表观病害

该斜拉桥技术状况评定为4类桥，影响桥梁的正常使用。主要病害有:挂梁受到过往船只的不同程度撞击，存在严重的安全隐患;全挂梁边梁出现严重纵向裂缝，局部有少量斜向裂缝;最大缝长2100cm，最大缝宽0.58mm;纵梁多处露筋锈蚀。

2.2验算和试验

在承载能力极限状态组合下，斜拉桥挂梁跨中、塔根处纵梁、35m工字梁截面抗力不满足汽车－20级和公路Ⅱ级荷载要求;在正常使用极限状态下，斜拉桥挂梁跨中、塔根处纵梁、13#－14#墩梁、35m工字梁截面缝宽度验算不满足规范要求。静载试验各工况下，主桥跨中挂梁、主桥第二跨工字梁主要测点挠度校验系数均大于规范允许值1.00，不满足规范要求;主桥纵梁主要应变测点及主桥第二跨工字梁主要应变测点校验系数均大于规范允许值1.00，也不满足规范要求;且主桥跨中35m简支挂梁裂缝测点有明显变化。综上，桥梁的刚度、强度及抗裂能力差。动载试验条件下，斜拉桥主桥和36m挂孔工字梁动载的实测值均大于理论计算值，结构整体刚度满足设计要求。

3复核模型与加固方案

一般研究桥梁结构损伤程度的校验系数是基于挂梁与主跨相邻35m工字梁作为一个整体的基础上进行考虑。本次复核认为:挂梁作为一个单独结构放置于两侧斜拉桥框架上，结构上可视为独立的简支梁受力。因此，在计算校验系数时，按简支梁考虑扣除两端位移后，以跨中与两端支座间相对位移进行考虑，这样可更真实地反映挂孔的工作状况。综上所述:(1)斜拉桥主塔、拉索及纵梁满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》中“校验系数小于1”的要求，视为工作状态尚可，不考虑加固。(2)斜拉桥挂梁校验系数为2.71和3.11，严重超出《公路桥梁承载能力检测评定规程》中“校验系数小于1”的要求，结构刚度严重不满足设计要求，本复算认为挂孔工字梁工作状况远比理论状况差。根据损伤判断，损伤系数约为0.32，显示挂梁部分的四片主梁损伤均比较严重，刚度较差，且整体性较差，加固方案采用全部更换方案。(3)复算中第一、二跨工字梁基本满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》中“校验系数小于1”的要求，且考虑检测报告中未发现该跨工字梁有相应的明显病害，故认为工字梁实际状况要好于理论状况，结构刚度满足设计要求，不考虑加固。

3.1加固设计

基于复核计算结果及检测报告，考虑到结构的安全性，宜适当降低加固标准，故加固的目标是维持原汽车－20级、挂车－100的荷载标准。根据该桥梁交通量、使用要求及结构受力情况，遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护并满足结构强度、刚度、耐久性、适用性的要求，进行本次维修加固设计。另外从美观的角度出发，维修设计时尽量做到维修后结构外观与原结构和谐一致。

3．2斜拉桥加固设计

(1)由于原挂梁工作状况较差，考虑拆除原挂孔混凝土工字梁，重新架设钢箱梁，增强挂梁的整体受荷情况，以及改善挂梁整体刚度，减轻自重，缓解恶化速度。采用钢箱梁挂梁替换现有的4片工字梁，复建原有的人行道板及栏杆，以及更换原挂梁端伸缩缝。(2)考虑到边跨工字梁工作状态尚可，仅对工字梁中出现的裂缝进行封闭或灌注处理。(3)鉴于斜拉索于2008年进行了更换，若更换挂梁时发现斜拉索锈蚀较严重则更换斜拉索，若斜拉索工作状态良好则不进行更换。

3．3钢箱梁结构设计

斜拉桥挂梁采用钢箱梁。钢箱梁顶面设置钢纤维混凝土现浇层，厚15cm(含顶板厚)。主桥挂梁为一孔34m简支钢箱梁。钢箱梁顶宽12.0m，底宽9.66m，悬臂长1.2m，箱梁外腹板处梁体净高2.2m(外轮廓尺寸)。箱梁为单箱三室结构，边、中腹板为直腹板。钢箱梁通过腹板变高形成顶板双向2%横坡，底板横向水平设置。钢箱梁主要由顶板、底板、腹板及各自的加劲肋组成，在钢箱梁中每2m设一道纵向横隔板，强横隔板和弱横隔板交错设置，以保证箱梁的整体作用。桥面板采用正交异性板，箱梁顶板纵肋为闭合截面的U形肋，肋厚6mm，肋距400mm。底板纵肋为板肋，肋厚12mm，肋距400mm，牛腿横梁内对应纵肋处设置板肋，厚16mm。箱梁腹板厚18mm，翼板顶板厚度等厚12mm，顶厚16mm。箱梁底板厚在跨中28.814m范围内为20mm，在牛腿横梁内局部加厚到22mm。底板、顶板不同板厚对接时厚度的变化都在箱外侧进行，保持箱内侧平顺。箱体及分块节段间连接全部采用焊接。为了保证桥梁的平整，钢箱梁应向上设置预拱度，具体预拱度值施工交底时提供。

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2桥梁的加固设计

本文针对其出现的桥台整体沉降的病害提出了两个具体加固方案。

2.1方案一

a）在原两侧桥台前1.35m加设双柱式桥墩，形成（1.7+12.6+1.7）m跨径的双悬臂板结构,桥台的支撑作用慢慢消失，新的柱式墩主要起支撑主梁作用，b）铲除后期养护逐年增加的沥青混凝土，以减轻上部恒载，利用液压顶升设备将空心板抬升，恢复原桥面的设计标高。c）在墩顶原铺装层增设一层直径25mm的钢筋网用以承担墩顶负弯矩。d）墩盖梁达到设计强度后，顶升主梁，落梁于墩顶支座上，形成双悬臂结构，完成体系转换。e）将原桥的背墙和侧墙均相应进行加高，原桥台基础周围需做防水封闭处理，以防止其继续渗水下沉。

2.2方案二

a）先采用直径为127mm的钻头钻孔，钻孔按梅花型布置，孔间距为1m，钻孔深度为7m，要求钻孔必须穿透原桥的扩基底部，用直径为127mm的PVC管做护壁。b）通过PVC管将直径为110mm，长度为8m钢管桩垂直击打到原桥扩大基础底以下8m处，利用钢管桩加固原有桥位处的地基，通过桩土复合作用共同承担桥梁的上部荷载。c）为了减轻上部的自重，铲除原桥面沥青混凝土铺装25cm，利用液压顶升设备将主梁进行顶升，梁下垫增高度为25cm焊接好的槽钢，同时更换原桥支座。d）待主梁放下与支座紧密结合好后，需对桥台处进行桥面连续的施工，浇筑钢筋混凝土和沥青混凝土，重新摊铺沥青混凝土铺装层。e）原桥台基础周围需做防水封闭处理，以防止其继续渗水下沉。

3设计方案比对

针对前述桥梁病害以及现行桥梁规范，为彻底消除隐患，保证现有桥梁的正常使用，本文拟定了两个加固设计方案。

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2加固桥梁桩方法

桥梁桩对整个桥梁乃至整个公路的运行的重要作用不言而喻。因此在防范桥梁桩的损害问题上，必须迅速采取积极的应对处理方法，而这些方法必须是科学地针对桥梁桩的特点和问题，能够切实地保障桥梁桩的稳固，主要从以下三个方面坚持：1）做好防范工作。为了保障桥梁的稳固性，除了针对进行桥梁设计之外，桥梁桩的本身质量要进行较为严格的鉴定并且明确后期追加的加固的方案。加固设计方案无外乎三个方面：硬度方面，强度方面和持久度方面。首先在硬度方面就是桥梁桩建造的稳固性；强度方面就是确定保证桥梁桩的整体性的稳固；持久度方面就是在建造的时候采用耐性良好的同时还要方便之后进行损伤部分的修复。从这三个方面着手，可以比较全面的做好桥梁桩的稳固性的防范工作。2）坚持效益最大化。在工程设计和建造中最基本的原则除了安全稳固之外就是经济，以最小的原料和人工投入获得最优的经济效益，这就要求工程建造人员在桥梁和建设的时候做到效益最大化。3）务求实事求是。在公路建设前桥梁桩做好各项加固工作之外还必须实事求是，不能盲目加固浪费工程建设。合理的加固技术必须在原有的公路建设基础上不仅起到实际加固的效果还可以有效控制工程再建的风险，降低工程建设的成本。

3桥梁桩加固设计的基本方案

3.1增加桩基进行加固

为了保证公路桥梁的整体的安全性，增加桥梁桩和扩大整个承台的承载范围和作用力，可以在桥梁桩基的载重能力不足采用。准确来讲就是将原来的桥梁桩的承重进行扩大并且可以增加新的桥梁桩，这样就可以提高桥梁桩的承载能力并且增加整个桥梁工程的稳定性。这项方法不仅能够节省工程工作量，并且有着较为明显的加固效果，但是它的局限性就在于为了达到加固效果会对原有的交通运行情况有所影响，因此也要考虑到它的实际操作性。

3.2桥梁桩基自体加固法

这个方法是在原有的混凝土桩基础上进行加固，尤其是直径偏小的钢筋混凝土桥梁桩。因此这种方法不仅施工工程相对较小还提升了桥体的承载力。很多县城上的小桥都是采用这种结构，工程实例上来说，某县的公路桥桥宽近六米，桥梁桩为钢筋混凝土结构，随着经济的发展还有桥梁的自然消耗，桥梁本身需要进行拓宽处理，而相应的桥梁的稳固性要求增加。

3.3桥梁桩的本身修补加固法

顾名思义，这个方法主要是针对已经出现受损状况的桩基进行修补处理，从而增加桥梁桩的本身的强度，硬度和持久性。从工程实例上面来说，有一驾桥梁在建设初期河流比较充沛，受侵蚀情况相对比较严重。而最近几年河流河床下降，桩基状况比较明显，尤其是桥梁桩的本身混凝土的表面受到较为严重的侵蚀，甚至钢筋也因为桥梁转的而发生锈蚀，桥梁桩的承载力受到非常严重的损害，整个桥身的安全性也得不到有效地保证。经过多重的分析和方案选择，还有实地的调研考察，最终决定采用桥梁桩修补加固法对整个桥身进行修补加固。首先要调查和考评所有桥梁桩的受损情况和修补范围，然后再通过钢筋水凝土的修补和浇筑封装桥梁桩和桩基。这个办法不仅可以修补损害严重的桥梁桩，而且对桥梁桩的本身强度的增加有着较为明显的作用。这个方法对于承载能力要求不高的桥梁有着较为明显的作用，在大范围的同类工程问题中值得借鉴和推广，有助于为我国桥梁工程建设节约资源。

3.4扩大桥梁基加固法

这个方法是从整体的结构方面来进行加固的，桥梁桩的加固和桥梁基紧密联系在一起。这样一来整体上的稳固性能够更加全面的增加桥体的稳固和安全。举例来说，某个交通桥梁在进行年度检测的时候发现桥梁桩桩体破坏比较严重，有比较严重的被侵蚀的损害现象，并且钢筋也因此暴露出来，混凝土的上还出现了空洞现象，这样一来明显降低了桥梁桩的整体承载能力，并且整个桥梁的桩基承受力也随着降低，因此进行加固处理是十分必要的。

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2渗漏原因及危害分析

该砌石坝建设于末期，其防渗体系采用浆砌条石壳体+水泥砂浆勾缝坝心填筑物下游浆砌条石壳体水泥砂浆灌浆。经分析其渗漏原因，主要有5点。

(1)上游面水泥砂浆本身的收缩性能易形成裂缝或脱落，引起渗水。

(2)施工期很长，留下较多的施工缝，一些施工缝的处理不当，易形成渗漏。

(3)没有专设防渗墙，坝心填筑质量及灌浆质量控制不好，易形成渗漏途径。

(4)年代久远，长期受渗水的冲蚀、溶蚀作用，形成渗水通道。

(5)地基处理不严格。大坝渗漏，导致水泥砂浆中钙质析出和冰冻作用，降低其粘结强度，危害大坝的稳定与安全，影响大坝的耐久性，降低水库的效益。

3防渗加固设计研究

3.1防渗部位

坝体的防渗加固从加固部位考虑，有坝体防渗和坝面防渗。

(1)坝体防渗。对坝体采取水泥灌浆(或化学灌浆)方式进行防渗加固，首先对坝体有渗漏部位进行钻孔，然后按坝高进行分段灌浆，在防渗加固的同时可以提高坝体受力条件。

(2)坝面防渗。在大坝迎水面构筑(或加固)防渗体，主要有以下方式:(a)混凝土防渗面板;(b)喷射混凝土防渗;(c)坝面卷材防渗;(d)聚合物砂浆防渗;(e)聚脲弹性体材料防渗等方式。由于该砌石拱坝的坝身单薄，单纯采用坝体灌浆防渗的方法，并没有完全消除渗漏原因，因此防渗加固重点考虑对坝面防渗措施进行比选。3.2坝面防渗方案比选

3.2.1坝面防渗加固方案拟定

水库具有供水功能，应选用对水质无污染影响的加固材料，提出以下4个方案。方案1，钢筋混凝土贴面防渗。在大坝上游面设置一层厚0.35m的C20钢筋混凝土面板防渗层，采用抗裂性能较好的聚丙烯纤维混凝土，面板中部采用Φ12@150的钢筋网，以提高面板的柔性;面板与老坝体采用化学植筋连接，锚筋直径Φ16，2m×2m梅花形布置;面板每隔15m设一条伸缩缝，缝内设一道止水铜片。方案2，钢筋混凝土贴面+沥青过渡层的复合防渗。在方案1中的钢筋混凝土防渗面层和原拱坝浆砌块石之间设置5mm的沥青柔性过渡层，增强混凝土防渗面层适应变形的能力，改善其应力状况。面板与老坝体采用化学植筋连接，锚筋直径Φ16，1m×1m梅花形布置。面板每隔15m设一条伸缩缝，缝内设一道止水铜片。方案3，聚脲弹性体材料+聚合物砂浆复合防渗。聚脲弹性体材料可单独作为防渗材料喷涂于结构表面，因砌石坝面凹凸不平，不利于形成均匀的防渗膜，并且石面棱角易导致膜面破损，在坝体表面先喷涂聚合物砂浆作为基层，既作为聚脲弹性体材料的附着层，也可作为第二道防渗体。方案4，聚乙烯丙纶双面复合卷材防渗。以水泥浆找平坝体迎水面，然后粘贴聚乙烯丙纶双面复合卷材作为防水层，再施工表层水泥砂浆，防止复合卷材受紫外线照射，延长使用寿命。复合卷材接缝采用搭接方式，选用聚氨脂作接缝胶。

3.2.2防渗加固方案应力分析

在坝面设置钢筋混凝土防渗层后，由于防渗层材料与坝身材料物理力学性能的差异，使加固后坝体结构应力状态发生变化。根据以往的有关混凝土面板堆石坝的计算分析成果，混凝土面板分担的水荷载及承受的弯矩可以忽略，面板主要是传力结构，而不是受力结构。它是贴在坝体表面的防渗“膜”，只要抗渗性和耐久性满足要求，它的柔性越大，越能适应坝体变形。在该工程中，面板是贴在原浆砌石坝面设置的。浆砌石坝已经运行20多年，其变形总体来说已趋于稳定。考虑到由于温度荷载的作用以及水库水位的变化等因素，加固后浆砌石坝体也将随之发生相应的变位，由此导致面板产生一定的应变。因此，为确保坝身和防渗层结构安全，采用三维有限元对采用方案1和2加固后的拱坝进行了应力计算，以获得加固后坝体和防渗结构的应力分布情况。方案3和4，防渗材料柔性大、厚度很薄，两层之间的约束较弱，在坝体底部不会产生应力集中，不需重做应力分析。在对原坝进行复核计算时，正常蓄水位+温降工况的最大拉应力明显大于其它工况，故取其为控制工况。方案比较中仅列出控制工况结果，以此比较方案的优劣。

3.2.3防渗加固设计方案综合比选

方案1的应力不满足要求;方案2虽能满足防渗要求，但拱坝应力未有效改善，防渗层最大拉应力仍较大，且施工繁琐。方案3、4均采用新材料，其性能均能满足坝体防渗的要求。该工程为砌石拱坝，坝面扭曲，混凝土浇筑存在立模困难，植筋量大等问题，对于复合卷材防渗存在卷材扭曲，与坝体充分粘结困难，且复合卷材老化问题较突出。在充分考虑防渗加固的有效性和耐久性后，推荐方案3。

3.3防渗加固推荐方案设计

拱坝坝面防渗加固设计采用:聚脲弹性体材料+聚合物砂浆复合防渗方案。喷涂聚脲弹性体技术是国外近10年来，为适应环保需求而研制开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色施工技术。聚脲弹性体材料的特性:无毒、综合力学性能优异、低温柔性好、能快速固化、施工效率高、对环境条件要求较低、耐腐蚀性强、聚脲材料与多种底材都有很好的附着力、聚脲材料可以连续喷涂、具有较高的抗盐雾腐蚀、抗冻性好等优点。丙乳砂浆作为聚脲材料的基面，该材料与块石、聚脲材料结合良好，且自身也能起防渗作用。没有单独使用丙乳砂浆作为防渗面层，主要考虑了下列因素:

(1)丙乳砂浆层作为单一的坝面防渗，存在下列不利:坝面面积大，人工涂抹施工质量控制比较困难;浆砌石坝面凹凸不平，涂抹过程中难以保证防渗体厚薄均匀;丙乳砂浆虽然掺有丙乳进行改性，仍具有干缩性，硬化过程中易出现裂缝，特别是厚薄不均和转角突变部位。

(2)聚脲弹性体材料采用成套设备喷涂，可连续施工，喷涂厚薄均匀。拉伸强度最高可达27.5MPa，伸长率最高可达400%，撕裂强度为43.9～105.4kN/m。可根据不同应用场合的需求，在很宽范围内对硬度进行调节，从邵A30(软橡皮)到邵D65(硬弹性体)，采用塑性聚脲弹性体材料，能很好地适应本工程坝面弯曲、局部不规则等现象。聚脲弹性体材料具有不透水性，2.0MPa压力下24h不透水，材料无任何变化。考虑水库安全运行要求，兼顾保留坝体原有风格，在正常蓄水位72.00m以下的拱坝(包括支礅)上游面采用聚脲材料+聚合物砂浆喷涂，其中聚合物砂浆厚2cm，聚脲材料厚2mm。对非溢流坝段正常蓄水位72.00m以上部位凿除老化的沟缝沙浆，表面用高压水枪冲洗后采用聚合物砂浆重新勾缝。坝基防渗采用在坝前浇筑宽2.00m，厚1.00m的C20混凝土座垫，然后利用座垫作为下部防渗帷幕的施作平台做帷幕灌浆。在座垫上预留小槽，坝体聚脲防渗层延伸到座垫上，在小槽内收边，然后用丙乳砂浆嵌缝，最后在座垫上部覆盖粘土，使坝基、坝体防渗体有机结合，形成一道整体防渗体。

4防渗加固设计施工

拱坝坝体及坝面防渗施工工艺流程如下:坝面清理松动沙浆及小块石对集中渗漏通道进行灌浆处理高压水枪清洗基面浮尘对坝面凹槽进行采用聚合物砂浆填塞聚合物砂浆抹面施工涂刷界面剂进行聚脲弹性体喷涂。防渗层施工应当连续进行，减少施工接缝，特别是聚脲防渗层的施工，应保证基面的干燥，在聚脲喷涂之前，应配置足够的人力完成聚脲基层施工，养护并保持表面干燥。在施工阶段，设计与项目业主和材料供应商合作，进行了现场原位喷涂试验、粘结力测试及其他力学指标测试，取得了合理的结果。下游坝面受渗水及砂浆炭化影响，浆砌石勾缝有脱落或盐析，采用钢丝刷对下游面进行全面清理后，采用水泥砂浆重新勾缝。