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時(shí)間:2023-03-24 15:23:13
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混凝土結(jié)構(gòu)加固篇
混凝土結(jié)構(gòu)的加固分為直接加固與間接加固兩類(lèi),設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)實(shí)際條件和使用要求選擇適宜的方法和配套的技術(shù)。
一、直接加固的一般方法有:
1、加大截面加固法
在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件受壓區(qū)加混凝土現(xiàn)澆層,可增加截面有效高度,擴(kuò)大截面面積,從而提高構(gòu)件正截面抗彎,斜截面抗剪能力和截面剛度,起到加固補(bǔ)強(qiáng)的作用。
在適筋范圍內(nèi),混凝土彎變構(gòu)件正截面承載力隨鋼筋面積和強(qiáng)度的增大而提高。在原構(gòu)件正截面配筋率不太高的情況下,增大主筋面積可有效地提高原構(gòu)件正截面抗彎承載力。在截面的受拉區(qū)加現(xiàn)澆混凝土圍套增加構(gòu)件截面,通過(guò)新加部分和原構(gòu)件共同工作,可有效地提高構(gòu)件承載力,改善正常使用性能。
加大截面加固法施工工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng),并具有成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn);適用于梁、板、柱、墻和一般構(gòu)造物的混凝土的加固;但現(xiàn)場(chǎng)施工的濕作業(yè)時(shí)間長(zhǎng),對(duì)生產(chǎn)和生活有一定的影響,且加固后的建筑物凈空有一定的減小。
2、置換混凝土加固法
該法的優(yōu)點(diǎn)與加大截面法相近,且加固后不影響建筑物的凈空,但同樣存在施工的濕作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn);適用于受壓區(qū)混凝土強(qiáng)度偏低或有嚴(yán)重缺陷的梁、柱等混凝土承重構(gòu)件的加固。
3、有粘結(jié)外包型鋼加固法
外包鋼加固是把型鋼或鋼板包在被加固構(gòu)件的外邊,外包鋼加固鋼筋混凝土梁一般應(yīng)采用濕式外包法,即采用環(huán)氧樹(shù)脂化灌漿等方法把型鋼與被加固構(gòu)傭粘結(jié)成一整體,加固后的構(gòu)件,由于受拉和受壓鋼截面面積大幅度提高,因此正截面承載力和截面剛度大幅度提高。
該法也稱(chēng)濕式外包鋼加固法,受力可靠、施工簡(jiǎn)便、現(xiàn)場(chǎng)工作量較小,但用鋼量較大,且不宜在無(wú)防護(hù)的情況下用于600C以上高溫場(chǎng)所;適用于使用上不允許顯著增大原構(gòu)件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。
4、粘鋼加固法
鋼筋混凝土受彎構(gòu)件外部粘鋼加固是在構(gòu)件承載力不足區(qū)段(正截面受拉區(qū)、正截面受壓區(qū)或斜截面)表面粘貼鋼板,這樣可提高被加固構(gòu)件的承載力,且施工方便。
該法施工快速、現(xiàn)場(chǎng)無(wú)濕作業(yè)或僅有抹灰等少量濕作業(yè),對(duì)生產(chǎn)和生活影響小,且加固后對(duì)原結(jié)構(gòu)外觀和原有凈空無(wú)顯著影響,但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平;適用于承受靜力作用且處于正常濕度環(huán)境中的受彎或受拉構(gòu)件的加固。
5、粘貼纖維增強(qiáng)塑料加固法
外貼纖維加固是用膠結(jié)材料把纖維增強(qiáng)復(fù)合材料貼于被加固構(gòu)件的受拉區(qū)域,使它與被加固截面共同工作,達(dá)到提高構(gòu)件承載能力的目的。除具有粘貼鋼板相似的優(yōu)點(diǎn)外,還具有耐腐濁、耐潮濕、幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重、耐用、維護(hù)費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn),但需要專(zhuān)門(mén)的防火處理,適用于各種受力性質(zhì)的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和一般構(gòu)筑物。
6、繞絲法
該法的優(yōu)缺點(diǎn)與加大截面法相近;適用于混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件斜截面承載力不足的加固,或需對(duì)受壓構(gòu)件施加橫向約束力的場(chǎng)合。
7、錨栓錨固法
該法適用于混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20~C60的混凝土承重結(jié)構(gòu)的改造、加固;不適用于已嚴(yán)重風(fēng)化的上述結(jié)構(gòu)及輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。
二、間接加固的一般方法有:
1、預(yù)應(yīng)力加固法
(一)預(yù)應(yīng)力水平拉桿固法
預(yù)應(yīng)力水平拉桿加固的混凝土受彎構(gòu)件,由于預(yù)應(yīng)力和新增外部荷載的共同作用,拉桿內(nèi)產(chǎn)生軸向拉力,該力通過(guò)桿端錨固偏心地傳遞到構(gòu)件上(當(dāng)拉桿與梁板底面緊密貼合時(shí),拉桿會(huì)與構(gòu)件共同找曲,此時(shí)尚有一部分壓力直接傳遞給構(gòu)件底面),在構(gòu)件中產(chǎn)生偏心受壓作用,該作用克服了部分外荷載產(chǎn)生的彎矩,減少了外荷載效應(yīng),從而提高了構(gòu)件的抗彎能力。同時(shí),由于拉桿傳給構(gòu)件的壓力作用,構(gòu)件裂縫發(fā)展得以緩解、控制、斜截面抗剪承載力也隨之提高。
由于水平提桿的作用,原構(gòu)件的截面應(yīng)力特征由受彎變成了偏心受壓,因此,加固后構(gòu)件的承載力主要取決于壓彎狀態(tài)下原構(gòu)件的承載力。
(二)預(yù)應(yīng)力下?lián)卫瓧U加固法
鋼筋混凝土構(gòu)件采用預(yù)應(yīng)力下?lián)问嚼瓧U加固定后,形成一個(gè)由被加固構(gòu)件和下?lián)问嚼瓧U組成的復(fù)合超靜定結(jié)構(gòu)體系,在外荷載和預(yù)應(yīng)力共同作用下,拉桿中產(chǎn)生軸向力并通過(guò)與構(gòu)件的結(jié)合點(diǎn)(下?lián)吸c(diǎn)和桿端錨固點(diǎn))傳遞給被加固構(gòu)件,抵消了部分外荷載,改變了原構(gòu)件截面內(nèi)力特征,從而提高了構(gòu)件的承載能力
該法能降低被加固構(gòu)件的應(yīng)力水平,不僅使加固效果好,而且還能較大幅度地提高結(jié)構(gòu)整體承載力,但加固后對(duì)原結(jié)構(gòu)外觀有一定影響;適用于大跨度或重型結(jié)構(gòu)的加固以及處于高應(yīng)力、高應(yīng)變狀態(tài)下的混凝土構(gòu)件的加固,但在無(wú)防護(hù)的情況下,不能用于溫度在600C以上環(huán)境中,也不宜用于混凝土收縮徐變大的結(jié)構(gòu)。
2、增加支承加固法
增設(shè)支點(diǎn)加固法是通過(guò)減少受彎構(gòu)件的計(jì)算跨度,達(dá)到減少作用在被加固構(gòu)件上的載載效應(yīng),提高結(jié)構(gòu)承載水平的目的。該法簡(jiǎn)單可靠,但易損害建筑物的原貌和使用功能,并可能減小使用空間;適用于具體條件許可的混凝土結(jié)構(gòu)加固。
3、其它加固法
輔助結(jié)構(gòu)加固法是采用另制的輔助構(gòu)件,如型鋼、鋼桁架或鋼筋混凝土梁,部分或全部分擔(dān)被加固梁的荷載。
在支座附近加腋后,支座附近截面的有效高度提高了,因此,截面的抗彎和抗剪能力都得到提高。
三、與混凝土結(jié)構(gòu)加固改造配套使用的技術(shù)一般有:
1、托換技術(shù)
系托梁(或桁架)拆柱(或墻)、托梁接柱和托梁換柱等技術(shù)的概稱(chēng);屬于一種綜合性技術(shù),由相關(guān)結(jié)構(gòu)加固、上部結(jié)構(gòu)頂升與復(fù)位以及廢棄構(gòu)件拆除等技術(shù)組成;適用于已有建筑物的加固改造;與傳統(tǒng)做法相比,具有施工時(shí)間短、費(fèi)用低、對(duì)生活和生產(chǎn)影響小等優(yōu)點(diǎn),但對(duì)技術(shù)要求較高,需由熟練工人來(lái)完成,才能確保安全。
2、植筋技術(shù)
系一項(xiàng)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)捷、有效的連接與錨固技術(shù);可植入普通鋼筋,也可植入螺栓式錨筋;已廣泛應(yīng)用于已有建筑物的加固改造工程,如:施工中漏埋鋼筋或鋼筋偏離設(shè)計(jì)位置的補(bǔ)救,構(gòu)件加大截面加固的補(bǔ)筋,上部結(jié)構(gòu)擴(kuò)跨、頂升對(duì)梁、柱的接長(zhǎng),房屋加層接柱和高層建筑增設(shè)剪力墻的植筋等。
3、裂縫修補(bǔ)技術(shù)
根據(jù)混凝土裂縫的起因、性狀和大小,采用不同封護(hù)方法進(jìn)行修補(bǔ),使結(jié)構(gòu)因開(kāi)裂而降低的使用功能和耐久性得以恢復(fù)的一種專(zhuān)門(mén)技術(shù);適用于已有建筑物中各類(lèi)裂縫的處理,但對(duì)受力性裂縫,除修補(bǔ)外,尚應(yīng)采用相應(yīng)的加固措施。內(nèi)部修補(bǔ)法。
內(nèi)部修補(bǔ)法是用壓力泵把膠結(jié)材料壓力混凝土裂縫中,結(jié)硬后起到補(bǔ)縫作用,并通過(guò)其膠結(jié)性使原結(jié)構(gòu)恢復(fù)整體性,該方法適用于裂縫寬度較大,對(duì)結(jié)構(gòu)的整體性和安全性及耐久性等有影響,或有防水防滲等要求的裂縫的修補(bǔ)。
4、碳化混凝土修復(fù)技術(shù)
系指通過(guò)恢復(fù)混凝土的堿性(鈍化作用)或增加其阻抗而使碳化造成的鋼筋腐蝕得到遏制的技術(shù)。
5、混凝土表面處理技術(shù)
系指采用化學(xué)方法、機(jī)械方法、噴砂方法、真空吸塵方法、射水方法等清理混凝土表面污痕、油跡、殘?jiān)约捌渌街锏膶?zhuān)門(mén)技術(shù)。
6、混凝土表層密封技術(shù)
系指采用柔性密封劑充填、聚合物灌漿、涂膜等方法對(duì)混凝土進(jìn)行防水、防潮和防裂處理的技術(shù)。
7、其它技術(shù)
如結(jié)構(gòu)、構(gòu)件移位技術(shù)、調(diào)整結(jié)構(gòu)自振頻率技術(shù)等。
砌體結(jié)構(gòu)篇
四、砌體結(jié)構(gòu)加固方法:
砌體結(jié)構(gòu)的加固分為直接加固與間接加固兩類(lèi),設(shè)計(jì)時(shí),可根據(jù)實(shí)際條件和使用要求選擇適宜的方法。
(一)適用于砌體結(jié)構(gòu)的直接加固方法一般為:
1、鋼筋混凝土外加層加固法
該法屬于復(fù)合截面加固法的一種。其優(yōu)點(diǎn)是施工工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng),砌體加固后承載力有較大提高,并具有成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn);適用于柱、帶壁墻的加固;其缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)施工的濕作業(yè)時(shí)間長(zhǎng),對(duì)生產(chǎn)和生活有一定的影響,且加固后的建筑物凈空有一定的減小。
2、鋼筋水泥砂漿外加層加固法
該法屬于復(fù)合截面加固法的一種。其優(yōu)點(diǎn)與鋼筋混凝土外加層加固法相近,但提高承載力不如前者;適用于砌體墻的加固,有時(shí)也用于鋼筋混凝土外加層加固帶壁柱墻時(shí)兩側(cè)穿墻箍筋的封閉。
3、增設(shè)扶壁柱加固法
該法屬于加大截面加固法的一種。其優(yōu)點(diǎn)亦與鋼筋混凝土外加層加固法相近,但承載力提高有限,且較難滿(mǎn)足抗震要求,一般僅在非地震區(qū)應(yīng)用。
(二)適用于砌體結(jié)構(gòu)的間接加固方法一般為:
1、無(wú)粘結(jié)外包型鋼加固法
該法屬于傳統(tǒng)加固方法,其優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)便、現(xiàn)場(chǎng)工作量和濕作業(yè)少,受力較為可靠;適用于不允許增大原構(gòu)件截面尺寸,卻又要求大幅度提高截面承載力的砌體柱的加固;其缺點(diǎn)為加固費(fèi)用較高,并需采用類(lèi)似鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)措施。
2、預(yù)應(yīng)力撐桿加固法
該法能較大幅度地提高砌體柱的承載能力,且加固效果可靠;適用于加固處理高應(yīng)力、高應(yīng)變狀態(tài)的砌體結(jié)構(gòu)的加固;其缺點(diǎn)是不能用于溫度在600C以上的環(huán)境中。
(三)砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)造性加固與修補(bǔ)
1、增設(shè)圈梁加固
當(dāng)圈梁設(shè)置不符合現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求,或縱橫墻交接處咬搓有明顯缺陷,或房屋的整體性較差時(shí),應(yīng)增設(shè)圈梁進(jìn)行加固
2、增設(shè)梁墊加固
當(dāng)大梁下磚砌體被局部壓碎或大梁下墻體出現(xiàn)局部豎直裂縫時(shí),應(yīng)增設(shè)梁墊進(jìn)行加固。
3、砌體局部拆砌
當(dāng)房屋局部破裂但在查清其破裂原因后尚未影響承重及安全時(shí),可將破裂墻體局部拆除,并按提高砂漿強(qiáng)度一級(jí)用整磚填砌。
4、砌體裂縫修補(bǔ)
在進(jìn)行裂縫修補(bǔ)前,應(yīng)根據(jù)砌體構(gòu)件的受力狀態(tài)和裂縫的特征等因素,確定造成砌體裂縫的原因,以便有針對(duì)性地進(jìn)行裂縫修補(bǔ)或采用相應(yīng)的加固措施。
鋼結(jié)構(gòu)篇
五、鋼結(jié)構(gòu)加固方法:
鋼結(jié)構(gòu)加固的主要方法有:減輕荷載、改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形、加大原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面和連接強(qiáng)度、阻止裂紋擴(kuò)展等。當(dāng)有成熟經(jīng)驗(yàn)時(shí),亦可采用其它加固方法。
1、改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形
改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的加固方法是指采用改變荷載分布狀況、傳力途徑、節(jié)點(diǎn)性質(zhì)和邊界條件,增設(shè)附加桿件和支撐、施加預(yù)應(yīng)力、考慮空間協(xié)同工作等措施對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的方法;
改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的一般加固方法:
(1)對(duì)結(jié)構(gòu)可采用下列增加結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度的方法進(jìn)行加固:
A、增加支撐形成空間結(jié)構(gòu)并按空間結(jié)構(gòu)驗(yàn)算;
B、加設(shè)支撐增加結(jié)構(gòu)剛度,或者調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振頻率等以提高結(jié)構(gòu)承載力和改善結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性;
C、增設(shè)支撐或輔助桿件使結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)細(xì)比減少以提高其穩(wěn)定性;
D、在排架結(jié)構(gòu)中重點(diǎn)加強(qiáng)某一列柱的剛度,使之承受大部分水平力,以減輕其它柱列負(fù)荷;
E、在塔架等結(jié)構(gòu)中設(shè)置拉桿或適度張緊的拉索以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度。
(2)對(duì)受彎桿件可采用下列改變其截面內(nèi)力的方法進(jìn)行加固:
A、改變荷載的分布,例如將一個(gè)集中荷載轉(zhuǎn)化為多個(gè)集中荷載;
B、改變端部支承情況,例如變鉸接為剛結(jié);
C、增加中間支座或?qū)⒑?jiǎn)支結(jié)構(gòu)端部連接成為連續(xù)結(jié)構(gòu);
D、調(diào)整連續(xù)結(jié)構(gòu)的支座位置;
E、將結(jié)構(gòu)變?yōu)閾螚U式結(jié)構(gòu);
F、施加預(yù)應(yīng)力。
(3)對(duì)桁架可采取下列改變其桿件內(nèi)力的方法進(jìn)行加固:
A、增設(shè)撐桿變桁架為撐桿式結(jié)構(gòu);
B、加設(shè)預(yù)應(yīng)力拉桿。
2、加大構(gòu)件截面的加固
采用加大截面加固鋼構(gòu)件時(shí),所選截面形式應(yīng)有利于加固技術(shù)要求并考慮已有缺陷和損傷的狀況。
3、連接的加固與加固件的連接
鋼結(jié)構(gòu)連接方法,即焊縫、鉚釘、普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓連接方法的選擇,應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)需要加固的原因、目的、受力狀況、構(gòu)造及施工條件,并考慮結(jié)構(gòu)原有的連接方法確定。
鋼結(jié)構(gòu)加固一般宜采用焊縫連接、摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接,有依據(jù)時(shí)亦可采用焊縫和摩擦型高強(qiáng)度螺栓的混合連接。當(dāng)采用焊縫連接時(shí),應(yīng)采用經(jīng)評(píng)定認(rèn)可的焊接工藝及連接材料。
4、裂紋的修復(fù)與加固
結(jié)構(gòu)因荷載反復(fù)作用及材料選擇、構(gòu)造、制造、施工安裝不當(dāng)?shù)犬a(chǎn)生具有擴(kuò)展性或脆斷傾向性裂紋損傷時(shí),應(yīng)設(shè)法修復(fù)。在修復(fù)前,必須分析產(chǎn)生裂紋的原因及其影響的嚴(yán)重性,有針對(duì)性地采取改善結(jié)構(gòu)實(shí)際工作或進(jìn)行加固的措施,對(duì)不宜采用修復(fù)加固的構(gòu)件,應(yīng)予拆除更換。
參考書(shū)籍:
《結(jié)構(gòu)可靠性鑒定與加固技術(shù)》曹雙寅邱洪興王恒華編
2擴(kuò)建方案
根據(jù)老橋現(xiàn)狀調(diào)查、橋梁檢測(cè)報(bào)告及靜、動(dòng)力荷載試驗(yàn)結(jié)果,經(jīng)過(guò)綜合分析,認(rèn)為老橋經(jīng)加固后可以繼續(xù)正常運(yùn)營(yíng)。橋梁擴(kuò)建方案為:保留老橋并采取一定的加固措施,新建結(jié)構(gòu)類(lèi)型相同或相近的新橋,通過(guò)翼緣板濕接縫連接新老橋梁,最后形成雙向8車(chē)道的橋梁結(jié)構(gòu)。
2.1結(jié)構(gòu)體系分析
鑒于老橋采用墩梁固結(jié)矮墩連續(xù)剛構(gòu)體系,在同跨徑橋梁中比較少見(jiàn),為考察箱梁病害是否結(jié)構(gòu)體系的問(wèn)題,是否需要利用體系轉(zhuǎn)換來(lái)改善當(dāng)前結(jié)構(gòu)受力狀態(tài),拼寬新橋采用何種結(jié)構(gòu)形式比較有利,對(duì)如下2種不同結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行分析比較:體系1:維持原有結(jié)構(gòu)體系不變,進(jìn)行加固、拼寬;體系2:解除2個(gè)邊墩的墩梁固結(jié),維持中墩固結(jié),進(jìn)行加固、拼寬。采用midasCivil程序,以老橋?yàn)槔?,建立結(jié)構(gòu)體系對(duì)比計(jì)算模型,主要考察箱梁邊跨跨中截面、中跨跨中截面、邊墩墩頂截面、中墩墩頂截面的面內(nèi)彎矩以及邊墩墩底推力的差異。體系1與體系2計(jì)算結(jié)果的比值為1.012~1.112,結(jié)構(gòu)體系的影響對(duì)橋梁上部箱梁結(jié)構(gòu)受力影響并不顯著。因此,老橋加固以及新橋設(shè)計(jì)仍然采用原有的矮墩連續(xù)剛構(gòu)體系,以避免老橋因體系變化導(dǎo)致次生病害產(chǎn)生,并保證活載作用下新老橋橫向變形比較一致。
2.2新橋結(jié)構(gòu)
新橋采用與老橋相同的跨徑及上下部結(jié)構(gòu),以保證外觀一致且變形協(xié)調(diào)。橋跨組合為20.5m+2×21.5m+20.5m,全長(zhǎng)88.30m。上部結(jié)構(gòu)采用單箱雙室混凝土箱梁,梁高1m,頂寬8.0m,底寬5.5m,腹板厚0.40m,頂?shù)装搴?.25m。薄壁墻式墩,墩身寬度3.0m,厚度0.6m,單排2根Φ1.2m鉆孔灌注樁基礎(chǔ),墩梁固結(jié);肋式臺(tái)、雙排4根Φ1.2m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。
2.3老橋加固
為確保橋梁能夠安全、正常的運(yùn)營(yíng),在拼寬之前,必須對(duì)老橋進(jìn)行加固,以提高既有結(jié)構(gòu)的承載能力、耐久性。按照“老橋老規(guī)范、新橋新規(guī)范”的原則進(jìn)行維修加固,即對(duì)原橋的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算仍然采用85年頒布的相關(guān)規(guī)范(簡(jiǎn)稱(chēng)舊規(guī)范),但加固工程中涉及的材料、工藝等部分,執(zhí)行最新頒布的規(guī)范(簡(jiǎn)稱(chēng)新規(guī)范)。除一般病害(如非結(jié)構(gòu)性裂縫,混凝土表層破損、脫落,支座老化、破壞等)采用常規(guī)處治措施外,對(duì)主要病害箱梁腹板、底板裂縫,需進(jìn)一步研究合理的維修加固措施。
2.3.1老橋主要病害
主要病害為箱梁腹板、底板裂縫、玻纖布老化,第4跨梁底玻纖布局部脫落,梁體出現(xiàn)超限寬的橫向受力裂縫,梁底共13條橫向裂縫,縫寬0.18~0.28mm,共計(jì)縫長(zhǎng)22.1m。核查以往養(yǎng)護(hù)、橋檢資料,該橋在粘貼玻纖布加固之前的主要病害為:梁側(cè)腹板存在較多裂縫,均為豎向裂縫,右幅第1~3跨梁側(cè)腹板裂縫部分延伸至梁底,左幅第1跨梁側(cè)裂縫部分延伸至梁底,最大縫寬0.20mm;左幅第2跨1/4L~3/4L、第3跨1/4L~3/4L存在梁底橫向裂縫,最大縫寬0.10mm。
2.3.2病害成因分析
經(jīng)過(guò)綜合分析,產(chǎn)生上述病害的主要原因如下:(1)施工措施不當(dāng),施工中混凝土震搗不密實(shí)、鋼筋位置偏差、保護(hù)層過(guò)薄、養(yǎng)護(hù)欠妥當(dāng)?shù)?,造成混凝土質(zhì)量不均勻,在受到較大荷載時(shí),沿腹板產(chǎn)生的表面裂縫易與受拉區(qū)裂縫相連接[。(2)腹板側(cè)面裂縫部分從梁底向上開(kāi)裂,梁底面出現(xiàn)橫向裂縫,均與主筋垂直,屬于梁受拉區(qū)出現(xiàn)的彎曲裂縫,說(shuō)明結(jié)構(gòu)抗力不足。(3)剛構(gòu)橋?qū)儆诔o定結(jié)構(gòu),混凝土收縮、徐變、溫度變化等都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力,導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。
2.3.3加固方案
綜合考慮加固效果、施工便利性及加固施工過(guò)程中的通車(chē)要求等因素,在清理混凝土表面,對(duì)裂縫灌漿、封閉后,采用高強(qiáng)不銹鋼鉸線(xiàn)網(wǎng)-滲透性聚合物砂漿技術(shù)進(jìn)行加固,施加預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼鉸線(xiàn)網(wǎng)提高結(jié)構(gòu)的承載能力,抗剪與抗彎加固的不銹鋼鉸線(xiàn)分別采用Φ3.2mm和Φ4.8mm規(guī)格,種類(lèi)均為6×7+IWS,同時(shí)通過(guò)在外表面涂刷3cm厚度的配套高強(qiáng)滲透性砂漿增加結(jié)構(gòu)的耐久性。加固前須拆除梁體表面粘貼的所有玻纖布。箱梁外側(cè)面沿腹板全高加固,主要受力鋼鉸線(xiàn)須垂直于橋梁軸線(xiàn)方向,并兜向底板45cm。箱梁底板上的鋼鉸線(xiàn)網(wǎng)需須順橋向布置,每跨內(nèi)的鋼鉸線(xiàn)網(wǎng)在縱向不宜拼接,必須搭接時(shí),在鋼鉸線(xiàn)受力方向的搭接長(zhǎng)度應(yīng)不小于80cm。施工工藝流程為:定位放線(xiàn)混凝土基層處理裁切鋼鉸線(xiàn)網(wǎng)片鋼鉸線(xiàn)網(wǎng)片的固定與張緊鋼鉸線(xiàn)網(wǎng)片節(jié)點(diǎn)的固定涂刷界面劑聚合物砂漿壓抹濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)。其中鋼鉸線(xiàn)網(wǎng)的固定和張緊是其能夠立即和原結(jié)構(gòu)共同受力的關(guān)鍵。根據(jù)設(shè)計(jì)確定的錨具位置,通過(guò)植入螺栓和粘貼鋼板在構(gòu)件端部固定錨具。鋼鉸線(xiàn)下料后,用專(zhuān)門(mén)的擠壓錨具擠壓套筒使其與鋼絲繩成為一體,在一側(cè)鋼絲繩的一端直接穿入錨具,另一端由專(zhuān)門(mén)的張拉器預(yù)張緊后進(jìn)行錨固,參考以往工程經(jīng)驗(yàn),預(yù)張拉應(yīng)力取0.25~0.3倍的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。用配套專(zhuān)用固定銷(xiāo)釘對(duì)鋼鉸線(xiàn)網(wǎng)片的各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行逐段鉆孔錨固,使其固定在箱梁上。該項(xiàng)加固技術(shù)在國(guó)內(nèi)許多建筑工程、橋梁工程上得到應(yīng)用,實(shí)踐表明加固效果良好,其主要特點(diǎn)如下:(1)由于高強(qiáng)滲透性砂漿基本為無(wú)機(jī)材料、不銹鋼絞線(xiàn)網(wǎng)耐腐蝕性能好,較好地解決了混凝土結(jié)構(gòu)加固后的耐久性、抗火、耐高溫性能等問(wèn)題,加固性能可靠;(2)鋼鉸線(xiàn)網(wǎng)為高強(qiáng)不銹鋼鉸線(xiàn)編織成網(wǎng),運(yùn)輸及施工方便;(3)高強(qiáng)鋼鉸線(xiàn)強(qiáng)度高,其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度約為普通鋼材的5倍,加固后結(jié)構(gòu)自重增加很小,對(duì)原結(jié)構(gòu)的自重影響也很??;(4)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗彎及抗剪加固均可取得良好的加固效果,并且可以顯著地提高構(gòu)件剛度;(5)混凝土構(gòu)件加固后的疲勞性能以及鋼網(wǎng)、砂漿的錨固、粘結(jié)性能良好;(6)易于大面積施工,在結(jié)構(gòu)加固的過(guò)程中不影響建筑物的使用,對(duì)被加固的母體表面沒(méi)有平整要求,節(jié)點(diǎn)處理方便,更適合橋梁和樓板等混凝土結(jié)構(gòu)的加固。
2.4新老橋拼接
經(jīng)過(guò)多階段比選確定箱梁拼寬設(shè)計(jì)的基本原則為“上連下不連”,其要點(diǎn)如下:(1)新老橋上部結(jié)構(gòu)通過(guò)拼接形成整體共同受力,下部結(jié)構(gòu)分離獨(dú)立受力。(2)老橋箱梁翼緣板下緣鋼筋無(wú)法承受翼緣板剛接后產(chǎn)生的正彎矩,設(shè)計(jì)采用現(xiàn)澆鉸縫進(jìn)行拼接。老橋翼緣板切除0.5m,新老箱梁之間預(yù)留0.5m的UEA鋼纖維混凝土翼緣板后澆段,新老橋之間通過(guò)植筋和鋸縫形成鉸縫,拼接鉸縫構(gòu)造見(jiàn)圖5,頂板鋸縫填瀝青瑪蹄脂,底板填塞木條。(3)為減小拼寬部分收縮、徐變對(duì)老橋的影響,拼寬部分建成后3~6個(gè)月,再實(shí)施拼接。(4)為減小拼接后新橋基礎(chǔ)沉降對(duì)老橋的影響,應(yīng)嚴(yán)格控制該基礎(chǔ)沉降,對(duì)新橋進(jìn)行樁底壓漿。同時(shí),為了降低新橋的后期沉降量,盡量使沉降量發(fā)生在拼接前,新橋上部結(jié)構(gòu)施工完畢后,對(duì)梁體進(jìn)行加載預(yù)壓,加載量不小于橋面2期恒載的重量,預(yù)壓時(shí)間控制在2~3個(gè)月。
3結(jié)構(gòu)受力分析
3.1分析模型及計(jì)算荷載
采用MIDASCivil對(duì)老橋加固前后、老橋和拼寬新橋在拼寬前后、拼寬縱橋向相互影響及結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行分析計(jì)算,有限元模型見(jiàn)圖6。采用ANSYS進(jìn)行新老橋翼緣板拼寬前后局部分析??紤]的荷載有施工臨時(shí)荷載、恒載、汽車(chē)荷載、整體溫差、梯度溫度、基礎(chǔ)變位、收縮、徐變、地震動(dòng)等。老橋計(jì)算考慮了一定的定量退化處理。
3.2主要分析結(jié)果
(1)橋梁拼寬前,老橋在承載能力極限狀態(tài)下滿(mǎn)足規(guī)范要求,正常使用極限狀態(tài)下裂縫超限,需要進(jìn)行加固?,F(xiàn)行公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范未對(duì)上述加固方法進(jìn)行規(guī)定,考慮到該方法與粘貼鋼板加固法同屬于復(fù)合截面加固法,鋼鉸線(xiàn)網(wǎng)與鋼板的受力方式均設(shè)計(jì)成僅承受軸向應(yīng)力作用[4-5],其加固原理、材料性能、計(jì)算假定等均類(lèi)似。參照文獻(xiàn)中2種加固方法的3種計(jì)算規(guī)定,對(duì)老橋加固進(jìn)行驗(yàn)算,裂縫通過(guò)應(yīng)變值推算,不考慮主梁側(cè)面圍套內(nèi)鋼鉸線(xiàn)網(wǎng)片對(duì)承載力的提高作用,計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足規(guī)范要求。此外,還可采用組合有限元法建立精細(xì)模型進(jìn)行分析計(jì)算。(2)橋梁拼寬后,新老橋在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)承載力、裂縫寬度、跨中撓度滿(mǎn)足規(guī)范要求。拼寬后老橋的彎矩、剪力值有所增大,新橋的彎矩、剪力峰值下降。(3)新老橋翼緣板拼寬前后局部分析結(jié)果表明:拼寬后,新橋的基礎(chǔ)變位導(dǎo)致新、老橋翼緣板出現(xiàn)橫向附加彎矩,彎矩峰值在墩頂處,向跨中及橋臺(tái)處逐漸減小。老橋翼緣板(每延米長(zhǎng)度)的墩頂橫向彎矩在翼緣根部大于新橋翼緣板根部的橫向彎矩。基礎(chǔ)沉降工況對(duì)拼接的影響最大,老橋抗剪略有不足,考慮到老橋翼緣板加固困難,設(shè)計(jì)除適當(dāng)增加新橋樁基長(zhǎng)度外還對(duì)樁基底部進(jìn)行壓漿處理,以減少基礎(chǔ)沉降的影響。同時(shí),為了降低新橋的后期沉降量,盡量使沉降量發(fā)生在拼接前,新橋上部結(jié)構(gòu)施工完畢后,對(duì)梁體進(jìn)行加載預(yù)壓。(4)采用反應(yīng)譜法進(jìn)行抗震性能分析,橋梁采用連續(xù)剛構(gòu)體系,橋墩為薄壁墩、單排樁基礎(chǔ),剛度適中,各墩臺(tái)剛度協(xié)調(diào),結(jié)構(gòu)體系抗震性能較好,地震工況不控制設(shè)計(jì)。
中部某城市西二環(huán)路過(guò)路箱涵B3600H1800,建于20世紀(jì)90年代中期,箱涵頂板為鋼筋混凝土預(yù)制蓋板,側(cè)墻為磚砌體,底板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。市政管理部門(mén)2014年汛前檢查發(fā)現(xiàn):該磚混箱涵部分混凝土蓋板混凝土保護(hù)層開(kāi)裂脫落、鋼筋銹蝕,側(cè)墻表面砂漿嚴(yán)重碳化。隨后委托一家工程檢測(cè)單位對(duì)蓋板及側(cè)墻進(jìn)行了檢測(cè)和評(píng)定。
1.2檢測(cè)評(píng)價(jià)與建議
外觀檢測(cè)描述:混凝土、砂漿表面均嚴(yán)重碳化;快車(chē)道段過(guò)路箱涵38塊混凝土蓋板,有7處存在混凝土大面積剝落、鋼筋外露銹蝕嚴(yán)重;蓋板板縫間有明顯水痕跡存在、局部有砌塊下墜露出;墻體砂漿部分剝落露出磚墻,磚間砂漿被沖蝕,部分磚塊破損開(kāi)裂。檢測(cè)結(jié)果:鋼筋混凝土蓋板的混凝土強(qiáng)度實(shí)測(cè)值為C18.8,小于設(shè)計(jì)值C25;砌筑墻體強(qiáng)度實(shí)測(cè)值為8.1MPa,小于設(shè)計(jì)值10.0MPa;混凝土的保護(hù)層厚度實(shí)測(cè)平均值為28.4mm,小于實(shí)測(cè)的平均碳化深度33.5mm,鋼筋易銹蝕。評(píng)價(jià)與建議:根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)圖紙比較,箱涵蓋板、磚砌墻體強(qiáng)度已達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo),且碳化腐蝕嚴(yán)重,外觀破損嚴(yán)重,存在安全隱患。建議對(duì)箱涵進(jìn)行修補(bǔ)、加固或改建等措施,以排除隱患、滿(mǎn)足防洪排澇及安全使用要求。
2原因分析
2.1車(chē)輛超載的影響
現(xiàn)狀二環(huán)路為城市主干道,是過(guò)境車(chē)輛的主要通道。道路的通行車(chē)流量超出原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),車(chē)輛超載現(xiàn)象嚴(yán)重,重載車(chē)的沖擊力對(duì)箱涵的破壞較大。超載會(huì)增大箱涵結(jié)構(gòu)疲勞應(yīng)力幅度,引起蓋板開(kāi)裂,危害箱涵的安全性和耐久性。
2.2蓋板的保護(hù)層厚度不足
由檢測(cè)報(bào)告知,部分蓋板的混凝土保護(hù)層厚度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求(30mm),這樣在長(zhǎng)期的車(chē)輛動(dòng)荷載作用下,蓋板底部的裂縫會(huì)不斷加寬、加深,造成混凝土脫落,鋼筋銹蝕,導(dǎo)致蓋板承載力降低。
2.3環(huán)境的影響
該箱涵長(zhǎng)期處于高濕環(huán)境,涵內(nèi)污水中釋放出的腐蝕性氣體,會(huì)加速蓋板和磚墻的碳化,加快蓋板裂縫中鋼筋的銹蝕,進(jìn)而促使裂縫進(jìn)一步變寬變深,造成箱涵頂板鋼筋銹脹,裂縫不斷擴(kuò)大,引起鋼筋保護(hù)層脫落,嚴(yán)重影響到蓋板的承載能力。
3蓋板加固設(shè)計(jì)方案的比選
3.1粘貼碳纖維復(fù)合材法
粘貼碳纖維復(fù)合材法是將碳纖維復(fù)合材粘貼在要補(bǔ)強(qiáng)的原混凝土結(jié)構(gòu)表面,形成一個(gè)新的復(fù)合體,使增強(qiáng)粘貼材料與原有鋼筋混凝同受力,以增大結(jié)構(gòu)的承載力。其優(yōu)點(diǎn):抗拉強(qiáng)度高,方便快捷,施工效力高,沒(méi)有濕作業(yè),不需要大型施工機(jī)具,無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)固定措施,施工占地少,材料質(zhì)量輕且薄,基本上不增加原結(jié)構(gòu)自重及原構(gòu)件尺寸。其缺點(diǎn):對(duì)環(huán)境要求較高,適用于無(wú)化學(xué)腐蝕環(huán)境。本箱涵是預(yù)制鋼筋混凝土蓋板,其底部結(jié)構(gòu)修補(bǔ)平整難度較大,不易保證質(zhì)量,如鋼筋有重大銹蝕,存在向外膨脹力,粘貼碳纖維布很難約束,修復(fù)不平整也起不到相應(yīng)加固設(shè)計(jì)效果。且進(jìn)行加固時(shí)應(yīng)采取措施卸除或大部分卸除作用在結(jié)構(gòu)上的活荷載。另外,箱涵內(nèi)壁處于高濕環(huán)境,涵內(nèi)污水中釋放出的腐蝕性氣體對(duì)粘貼的碳纖維布會(huì)產(chǎn)生不利影響。
3.2噴射混凝土法
此法是通過(guò)植筋將鋼筋網(wǎng)片固定在蓋板底面,利用壓力槍將配比好的混凝土施加壓力均勻的噴涂于箱涵蓋板底面。準(zhǔn)備工作包括檢查錨筋、噴涂面、噴漿機(jī)和防護(hù)服等安全性,以噴頭均勻分階段和層次噴射,并及時(shí)處理掉落的混凝土殘留。由于箱涵內(nèi)可操作空間有限,施工難度大,且噴射混凝土強(qiáng)度難控制,強(qiáng)度高,來(lái)不及施工,強(qiáng)度低無(wú)法保證質(zhì)量;另外,由于預(yù)制蓋板板縫間的滲水使得噴射的混凝土層易滑落流淌,不易粘結(jié),施工時(shí)在重力作用下脫落量大,很難達(dá)到加固設(shè)計(jì)效果。
3.3鋼絲繩網(wǎng)片—聚合物砂漿加固法
鋼絲繩網(wǎng)片—聚合物砂漿外加層加固技術(shù)是將鋼絲繩網(wǎng)片固定在被加固構(gòu)件上,并用緊線(xiàn)器對(duì)鋼絲繩進(jìn)行預(yù)緊,在被加固構(gòu)件表面涂刷一層粘結(jié)劑后,再采用噴涂或抹壓方法將滲透性聚合物砂漿粘合于原構(gòu)件的混凝土表面,使之形成具有整體性的復(fù)合截面,以提高原構(gòu)件承載力及延性的一種直接加固技術(shù)。加固后的截面尺寸增加不大,但能有效地提高結(jié)構(gòu)整體的承載力、剛度、抗裂性和延性。聚合物砂漿是一種聚合物水泥類(lèi)增強(qiáng)抹面砂漿,具有良好的柔韌性及粘結(jié)性能,抗沖擊、耐久、防水性能好,施工方便,無(wú)毒、無(wú)味、不燃,屬綠色環(huán)保材料,其耐久性接近普通混凝土,是一種廣泛的理想加固材料。通過(guò)綜合比較,確定本箱涵蓋板采用鋼絲繩網(wǎng)片—聚合物砂漿加固。
4箱涵蓋板加固設(shè)計(jì)
1)應(yīng)先清理、修補(bǔ)原構(gòu)件:蓋板底面舊混凝土應(yīng)鑿毛、充分濕潤(rùn),鋼筋銹蝕處應(yīng)除銹,對(duì)已松散、剝落等缺陷的部分應(yīng)予以剔除,清洗沖刷干凈后涂刷界面劑,再用聚合物砂漿進(jìn)行修補(bǔ)整平,經(jīng)修補(bǔ)后的基面要適時(shí)進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)。2)鋼絲繩網(wǎng)片安裝:鋼絲繩網(wǎng)片下料鋼絲繩網(wǎng)片的端部用固定結(jié)固定在固定板上頂板端部下面鉆孔膠粘螺桿植入混凝土中作為固定板的支點(diǎn)鋼絲繩網(wǎng)片調(diào)整、定位鋼絲繩網(wǎng)片繃緊、固定。3)基層清理養(yǎng)護(hù):清理、修補(bǔ)后的基層要注意養(yǎng)護(hù)并保持濕潤(rùn)。4)界面劑配制、涂刷:基層養(yǎng)護(hù)完成后即可涂刷界面劑,界面劑應(yīng)做到隨用隨攪拌,涂刷應(yīng)均勻,特別是被鋼絞線(xiàn)網(wǎng)片遮擋的基層。5)聚合物砂漿抹灰施工:聚合物砂漿配制第一層聚合物砂漿抹灰后續(xù)聚合物砂漿抹灰。6)養(yǎng)護(hù):應(yīng)采取可靠的保濕養(yǎng)護(hù)措施,養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)大于7d。
5加固設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)
1)采用鋼絲繩網(wǎng)片—聚合物砂漿加固,對(duì)市政構(gòu)筑物工程要合理采用該技術(shù),對(duì)受彎構(gòu)件和大偏心受壓構(gòu)件較為適用。2)在加固前應(yīng)對(duì)基層混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè),基層混凝土的抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值不應(yīng)低于C15,并采用實(shí)測(cè)值進(jìn)行計(jì)算。3)對(duì)板底鋼絲繩網(wǎng)片張緊時(shí),其預(yù)張緊力要適度,本工程預(yù)張緊應(yīng)力取0.3frw。預(yù)張力會(huì)使板截面偏心受壓,產(chǎn)生反向彎矩,其作用效應(yīng)應(yīng)小于原板截面上恒載引起的效應(yīng),否則板頂面會(huì)因張拉發(fā)生反向撓曲而發(fā)生開(kāi)裂。4)加固完成的構(gòu)件在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)不得有外力擾動(dòng),并盡快施工保護(hù)面層。
2鋼架加固
2.1加固設(shè)計(jì)方案
按照上述工程實(shí)例情況,基于目前加固設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)范,結(jié)合事故檢測(cè)報(bào)告中提及的問(wèn)題進(jìn)行分析,本文設(shè)計(jì)了2種鋼架加固方案,進(jìn)行篩選。方案一:通常廠房荷載計(jì)算只選取恒荷載,一般為50年最大風(fēng)雪荷載量進(jìn)行計(jì)算。這種方案計(jì)算所得的輕鋼廠房強(qiáng)度并不能滿(mǎn)足實(shí)際工作需求,也不能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。為解決上述問(wèn)題,本方案對(duì)承重梁進(jìn)行加腋處理,以緩解焊接重量,柱翼緣選擇對(duì)稱(chēng)焊接,以提高承載能力。該方案所需焊接工作量大,對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的影響也大。方案二:對(duì)上述工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析可知,廠房懸掛荷載較低,鋼架所承受恒荷載為0.3kpa。按照上述數(shù)據(jù)可知,輕鋼廠房外部構(gòu)件穩(wěn)定性不達(dá)標(biāo),在柱翼緣處加入剛性系桿,以緩解這一問(wèn)題。該加固方案工作量較少,對(duì)廠房?jī)?nèi)部設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行影響也小。對(duì)廠房實(shí)際工作情況進(jìn)行分析,在廠房運(yùn)行過(guò)程中不能有灰塵產(chǎn)生,兩種方案進(jìn)行對(duì)比分析,選取方案二進(jìn)行加固處理。
2.2荷載取值范圍
在計(jì)算過(guò)程中確定荷載取值范圍,選擇輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范選取合理數(shù)值。通常情況,雪壓、風(fēng)壓選取50年內(nèi)最大值,本工程分別選取0.5kpa和0.55kpa;恒荷載量取0.3kpa,懸掛荷載量取0.1kpa;房屋自重計(jì)算得0.2kpa。按照上述荷載取值范圍進(jìn)行核算,該數(shù)值是按照單向剛接計(jì)算所得,而實(shí)際工作中是雙向剛接,應(yīng)對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。根據(jù)上述數(shù)據(jù)可見(jiàn),輕鋼結(jié)構(gòu)中主要存在超負(fù)荷工作現(xiàn)象,大部分鋼架外部穩(wěn)定應(yīng)力超過(guò)承受限值。經(jīng)分析可知,保證鋼架柱穩(wěn)定應(yīng)力不超過(guò)1,面部長(zhǎng)度應(yīng)取5.5米進(jìn)行計(jì)算。此外,鋼架梁所承受的應(yīng)力也超極限運(yùn)行,要保證穩(wěn)定性達(dá)標(biāo),面外長(zhǎng)度應(yīng)取3米進(jìn)行計(jì)算。
2.3剛架結(jié)構(gòu)的加固
如圖2所示,剛架結(jié)果加固處理即在柱間設(shè)置剛性系桿,以降低軸面外部的長(zhǎng)度,設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定,面積應(yīng)小于5.5m2,該工程計(jì)算0.9m×5.85m=5.25m2,符合規(guī)范條件。
3維護(hù)結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)
3.1檁條的加固設(shè)計(jì)
在對(duì)檁條進(jìn)行加固設(shè)計(jì)中,應(yīng)首先確定檀條部分的荷載數(shù)值。參考本次雪災(zāi)積雪分布規(guī)律進(jìn)行計(jì)算。在進(jìn)行加固處理時(shí),應(yīng)輕輕揭開(kāi)廠房外頂板,為確保廠房能夠正常運(yùn)行,廠房?jī)?nèi)部環(huán)境不受影響,應(yīng)將廠房?jī)?nèi)頂板留于廠房頂部,為緩解承載應(yīng)力作用,應(yīng)增加檁條數(shù)量。檁條加固設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際積雪荷載量和分布范圍,選擇最為經(jīng)濟(jì)合理的檁條位置和數(shù)量進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。積雪較少的位置處檁條可以不改變布設(shè)位置,在原檁條位置加設(shè)2.5毫米厚的C狀檀條;在積雪符合較大的區(qū)域,在原檁條處加設(shè)3毫米厚的C狀檀條,加設(shè)的C狀檀條高度應(yīng)與原檀條保持一致;在積雪最嚴(yán)重的區(qū)域,可利用25a熱軋槽或者H型鋼檁條焊接到原檀條位置,對(duì)受損部位進(jìn)行焊接修復(fù)處理,以加強(qiáng)原檁條的承載能力。
3.2其他結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)
屋面支撐材料的加固應(yīng)遵循設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì),加設(shè)剛性系桿以提高屋面整體的承載能力,同時(shí),設(shè)計(jì)者還應(yīng)考慮實(shí)際加固施工的可操作性,選取最方便可行的設(shè)計(jì)方案。墻梁加固設(shè)計(jì)中,可在需要加固的墻梁部位增設(shè)一道墻。懸掛梁加固時(shí)應(yīng)在連接處加設(shè)剛性系桿,以增強(qiáng)梁的承載力。雨篷加固,可將槽鋼焊接在橫梁上,增大衡量的抗扭強(qiáng)度。
2除險(xiǎn)加固工程方案設(shè)計(jì)
2.1大壩
2.1.1增設(shè)防浪墻防浪墻頂寬0.5m,高1.0m,墻頂高程1022.8m,M7.5水泥砂漿砌石結(jié)構(gòu)。
2.1.2大壩壩體整修壩體的裂縫,主要是因壩體干縮、施工時(shí)壩體填筑不均勻、分段接茬處理不當(dāng)?shù)?,從而造成壩基和壩體的不均勻沉降所致??籽?、塌坑是壩體裂縫在雨水的沖刷下,土層下陷而成。本次壩坡整修,首先把現(xiàn)有壩坡上的雜草、灌木及腐殖土清除干凈,清除厚度0.5m;然后對(duì)壩坡按設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)填及削坡。同時(shí),對(duì)壩體上的孔穴、塌坑及裂縫,全斷面徹底挖除并重新回填黏土夯實(shí),壓實(shí)度不低于96%。大面積土方回填和夯實(shí)采用74kW推土機(jī)攤土,8-12t羊腳碾碾壓,邊角處采用2.8kW蛙式打夯機(jī)夯實(shí)。小面積土方回填采用人工平土,2.8kW蛙式打夯機(jī)夯實(shí)。壩體經(jīng)過(guò)整修,將上游壩坡恢復(fù)至1∶3.0,下游壩坡恢復(fù)至1∶2.5。
2.1.3壩坡護(hù)砌根據(jù)實(shí)際情況和防洪要求,擬對(duì)大壩上游壩坡清坡整平后鋪設(shè)40cm厚的干砌石,下設(shè)厚20cm砂礫料墊層及15cm厚的粗砂墊層。護(hù)坡坡腳伸入淤積層以下1.0m。大壩下游壩坡采用草皮護(hù)坡。
2.1.4貼坡排水壩下游坡腳現(xiàn)無(wú)反濾體,本次新增貼坡排水。貼坡頂面高程1014.0m,頂寬2.41m,從外到內(nèi)依次為干砌塊石、碎石、砂礫料和粗砂,砌筑石塊要求排砌嵌緊。
2.1.5壩坡排水為了防止暴雨沖刷壩肩和下游壩坡,將水流送至壩腳以外,在下游壩坡與岸坡結(jié)合處布設(shè)橫向排水溝3條,在下游坡腳設(shè)一縱向排水溝,并與壩坡橫向排水溝相連。排水溝形式為矩形斷面,采用現(xiàn)澆C15砼澆筑。橫向排水溝斷面尺寸為0.3m×0.3m,坡腳縱向排水溝斷面尺寸為0.5m×0.3m。
2.1.6壩頂?shù)缆吩瓑雾數(shù)缆窞橥谅访?,?.0m。雨天泥濘,影響管理人員巡察。本次改造將壩頂拓寬至4.0m,路面采用0.2m厚泥結(jié)碎石結(jié)構(gòu),以1%橫坡向下游傾斜。
2.2溢洪道
本次除險(xiǎn)加固改造,將溢洪道分為引渠段、控制段、泄槽段及消力池四部分。由于溢洪道左側(cè)為基巖,巖體幾乎垂直,不需襯砌,全段只需對(duì)右側(cè)(靠壩體一側(cè))側(cè)墻和溢洪道底板襯砌。底板為現(xiàn)澆C20砼,各段連接處均設(shè)齒墻,齒墻高0.5m,厚0.3m。引渠段全長(zhǎng)20.9m,進(jìn)口底高程1016.79m,縱坡1/100為倒坡,斷面為矩形。引渠段右側(cè)側(cè)墻緊貼大壩壩坡,為擋土墻式,頂厚0.6m。側(cè)墻由地面起逐漸加高至4.8m??刂贫伍L(zhǎng)度79.5m,始端底高程1017.0m,末端底高程1015.01m,縱坡1/40。泄槽段斷面為梯形,底寬3.8m,右側(cè)側(cè)墻坡比1∶0.75。側(cè)墻高度4.8-3.1m,為漸變形式。由于泄槽段右側(cè)土體單薄,且形狀不規(guī)則,本次對(duì)其整修成頂寬3m、外坡比1∶1.25與地面連接。消力池全長(zhǎng)10m,池深1.0m,池寬3m。側(cè)墻高4.1m,為擋土墻形式。消力池出口接5m長(zhǎng)鉛絲籠石護(hù)坦。
2.3放水臥管
由于臥管管臺(tái)砌體老化,剝蝕嚴(yán)重,已不能正常運(yùn)行,本次重修臥管,增設(shè)孔塞。
3主要加固改造工程施工要點(diǎn)
3.1大壩加固施工
壩體整修前,首先清除該段的雜草、腐殖土、砂、石等。壩坡培厚段要將原壩坡開(kāi)挖成平順的邊坡,坡度不陡于1∶1,以便于新舊土層結(jié)合。清基采用74kW推土機(jī)施工,清基深度為50cm,清基范圍應(yīng)超出設(shè)計(jì)邊線(xiàn)30-50cm。壩體上的塌坑、孔洞、裂縫按楔形縫開(kāi)挖,采用機(jī)械和人工配合,回填黏土采用蛙式打夯機(jī)和人工石硪夯打相結(jié)合,使其壓實(shí)度不小于96%。腐殖土、雜草等清除物由1m3挖掘機(jī)或3m3裝載機(jī)挖裝,8t自卸汽車(chē)運(yùn)至下游棄渣場(chǎng)集中堆放。
3.2下游護(hù)坡施工
坡面反濾料回填、干砌石(包括拆除)采用人工施工,篩選并利用部分拆除料。干砌石要自下而上砌筑,每塊塊石重量不小于15kg。護(hù)坡應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求鋪砌,坡面不允許有游石、孤石、補(bǔ)貼石、小石等現(xiàn)象。砂礫料、碎石、干砌塊石應(yīng)優(yōu)先利用原有的壩坡石料,不足部分再適當(dāng)補(bǔ)充。干砌石護(hù)坡要逐層填實(shí),用大石排緊小石塞嚴(yán),無(wú)活石,以腳踏不動(dòng)為準(zhǔn);壩面石選用較大石塊排砌,錯(cuò)縫豎砌,結(jié)合平穩(wěn),不得使用墊石;石面接觸嚴(yán)密,壩面坡度平整。下游壩坡草皮護(hù)坡的植草時(shí)間宜在春季或初夏,壩坡整平后,鋪填種植土50-70mm,再鋪植被網(wǎng),用防滑釘固定,播灑草籽于網(wǎng)內(nèi),松土覆蓋,輕輕壓實(shí)。
3.3溢洪道施工
施工內(nèi)容主要為溢洪道襯砌。土方開(kāi)挖采用1m3挖掘機(jī)挖裝,8t自卸汽車(chē)運(yùn)輸至下游壩坡做培厚用土。漿砌石采用砂漿攪拌機(jī)拌制砂漿,人工砌筑?;炷涟韬筒捎?.4m3攪拌機(jī),0.6m3機(jī)動(dòng)翻斗車(chē)運(yùn)輸入倉(cāng),倉(cāng)面內(nèi)用高頻振搗器振搗。砼施工要求為:砼表面光潔、無(wú)蜂窩麻面;在常溫下,砼澆筑完畢36h后即可拆模;用草袋覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)不少于7d。亦可用砼養(yǎng)生劑養(yǎng)護(hù),但必須噴灑均勻。
水閘在水利工程中應(yīng)用很廣,底板部位易出現(xiàn)問(wèn)題,長(zhǎng)期以來(lái)困擾著工程界。一直未能很好解決。該問(wèn)題的出現(xiàn),給水閘工程帶來(lái)了多方面不同程度的危害,所以在進(jìn)行水閘設(shè)計(jì)時(shí),一定要根據(jù)閘址附近的地形、地質(zhì)條件和水文、施工、管理等因素,認(rèn)真研究,合理布置。
一、底板混凝土配料的控制
混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)在使用前要進(jìn)行保養(yǎng)、校核,確保計(jì)量準(zhǔn)確性,材料配合比允許偏差必須控制在水泥、水、混合料為±2%;砂、石為±3%;外加劑為±l%。除粉煤灰、水、砂、石用自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)控制外,對(duì)減水劑要先用天平稱(chēng)量每盤(pán)料的用量,然后裝袋備用。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工地試驗(yàn)室提供的混凝土施工配料單嚴(yán)格配料,機(jī)械攪拌時(shí)料斗投料順序?yàn)椋合燃铀槭?,后加水泥、減水劑、粉煤灰,最后加砂和水,混凝土攪拌時(shí)間從投料完畢組成材料,在攪拌機(jī)內(nèi)延續(xù)攪拌時(shí)間不得少于2分鐘,摻入抗裂防滲纖維混凝土攪拌時(shí)間不得少于2.5分鐘。
混凝土出料時(shí)隨時(shí)測(cè)定坍落度和拌和物溫度、觀察混凝土拌和質(zhì)量,嚴(yán)禁生料輸送,確?;炷翝仓|(zhì)量。由于底板混凝土倉(cāng)面較大,混凝土用量多,可采用混凝土輸送泵泵送混凝土。泵管安裝時(shí)不得直接支撐在鋼筋、模板及預(yù)埋件上,每隔一段距離要用鋼管支架固定,管道卡箍處不得漏氣漏漿,泵管盡量少用彎管和軟管,預(yù)防堵管,確?;炷另樌隽??;炷帘盟颓耙们逅疂駶?rùn)管壁,然后拌制1:2水泥砂漿混凝土泵和輸送管內(nèi)壁,用的水泥砂漿要分散布料。
混凝土澆筑過(guò)程中,前場(chǎng)和后場(chǎng)均須布置管理人員隨時(shí)指揮協(xié)調(diào)?,F(xiàn)場(chǎng)可用對(duì)講機(jī)聯(lián)系來(lái)控制混凝土澆筑速度及拆布管時(shí)間,以確?;炷琳麄€(gè)澆筑過(guò)程緊張、連續(xù)、有序地進(jìn)行。同時(shí)要安排專(zhuān)人測(cè)定混凝土入倉(cāng)溫度、坍落度,并留置規(guī)定制取的試壓塊組數(shù)。混凝土澆筑前,要保證倉(cāng)內(nèi)無(wú)雜物,模板、鋼筋、預(yù)埋件符合規(guī)范要求,一切準(zhǔn)備工作就序,并做好質(zhì)量自檢記錄。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理驗(yàn)收后方可進(jìn)行澆筑。底板澆筑前要在倉(cāng)面平均劃分施工區(qū)域,混凝土澆筑自西向東、由遠(yuǎn)而近。混凝土按一定厚度、順序、方向分層進(jìn)行,上下層之間的混凝土澆筑間歇時(shí)間不得超過(guò)混凝土初凝時(shí)間。開(kāi)始布料,兩管同時(shí)進(jìn)行,采取“斜面分層”法施工。
振搗混凝土應(yīng)從澆筑層的下端開(kāi)始,逐漸上移,以保證混凝土施工質(zhì)量,在底層混凝土初凝前安排一臺(tái)泵進(jìn)行面層防滲抗裂混凝土施工?;炷凉嘀笥貌迦胧秸駝?dòng)器振搗,振搗時(shí)與混凝土表面垂直,操作時(shí)做到快插慢拔,上下略為抽動(dòng),插點(diǎn)均勻排列,逐點(diǎn)移動(dòng),順序進(jìn)行,不得遺漏,使混凝土達(dá)到均勻振實(shí)。插入式振動(dòng)器在每一插點(diǎn)上的振搗時(shí)間以混凝土表面呈水平而且水泥漿不再出現(xiàn)氣泡為準(zhǔn)。
二、水閘底板混凝土的分析
目前在對(duì)待混凝土底板結(jié)構(gòu)問(wèn)題上,一般是允許出現(xiàn)裂縫,而對(duì)其寬度進(jìn)行一定的限制,不同國(guó)家和地區(qū)對(duì)不使用環(huán)境和要求下的混凝土建筑物的裂縫寬度有不同的控制標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》允許裂縫寬為0.2-0.3毫米,在對(duì)待裂縫問(wèn)題上提出限制與允許的兩種方法。變形變化引起的約束應(yīng)力首先要求結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境能給結(jié)構(gòu)以變形的機(jī)會(huì),即變形得到滿(mǎn)足,則不會(huì)產(chǎn)生約束應(yīng)力。
在全自由狀態(tài)下,結(jié)構(gòu)可以有任意長(zhǎng)度、任意溫差不產(chǎn)生約束應(yīng)力,因此給結(jié)構(gòu)創(chuàng)造自由變形的條件就是允許原則。在實(shí)際工程中,全自由的理想狀態(tài)不易做到,但是可減少約束,釋放大部分變形,使之出現(xiàn)較低的約束應(yīng)力;當(dāng)結(jié)構(gòu)處于全約束狀態(tài),要讓任意長(zhǎng)度不設(shè)伸縮縫亦不開(kāi)裂,則只須所選用的結(jié)構(gòu)材料具有足夠的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸即可。該設(shè)計(jì)原則稱(chēng)為限制原則。一般說(shuō)來(lái),對(duì)于限制原則,必須有足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備;采取允許原則,必須有充分的變形余地。現(xiàn)在一般認(rèn)為,混凝土建筑物不出現(xiàn)裂縫是不可能的,或是很困難的。防止裂縫出現(xiàn),在材料、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行和維護(hù)等方面均有一定的研究,但還不夠完善或效果不是十分明顯。在水工結(jié)構(gòu)工程中,以限制原則為主,力求工程各部位都不裂縫。
三、水閘底板外部環(huán)境的控制
水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱,在1~3d內(nèi)可放出熱量的50%,甚至更多,當(dāng)混凝土達(dá)到最高溫度后隨著熱量的散發(fā)又開(kāi)始降溫,直到與環(huán)境溫度相同。底板為大體積混凝土,熱量傳遞的同時(shí)更易在內(nèi)部積存,導(dǎo)致了內(nèi)部溫度高于外部溫度,內(nèi)部出現(xiàn)峰值溫度。升溫階段結(jié)束后,是散熱階段。內(nèi)外混凝土散熱條件不同,外部混凝土和外界環(huán)境接觸,散熱條件好,熱量容易散發(fā),內(nèi)部混凝土散熱條件差,于是在降溫階段又造成了外部混凝土溫度低于內(nèi)部混凝土溫度。這樣在升溫和降溫階段都使底板內(nèi)外混凝土形成了同一方向的溫度梯度。導(dǎo)致了其變形的不一致。內(nèi)部膨脹受到外部的限制,或相應(yīng)地外部收縮受到內(nèi)部約束,于是在外部混凝土中產(chǎn)生了拉應(yīng)力。當(dāng)外部混凝土拉應(yīng)力達(dá)到其極限拉應(yīng)力,裂縫就會(huì)產(chǎn)生。裂縫初期很細(xì),隨著時(shí)問(wèn)發(fā)展繼續(xù)擴(kuò)大、變深,甚至貫穿。除了混凝土水化引起的溫度作用外,運(yùn)行期環(huán)境溫度變化也會(huì)產(chǎn)生作用。特別是遇到寒潮襲擊、表面溫降特別大時(shí),裂縫發(fā)展更為嚴(yán)重。從以上分析可以看出,影響內(nèi)外溫差的主要因素有混凝土水泥用量、水泥品種、澆筑入模溫度及環(huán)境溫度等。
混凝土內(nèi)的水分,少部分提供了水泥水化的需要,少部分泌出流失,大部分水分是在澆搗完畢后慢慢蒸發(fā)掉的。隨著水泥的凝結(jié)、硬化,混凝土中的水分在未飽和空氣中慢慢散失,引起混凝土體積縮小、變形,這種變形稱(chēng)為干縮。由于混凝土的水分蒸發(fā)及含濕量的不均勻分布,形成濕度變化梯度。其水分蒸發(fā)總是從外向內(nèi),由表及里。表層混凝土的水分蒸發(fā)程度和速度總是大于內(nèi)部,表層混凝土收縮的程度亦大,其變形會(huì)受到內(nèi)部混凝土的限制,在表層混凝土中也產(chǎn)生拉應(yīng)力,使得表層混凝土總的拉應(yīng)力加大,產(chǎn)生干縮裂縫,但干縮一般只發(fā)生在表層?;炷恋呐浜媳群徒M成是影響干縮的主要因素,一般水泥用量多,水灰比大,則干縮也大。骨料密度大,級(jí)配好,彈性模量高,骨料粒徑大,可以減小混凝土的干縮。其次,混凝土的養(yǎng)護(hù)和環(huán)境對(duì)干縮也有很大的影響。
江門(mén)市合山水電站位于廣東省開(kāi)平市蜆崗鎮(zhèn)潭江干流上游合山河段,距開(kāi)平市區(qū)25km,距恩平市恩城鎮(zhèn)41km,水電站總集雨面積1383.8km2,干流河長(zhǎng)77.33km。潭江是珠三角水系的一級(jí)支流,位于東經(jīng)111°56′21′′~113°03′14′′,北緯22°0′0′′~22°45′56′′,流域面積6026km2,主河道長(zhǎng)248km,上游多高山峻嶺,植被良好,雨量充沛,水資源豐富。本流域地處北回歸線(xiàn)以南,屬亞熱帶季風(fēng)性氣候,夏季以東南季候風(fēng)為主,冬季以東北季候風(fēng)為主;氣候溫和,日照時(shí)間長(zhǎng),終年無(wú)雪,無(wú)霜期長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì),多年平均氣溫22℃,極端最高氣溫39.2℃,極端最低氣溫-0.7℃,多年平均相對(duì)濕度80%左右。
1.2工程地質(zhì)
本區(qū)大地構(gòu)造屬華南褶皺系(Ⅰ級(jí)),粵北、粵東北~粵中拗陷帶(Ⅱ級(jí)),粵中拗陷(Ⅲ級(jí))的增城~臺(tái)山隆斷束(Ⅳ級(jí))的西南部。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜,北西向、北東向、近東西向、近南北向斷裂及褶皺構(gòu)造均發(fā)育,它們構(gòu)成了本區(qū)的構(gòu)造格局,并控制了第四系沉積層的分布和厚度,尤以北東向恩(平)-從(化)斷裂規(guī)模最大,距場(chǎng)區(qū)最近,影響最大。站址區(qū)第四系覆蓋層厚度普遍小于3m,土類(lèi)型以中粗砂、礫砂、填土和殘積土為主,多屬中軟土。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001),閘址區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期調(diào)整為0.45s。
2工程施工與設(shè)計(jì)
2.1水閘除險(xiǎn)加固工程主要項(xiàng)目
更換水閘和船閘工作閘門(mén)、重建水閘工作橋、新建水閘船閘啟閉室、閘室加固、重建上游鋪蓋和下游消能防沖設(shè)施、加固西閘交通橋、更換水閘船閘機(jī)電設(shè)備、新建及加固水閘護(hù)岸、改建防汛公路、新建管理房、新建自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。
2.2導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)
2.2.1圍堰設(shè)計(jì)
施工導(dǎo)流上下游橫向圍堰均采用土圍堰。閘下施工期最高水位為3.04m,根據(jù)施工期過(guò)閘流量、閘下水位,分別計(jì)算利用西閘和東閘導(dǎo)流時(shí)的閘上施工期水位,經(jīng)計(jì)算,一期上游圍堰施工洪水位為3.38m,二期上游圍堰施工洪水位為4.05m。導(dǎo)流圍堰堰頂寬度均為4m,一期上游圍堰堰頂高程為4.10m,二期上游圍堰堰頂高程為4.80m,下游圍堰堰頂高程均為3.80m,邊坡1:2.5,圍堰迎水坡采用復(fù)合土工膜防滲,0.5m厚砂袋護(hù)坡,砂袋高出堰頂0.5m,做為防浪墻,堰基表面有沖刷出來(lái)的砂層時(shí)需將其挖除,然后堰身填粉質(zhì)粘土。一期上游圍堰在圍堰上游堰基做截水槽并鋪設(shè)防滲土工膜一層,截水槽底寬2m,深2.50m,邊坡1:2.5。二期上游圍堰右岸42m范圍采用高噴灌漿防滲墻做堰基防滲,灌漿孔底部進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖約1m即孔底高程為-5.40~-4.40m,頂部伸入堰體內(nèi)約1.5m,灌漿孔沿堰體中心線(xiàn)布置一排,孔距1.5m,灌漿材料為純水泥漿,灌漿采用雙管旋噴樁。
2.2.2圍堰復(fù)核計(jì)算
根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》,堰頂高程=靜水位+波浪爬高+安全超高,本工程采用土石圍堰,圍堰級(jí)別為4級(jí),安全超高為0.5m。圍堰邊坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)不小于1.05。波浪爬高根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)公式計(jì)算,圍堰抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典圓弧法。
3現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方案
3.1工程預(yù)算問(wèn)題
工程預(yù)算中缺少?lài)咄练讲牧腺M(fèi),需另行考慮土方購(gòu)置問(wèn)題。解決方案:由于工程施工現(xiàn)場(chǎng)附近有三個(gè)土料場(chǎng),分別是13公里的金雞,7公里的蜆岡,0.5公里的合山,因此,取合山江心島原山頭作為土料場(chǎng),開(kāi)挖山頭取土填筑圍堰。方案實(shí)施效果:不用增加土方材料費(fèi)就能提供足夠土料填筑圍堰,既節(jié)省了預(yù)算的開(kāi)支,又有足量的土料進(jìn)行填筑圍堰。
3.2工程交通問(wèn)題
本工程對(duì)外交通方便,東、西泄洪閘均有交通橋與縣級(jí)公路連接,西閘交通橋現(xiàn)已成危橋,禁止重車(chē)通行,故工程對(duì)外交通重車(chē)均從東閘交通橋通過(guò),但由于東閘交通橋限寬、限重因素,原兩交通橋無(wú)法通行工程車(chē)輛。解決方案:經(jīng)過(guò)對(duì)車(chē)輛載重、橋身的限重以及圍堰設(shè)計(jì)的綜合考慮,決定將圍堰原設(shè)計(jì)頂寬4米增加到6米,用于臨時(shí)交通通道。方案實(shí)施效果:工程車(chē)輛行駛圍堰臨時(shí)交通通道,保證原兩交通橋安全。因此,在預(yù)算方面就應(yīng)該相應(yīng)增加。
3.3工程滲水問(wèn)題
圍堰填筑完成后,滲水情況嚴(yán)重,使用9臺(tái)合共51.5kw水泵抽水也未能抽干基坑積水,致使基坑內(nèi)的水下工程無(wú)法施工。解決方案:經(jīng)過(guò)對(duì)圍堰填筑設(shè)計(jì)以及滲水情況的綜合分析,決定以增加上游圍堰鋼板樁的方式來(lái)解決滲水問(wèn)題。方案實(shí)施效果:能較好地防止?jié)B漏,基坑內(nèi)水位能滿(mǎn)足水下工程施工要求。因此,在預(yù)算方面就應(yīng)該相應(yīng)增加。
使用壽命在房屋建筑工程中是一個(gè)非常重要的問(wèn)題,多數(shù)房屋在使用過(guò)程中因?yàn)槭艿绞褂霉δ艿母淖儭⒒馂?zāi)、地基不均勻沉降、超載等不同因素的影響,壽命縮短的很?chē)?yán)重,而結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的使用正好可以有效延長(zhǎng)建筑的使用時(shí)間。
1.2增強(qiáng)房屋建筑耐久性
房屋建筑在使用過(guò)程中,因?yàn)槭艿蕉喾N因素的影響,其耐久性受到了嚴(yán)重的影響,結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的使用可以從結(jié)構(gòu)上使建筑物耐久性得到加大。
1.3提高房屋建筑抗震性
作為一種自然災(zāi)害,地震的發(fā)生為社會(huì)發(fā)生造成了嚴(yán)重影響,近年來(lái)我國(guó)地震頻現(xiàn),因此在房屋建筑使用過(guò)程中應(yīng)該對(duì)抗震性給予充分重視,結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的使用可以使既有房屋建筑穩(wěn)定性得到大大加強(qiáng),有效提高建筑的抗震能力,進(jìn)而更好的與現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的需要相適應(yīng)。
2我國(guó)房屋建筑施工加固設(shè)計(jì)的使用現(xiàn)狀
2.1房屋建筑施工加固技術(shù)體制不合理
目前我國(guó)的施工技術(shù)與管理方式比較粗放,同時(shí)密集化與專(zhuān)業(yè)化的程度也不高,尚未形成相應(yīng)的技術(shù)創(chuàng)新體系。在房屋建筑施工過(guò)程中應(yīng)該在技術(shù)人才培養(yǎng)機(jī)制上進(jìn)行不斷的創(chuàng)新,同時(shí)對(duì)房屋建筑施工技術(shù)體系進(jìn)行不斷的完善與創(chuàng)新,進(jìn)行體系建設(shè)。正因?yàn)榉课萁ㄖ袠I(yè)存在一定的特殊性,因此不能完全依靠傳統(tǒng)體制,這樣會(huì)使產(chǎn)業(yè)升級(jí)技術(shù)的更新?lián)Q代受到影響,或者產(chǎn)業(yè)升級(jí)速度太慢等問(wèn)題的存在都會(huì)對(duì)市場(chǎng)創(chuàng)新受到影響,加上房屋建筑施工技術(shù)在創(chuàng)新上存在一定的滯后性,需要進(jìn)行大量的創(chuàng)新實(shí)踐和運(yùn)用,這樣才能對(duì)施工進(jìn)度與施工質(zhì)量進(jìn)行有效保證。值得一提的是,建筑施工技術(shù)創(chuàng)新很容易會(huì)不適應(yīng)實(shí)際的市場(chǎng)需求,加上一些新的技術(shù)成果容易受到相關(guān)政策的影響,進(jìn)而不能及時(shí)進(jìn)入到建筑施工之中。
2.2建筑施工技術(shù)與理念非常落后
科學(xué)的理論與正確的理念是行動(dòng)的先導(dǎo),在建筑行業(yè)中也是如此,企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人以及施工人員在工作中都離不開(kāi)科學(xué)的理論與正確的思想作指導(dǎo)。從目前房屋建筑施工中來(lái)看,很多企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人不重視施工技術(shù)、材料的創(chuàng)新性,嚴(yán)重忽視了施工過(guò)程中的創(chuàng)新理念,在這種情況下,整個(gè)工程建設(shè)在設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中始終沿用著傳統(tǒng)的思路,不重視引進(jìn)先進(jìn)的理念與技術(shù),在理念與施工上不能與時(shí)代要求相適應(yīng)。施工企業(yè)嚴(yán)重忽視了建筑技術(shù)在創(chuàng)新工作上的重要性,以上這些因素是造成房屋建筑創(chuàng)新性缺乏的重要原因。
3房屋建筑工程中經(jīng)常使用的幾種加固設(shè)計(jì)技術(shù)
3.1粘貼鋼板加固技術(shù)
這項(xiàng)技術(shù)在建筑加工施工中十分常見(jiàn),這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要在于加固施工的時(shí)間比較短、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不需要加濕、外觀損害比較少等,因此不能對(duì)建筑物的正常使用造成影響。但是因?yàn)榧庸碳夹g(shù)的效果主要由建筑結(jié)構(gòu)膠的質(zhì)量所決定,所以粘合的材料與施工水平都會(huì)隨建筑物的加固效果產(chǎn)生影響。因此一般來(lái)說(shuō)這種技術(shù)經(jīng)常在鋼筋混凝土構(gòu)件薄弱部位以及受拉區(qū)的靜態(tài)固件中使用。
3.2增補(bǔ)受拉鋼筋技術(shù)
這項(xiàng)技術(shù)主要是指在房屋建筑主體結(jié)構(gòu)中一些受力集中的地區(qū),使受拉鋼筋得到增加,利用這種方法對(duì)梁體結(jié)構(gòu)的承載力水平進(jìn)行改善。在這樣的過(guò)程中,增補(bǔ)鋼筋和既有梁體結(jié)構(gòu)之間的連接可以利用全焊接與半焊接等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。在二者連接的過(guò)程中,可以與實(shí)際情況相結(jié)合,在干法外包與濕法外包兩種方式之間進(jìn)行靈活的選擇。
3.3外包型鋼加固技術(shù)
這項(xiàng)技術(shù)主要是指用型鋼外包在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的四角上,這樣一來(lái)原來(lái)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力就會(huì)得到大大的提高。這種技術(shù)主要可以分為干式與濕式兩種外包方法,一般來(lái)說(shuō)濕式外包型鋼法比較常用,這種方法可以使結(jié)構(gòu)承載力得到有效提高。外包型鋼法的受力非??煽浚瑫r(shí)施工方法也非常簡(jiǎn)單,但是需要用到的鋼材量非常大,同時(shí)加固施工的成本也非常高,因此,一般房屋建筑的加固不會(huì)使用這種方法,而選擇將這種技術(shù)用在建筑物梁、柱等位置上。
3.4碳纖維加固技術(shù)
這項(xiàng)技術(shù)主要是指通過(guò)樹(shù)脂膠結(jié)合擦聊將碳纖維板粘貼在結(jié)構(gòu)的表面上,通過(guò)這種方式促進(jìn)結(jié)構(gòu)承載力得到提高,這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要在于它的強(qiáng)度比較高、材料的重量比較小,在使用過(guò)程中不需要對(duì)材料腐蝕等問(wèn)題進(jìn)行考慮,此外適用的領(lǐng)域也非常廣,施工材料價(jià)格比較低,因此成為現(xiàn)代結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)中比較常用的一種加固技術(shù)。但是因?yàn)檫@種技術(shù)的耐高溫性能并不強(qiáng),一般來(lái)說(shuō)要求在溫度環(huán)境60℃以?xún)?nèi)使用,否則就需要采取一些保護(hù)性的措施。
3.5預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)
這項(xiàng)技術(shù)主要是指利用施加預(yù)應(yīng)力的鋼絞線(xiàn)、鋼拉桿等對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力進(jìn)行提高,它是一種集加固、卸載以及改變結(jié)構(gòu)受力于一身的加固方法。因?yàn)槭艿胶奢d與預(yù)應(yīng)力的雙重作用,使拉桿出現(xiàn)了軸向拉力預(yù)應(yīng)力偏心受壓的情況,在這種情況下構(gòu)件的抗彎能力得到了增加,同時(shí)外荷載效應(yīng)得到了減少,最終使結(jié)構(gòu)受彎變形的程度得到了有效控制,同時(shí)也大大提高了構(gòu)件斜截面的承載力。這種技術(shù)的缺點(diǎn)在于在加固施工過(guò)程中需要專(zhuān)門(mén)的施工機(jī)具設(shè)備與工序,并要求在60℃以?xún)?nèi)的溫度環(huán)境中應(yīng)用,否則就需要采取一些保護(hù)性的措施。
大劉坡橋位于天津?qū)氎婵h境內(nèi)九園公路的潮白河上。橋全長(zhǎng)790.3米,橋面寬度9米(即1+7+1),上部結(jié)構(gòu)為56孔、5片跨徑14.1米的普通鋼筋混凝土T型簡(jiǎn)支梁橋,橫橋向有3道橫隔板。橋面鋪裝為鋼筋混凝土(7.5~11~7.5厘米)和3厘米瀝青混凝土面層。每8孔為一道伸縮縫,其間為橋面連續(xù)鋪裝。舊T型梁外形(如圖1)。舊梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí):汽-13、拖-60。
下部結(jié)構(gòu)墩柱及蓋梁是在原橋位上游側(cè)95年重新設(shè)計(jì)建造的,為單排雙樁(柱)式,荷載等級(jí):汽-20、掛-100。受公路發(fā)展公司委托,我院于4月12~13日對(duì)該橋進(jìn)行了檢查。由于原有公路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低(汽-13、拖-60),通行能力差,加之目前交通量的增加和汽車(chē)載重的增加,上述舊橋是不能滿(mǎn)足承載力要求的。受資金和材料資源及斷交時(shí)間的限制,也不可能全部拆除并新建,只能考慮投資較少,工期時(shí)間短且能增加承載力的各種橋梁加固技術(shù)予以改造。這其中采用體外預(yù)應(yīng)力鋼筋加工技術(shù),確為一種簡(jiǎn)單易行且能與新建下部結(jié)構(gòu)荷載(汽-20、掛-100)看齊的有效方法。
體外預(yù)應(yīng)力加固方法的實(shí)質(zhì)是以粗鋼筋、鋼絞線(xiàn)或高強(qiáng)型鋼等鋼材做為施力工具,對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)施加體外預(yù)應(yīng)力,以其產(chǎn)生的反彎矩抵消部分外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力,從而達(dá)到改善舊橋使用其性能并提高其極限承載力的目的,本橋只涉及粗鋼筋的體外預(yù)應(yīng)力加固提高荷載方案。
一、體外預(yù)應(yīng)力構(gòu)造:主要由四個(gè)部分組成
1、水平筋與斜筋:由高強(qiáng)螺紋粗鋼筋組成,構(gòu)造見(jiàn)圖2,其作用是施加預(yù)應(yīng)力提高梁的承載能力。
2、梁端錨固:先將梁端部分混凝土橋面板鑿掉,將梁端頂面上角鑿成與斜筋傾斜方向相垂直的斜面(需剪斷局部架立鋼筋和箍筋),在端橫隔板上開(kāi)鑿與斜筋方向相同的斜孔,然后,將用角鋼或槽鋼制作的支承墊座用環(huán)氧砂漿固定在已鑿好的梁端斜面上。斜筋穿過(guò)橫隔梁和支承墊座的斜孔,用千斤頂進(jìn)行張拉并用螺母錨固在支承墊座上,最后用混凝土將錨頭封閉,見(jiàn)圖3。
3、水平滑塊:由聯(lián)接斜筋和水平筋的活動(dòng)滑塊支承座和固定在梁底的支承鋼墊組成,其構(gòu)造見(jiàn)圖4,其主要功能是通過(guò)滑塊的水平滑動(dòng),以調(diào)整斜筋與水平筋之間的內(nèi)力分配比例,并使表面受力趨于均勻。
二、體外預(yù)應(yīng)力提高荷載等級(jí)計(jì)算:已知的設(shè)計(jì)參數(shù)如下:
1.T梁混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)25Mpa。水平筋極限應(yīng)力計(jì)算時(shí),取,截面強(qiáng)度計(jì)算時(shí)取混凝土抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度,取混凝土極限壓應(yīng)變
2.原T梁配筋參數(shù):其T梁截面配筋見(jiàn)圖5
跨中截面:,
支點(diǎn)截面:,
,,
.原梁斜截面內(nèi)受拉縱向鋼筋的配筋率:
3.體外索配筋參數(shù):
經(jīng)加固設(shè)計(jì)分析,體外索水平筋取為,斜筋取為,均為冷拉Ⅲ級(jí)鋼(單控)。
兩墊板中心之間的水平距離:,上錨固點(diǎn)至墊板中心的水平距離:
,
體外預(yù)應(yīng)力筋至T梁底距離
體外預(yù)應(yīng)力損失:
1)預(yù)應(yīng)力鋼筋與水平滑塊之間的摩擦:因是水平張拉
2)具變形引起的預(yù)應(yīng)力損失:,因是水平張拉,故,查規(guī)范按計(jì),
3)溫差引起的損失:。
、:分別為預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土的線(xiàn)膨脹系數(shù),
,Δt:為年最高溫度與施工時(shí)的溫度差;15°
故:
4)分批張拉引起的混凝土彈性壓縮損失:因單片梁兩根水平鋼筋同時(shí)張拉,使單片梁間的。
5)鋼筋松弛引起的損失:一次張拉
6)混凝土收縮與徐變引起的應(yīng)力損失
因舊橋混凝土的收縮與徐變?cè)陂L(zhǎng)期使用過(guò)程中已基本完成。體外筋加固體系并不會(huì)使橋梁恒載增加許多,且使原梁受壓區(qū)的應(yīng)力明顯減少。因此,即可近似取混凝土收縮、徐變損失。于是,體外筋加固中預(yù)應(yīng)力鋼筋總的應(yīng)力損失為:
預(yù)應(yīng)力水平筋重心到截面上邊緣的距離
無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的有效預(yù)應(yīng)力,滑塊與梁底之間的摩擦系數(shù)(屬于滑動(dòng)摩擦),反映斜筋與水平筋拉力之比的系數(shù),體外斜筋中的有效預(yù)應(yīng)力
1、計(jì)算體外鋼筋的極限應(yīng)力:
由于水平筋和斜筋在材料及其截面面積方面的差別,其有效預(yù)應(yīng)力是不同的,亦即兩者的應(yīng)變量也不同。若以水平筋的應(yīng)變?yōu)闇?zhǔn),將斜筋的應(yīng)變狀態(tài)換算為水平筋的應(yīng)變狀態(tài),并在此情況下求出體外筋的總長(zhǎng)度,即為體外筋的換算長(zhǎng)度。式中分別為體外預(yù)應(yīng)力水平筋和斜筋中由有效預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變。
,則。令:。梁跨中破壞截面的剛度與極限狀態(tài)下梁體各截面平均剛度的比值,體外預(yù)應(yīng)力鋼筋換算長(zhǎng)度與梁的計(jì)算跨徑之,與支承條件有關(guān)的撓度系數(shù)對(duì)于按均布荷載考慮的簡(jiǎn)支梁由彈性變形理論可求出,體外水平筋配筋率,原梁受拉鋼筋配筋率,原梁受壓鋼筋配筋率,參照現(xiàn)行公路橋規(guī)(JTJ023-85)中對(duì)鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算方法,按矩形截面試算:體外水平筋的極限應(yīng)力,Rab’iχ=σAy+AgRg-A’gR’g則,令水平筋極限高度系數(shù)ξy為梁發(fā)生截面破壞時(shí)實(shí)際受壓區(qū)高度χs與體外水平筋重心到梁頂面的距離之比,即,
,再將代入上式,可得,將此式展開(kāi)并經(jīng)整理即得矩形截面體外水平筋極限高度系數(shù),為體外水平筋的極限應(yīng)力增量,其上式中
由圖6中假定當(dāng)最大彎矩截面發(fā)生破壞時(shí),兩個(gè)未破壞的梁段均發(fā)生剛性轉(zhuǎn)動(dòng),即無(wú)撓曲變形的幾何關(guān)系,三角形的相似比可建立如下幾何方程:;:體外預(yù)應(yīng)力鋼筋的總伸長(zhǎng)值。:梁破壞時(shí)的極限撓曲值。:梁發(fā)生截面破壞時(shí)實(shí)際受壓區(qū)高度。由上式得:,根據(jù)總伸長(zhǎng)量即可求出體外預(yù)應(yīng)力鋼筋的極限應(yīng)變?cè)隽?;考慮體外筋中有效預(yù)應(yīng)力的影響后,體外預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)變其中εy為體外預(yù)應(yīng)力水平筋中由有效預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變。由于體外水平筋在梁達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)并不屈服,因此,將上式兩端分別乘以預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性模量,則體外水平筋的極限應(yīng)力可用下式表示:此式第二項(xiàng)即為體外預(yù)應(yīng)力水平筋的極限應(yīng)力增量,又由于與加固梁跨中極限撓度則可導(dǎo)出:將其化簡(jiǎn)后可得一關(guān)于水平筋極限應(yīng)力增量的一元二次方程。即:;式中系數(shù)
解方程::即:;
解出::;則水平筋極限應(yīng)力為:
其體外斜筋極限應(yīng)力公式為:;由于體外斜筋與水平筋配筋面積不同,取大者,;則
2。計(jì)算抗彎強(qiáng)度
由于<
,說(shuō)明中性軸在T梁的頂板內(nèi),即為第一類(lèi)T形。因而按寬度為的矩形截面計(jì)算抗彎強(qiáng)度。在此可忽略受壓區(qū)鋼筋的影響,則由規(guī)范公式計(jì)算中性軸位置:
受拉鋼筋合力作用點(diǎn)到體外索水平筋重心的距離為:
;
再由規(guī)范公式計(jì)算加固體系的抗彎強(qiáng)度:
該梁提高等級(jí)后由汽車(chē)荷載控制設(shè)計(jì),跨中截面的最大計(jì)算彎距;
因此經(jīng)體外筋加固之后,梁的抗彎強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)。
3.計(jì)算抗剪強(qiáng)度
該梁最大支點(diǎn)剪力由掛車(chē)-100控制,其值為;作用在梁端部體外筋中的預(yù)加力應(yīng)作為外力考慮,其豎向分量將抵消一部分外荷剪力。假定在極限狀態(tài)下,體外斜筋中的應(yīng)力為,考慮材料安全系數(shù)后,則其預(yù)剪力的豎向分量為:;
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近年來(lái),改革繼續(xù)以不可逆轉(zhuǎn)之勢(shì)向前推進(jìn)。同時(shí)由于改革尚不到位,某些地方和部門(mén)出現(xiàn)了“公共權(quán)力部門(mén)化、部門(mén)權(quán)力利益化”苗頭,市場(chǎng)對(duì)資源配置的基礎(chǔ)性作用遭遇行政權(quán)力的不當(dāng)干預(yù),致使一些重要領(lǐng)域、關(guān)鍵環(huán)節(jié)改革難度加大。加強(qiáng)改革的“頂層設(shè)計(jì)”,增強(qiáng)改革的科學(xué)性、系統(tǒng)性、協(xié)調(diào)性,著力突破改革瓶頸,既是過(guò)去攻堅(jiān)克難的成功經(jīng)驗(yàn),也是繼續(xù)深化改革的有效方法。
加強(qiáng)“頂層設(shè)計(jì)”,必須在深入實(shí)際調(diào)查研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行,必須同基層干部群眾的實(shí)踐探索相結(jié)合。政策的生命力總是源于實(shí)踐。從安徽小崗村村民探索“大包干”到深刻變革農(nóng)村經(jīng)濟(jì)格局的,從高度集中的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制到充滿(mǎn)活力的社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制,農(nóng)村改革、經(jīng)濟(jì)體制轉(zhuǎn)軌等重大改革之所以取得成功,釋放出巨大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)活力,關(guān)鍵在于改革領(lǐng)導(dǎo)者對(duì)群眾意愿的深度關(guān)切,對(duì)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)律的深刻把握,對(duì)基層探索實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的及時(shí)總結(jié)。尊重群眾首創(chuàng)精神,鼓勵(lì)地方大膽探索,重視基層鮮活實(shí)踐,是確?!绊攲釉O(shè)計(jì)”符合實(shí)際的重要條件,更是推動(dòng)改革不斷深化的智慧之根、活力之源。