蒙渡桥加固拱架计算方案

蒙渡桥加固专项施工方案

一、工程概况

蒙渡桥位于G210崇溪河至桐梓段K2042+400处，桥型结构为1-55m圆弧形石拱桥，桥梁全长87.95m，主跨跨径为55m，矢跨比1/6，净矢高9.285m，主拱圈厚1.4m，宽7.0m，拱圈布置有4四横墙，横墙厚0.4m，宽7.0m，拱圈上对称布置6道半径为1.75m的石拱腹拱，腹孔为1/2圆孔，腹拱圈厚为0.4m，宽7.0m。

由于桥下为松坎河，重庆岸河水较深，施工临时支墩较为困难，故本方案考虑在拱跨中靠近桐梓岸侧布置一个临时墩，临时墩采用2φ63cm钢管+钢管混凝土基础，拱架采用2-24m贝雷支架，贝雷拱架顶面铺设I20b工字钢，搭设钢管支架作底模平台，浇筑套拱混凝土，考虑一次性浇筑成型。

蒙渡桥整体照                             主拱圈  

                腹拱                                    桥面及护栏

二、桥梁加固依据

（1）《公路桥梁加固施工技术规范》(JTG/TJ23-2008)

（2）《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000）

三、工期安排

总工期：106天，力争提前完成。

计划开工日期：2014年12月15日

计划完工日期：2015年3月31日。

四、主要加固方法

4.1 圬工块石裂缝或砌缝开裂直接封闭

对于宽度小于2mm的圬工块石裂缝和开裂的砌缝，采用M10砂浆直接封闭的方法。

施工工艺流程：裂缝检查及标注→裂缝表面处理→涂抹M10砂浆封闭裂缝

工艺及要点：

1、裂缝的检查及标注

参照桥梁检测报告中对裂缝分布的描述，在现场核实裂缝数量、长度及宽度，并在石拱桥上进行标注，据此进行修补胶的具体计算和安排。

2、裂缝表面处理

沿裂缝将两边3〜5cm范围内的灰尘、浮浆用砂轮机打磨干净，然后擦洗干净，清除裂缝周围的灰尘、油污。

3、裂缝表面涂抹砂浆封闭

在裂缝两边3〜5cm范围内，用毛刷、灰刀刮压M10砂浆，对裂缝进行封闭。

4.2 圬工块石裂缝或砌缝开裂压力灌浆

对于宽度大于2mm的圬工块石裂缝和开裂的砌缝，采用压力灌注裂缝修补胶的方法，将裂缝修补胶压注入结构物内部裂缝中去，以达到封闭裂缝，恢复并提高结构强度、耐久性和抗渗性的目的，使混凝土构件恢复整体性。

流程：

裂缝检查及标注→清缝及裂缝表面处理→粘贴灌浆嘴及裂缝表面封闭→压气实验→灌注混凝土裂缝修补胶→灌注完毕待灌浆胶固化后拆除灌浆嘴→涂抹刮压裂缝修补胶封闭

工艺及要点：

1、裂缝的检查及标注

参照桥梁检测报告中对裂缝分布的描述，在现场核实裂缝数量、长度及宽度，并在梁上进行标注，据此进行修补胶、埋嘴等方面的具体计算和安排。

2、钻孔

在裂缝表面进行骑缝钻孔，以此作为灌浆导向孔。沿裂缝走向钻孔，孔深5厘米，孔径8毫米，凡裂缝交叉处均应在交叉地方钻孔。

3、清孔及裂缝表面处理

所有孔眼必须用高压空气吹洗干净，使其不让灰渣阻塞，之后沿裂缝从上而下将两边3〜5cm范围内的灰尘、浮浆清理干净，将构件表面整平，凿除突出部分，然后擦洗干净，清除裂缝周围的油污，清洗时注意不要将裂缝堵塞。

4、粘贴灌浆嘴及裂缝表面封闭

（1）粘贴灌浆嘴底盘的铁锈必须除净，并擦洗干净，然后将修补胶均匀涂抹在底盘周围，厚度1〜2毫米，与孔眼对准粘贴在裂缝上。灌注嘴的间距根据缝长及裂缝的宽窄以30厘米为宜，一般宽缝可稀，窄缝宜密，每一道裂缝至少必须各有一个进浆孔和排气孔。

注意，灌浆孔眼必须对中保证导流通畅，灌浆嘴应粘贴牢靠，四周抹成鱼脊形进行封闭。

（2）裂缝表面封闭

为使混凝土裂隙完全充满液浆，并保持压力，同时又保证液浆不大量外渗，沿裂缝两边3〜5cm范围内用灰刀压抹裂缝修补胶进行封闭。

5、压气实验

封闭带硬化后，需进行压气试验，以检查封闭带是否严封，压缩气体通过灌浆嘴，气压控制在0.2〜0.4MPa，此时，在封闭带上及灌浆嘴周围可涂上肥皂水，如发现通气后封闭带上有泡沬出现，说明该部位漏气，对漏气部位可再次封闭。

试气对于竖向缝可从下向上，水平缝由低端往高端进行。

6、灌浆操作

（1）灌注裂缝采用空气泵压注法，压浆罐与灌浆嘴用聚氯乙烯高压透明管相连接，连接要严密，不能漏气。

（2)在灌浆过程中应注意控制压力，裂缝宽度较大时，如果进浆通畅时，压力宜控制在0.2MPa，如果裂缝进浆不畅，可把泵压控制在0.4MPa。

（3）灌注次序：对于水平裂缝，宜由低端逐渐向高端压注；对于竖向裂缝由下向上逐渐压注；从一端开始压浆后，另一端的灌浆嘴在排出裂缝内的气体后喷出液浆与压入的浆液浓度相同时，可停止压浆，在保持压力下封堵灌注嘴。

贯通缝如果当面灌后另一面未见出浆，可在另一面压灌一次，对于未贯通缝必须见到邻近嘴子喷浆。

（4）其他工作

对于已灌完的裂缝，待浆液固化后将灌浆嘴一一拆除，并将粘贴灌浆嘴处用裂缝修补胶抹平，最后对每一道裂缝表面再涂一层环氧砂浆，确保封闭严密，并使其颜色与原结构表面尽量保持一致；灌浆工作完毕后，用压缩空气将压浆罐和注浆罐和注浆管中残液吹净，并吹洗管路及工具，以备下次使用。

4.3 新增拱圈加厚层及拱肋施工

1、支架搭设

由于增加的拱圈套拱厚度仅为30cm，本方案考虑采用架设两跨贝雷梁作为施工拱架，拱架在拱圈下设置临时墩作为支架支承点，临时墩采用土筑围堰进行施工，由于受到施工空间，支架无法预压。在进行支架搭设前，应对支架基础进行加固处理以消除沉降，并增大支架刚度以减小变形量，使其满足设计要求。

2、主拱圈表面凿毛

主拱圈凿毛应使之表面粗糙，以达到增强与加固层粘结的目的。

3、植筋

严格按照本说明后续规定在拱圈底面种植钢筋。

4、布置纵、横向钢筋施工工艺

（1）纵向钢筋、横向钢筋与种植钢筋交接处一律采用点焊，而其他纵、横向钢筋交接处均采用绑扎处理；

（2）纵向钢筋应提前预埋入新增拱圈拱座中；

（3）钢筋的接长、绑扎、焊接均应满足有关规范要求。

5、现浇混凝土加固层及拱肋施工工艺

（1）混凝土浇注顺序

加固层混凝土浇注釆用从两拱脚往拱顶方向对称施工的方式进行，浇注分节段进行，节段长度的划分考虑施工队材料准备情况、工期要求、外加剂掺量、脱模时间等因素现场确定。

（3）浇注方法

拱顶区段以外的加固层浇注方法是利用主拱圈纵向弧度，依靠现浇混凝土的自重从拱脚往拱顶方向逐段施工；而对于拱顶段的拱腹现浇层，由于纵向弧度小，则采用分条幅的方式进行施工：先浇注中轴线位置的条幅，再浇注两侧条幅。

（3）外加剂的应用

由于旧桥加固工期要求较短，后期施工需要前期施工结构尽快达到强度己便参与受力，故现浇混凝土可以根据现场条件和施工需要在满足规范和其它各项要求的前提下掺入适量的早强剂、膨胀剂、减水剂，以利于加固工程快速、安全、顺利的进行。

4.4 植钢筋

1、定位

按设计要求标出植筋钻孔位置、型号，钻孔位置应避开砌缝位置，植筋孔在砌石上距边缘距离不得小于5cm;根据现场情况可对钻孔位置作适当调整，但调整范围不得超过土5cm。

2、钻孔

钻孔深度与锚筋埋设深度相同，钻孔直径应满足《公路桥梁加固施工技术规范》（JTG/TJ23-2008)表A.2.1-1的要求，孔道应顺直。

3、清孔

孔道先用硬毛刷往返旋转清刷，再以高压干燥空气吹去孔底灰尘、碎片和水分，并釆用丙酮或工业酒精擦拭孔壁及孔底，孔内应保持干燥。

4、注胶

采用专用灌注器或注射器将植筋用胶黏剂由孔底灌注至孔深2/3处，并保证在植入钢筋后有少许胶黏剂溢出。

5、植筋

钢筋植入前应对要植入钢筋上的锈迹、油污进行除锈和清理，注入胶黏剂后应立即单向旋转插入钢筋，直至达到设计深度，并保证植入钢筋与空壁间的间隙基本均匀，校正钢筋的位置和垂直度，孔口多余的胶黏剂应清除。

6、静置固化

胶黏剂完全固化前，不得触动或振动己植钢筋，以免影响其黏结性能，且孔位附近不应有明

7、施工注意事项

1}植筋钻完孔后，应立即清理干净，并予以植埋，避免成片植筋孔长时间空待。

2)    对施工的废孔，应采用聚合物水泥砂浆或锚固用胶黏剂进行填实，必要时应插入钢筋。

3)    施工场所应保持良好的通风，施工操作人员宜戴上防护面罩及防护手套。

4)    对植筋的焊接施工应釆取以下措施：

a、植筋的焊点离胶面距离不小于10cm，当植筋构造尺寸不满足10cm要求时，采用绑扎替代焊接；

b、采取降温措施，如焊接施工时用冰水浸透棉纱布包裹植筋胶面根部钢筋；

c、严禁对一根植筋连续焊接，应采用循环焊接施工的方法，即对一批焊接钢筋逐点、逐根焊接。

五、加固施工工序

从跨中向拱脚对称、逐步拆除栏杆及桥面铺装→搭设支架，对拱圈裂缝、腹拱裂缝进行灌浆处理→制作、安装拱圈套拱钢筋→安装拱圈套拱模板→从拱脚至跨中对称、逐步浇筑套拱混凝土→按从两侧向跨中的顺序对称、逐步施工桥面铺装、栏杆→拆除支架、清理建筑垃圾，完成桥梁加固施工。桥梁加固过程中，设固定观测点对拱圈线形进行临控，如有异常情况，及时向业主、设计及监理工程师汇报，及时进行处理。

六、拱架结构分析

6.1 荷载分析

1、模板、支架自重：

套拱底模采用木模施工，每平方按78.5kg考虑，本方案中建立套拱底模计算自重，故不作为荷载单独进行加载。

2、套拱混凝土重

拱架跨度为2-24m，根据拱桥的半径及拱矢高进行计算，作用在拱架范围内的套拱弧长为50.6m，按此弧长进行均布荷载： 

。

3、施工人员和施工材料、机具等行走运输或堆放的荷载：。

4、振捣混凝土产生的荷载：。 

强度验算荷载组合：1+2+3+4，刚度验算荷载组合：1+2

6.2 拱架建模

蒙渡桥套拱加固拱架模型建立如下： 

图1：拱架模型三维图

图2：拱架模型立面图（桥纵向）

图3：拱架模型侧面图（桥横向）

6.3 荷载加载

1、自重（含模板重）

2、现浇混凝土荷载（单位：KN/m2）

立面图（桥纵向）

3、施工人员和施工材料、机具等行走运输或堆放的荷载（单位：KN/m2）

立面图

4、振捣荷载（单位：KN/m2）

立面图

6.4 满堂支架钢管强度、稳定性验算 

    在新浇套拱混凝土、人员及机具荷载及混凝土振捣荷载的作用下，满堂钢管的轴向应力图如下所示：

满堂支架钢管承受的最大拉应力为51.9Mpa，最大压应力为57.0Mpa，钢管的最大自由长度为1.2m，

杆件所受最大拉应力为51.9Mpa，最大容许拉应力值，最大拉应力值满足要求。

最大压应力为57.0Mpa，立杆的最大自由长度，,立杆采用,钢管断面面积，钢管回转半径，杆件长细比，，则，满足强度及压杆稳定要求。

6.5 主梁顶分配梁强度计算

1、正应力验算

分配梁采用I20b工字钢，材质为Q235钢材，所受最大弯曲应力为，钢，最大容许弯曲应力，抗弯强度满足要求。

2、剪应力验算

I20b工字钢分配梁所受最大剪应力为，钢，最大容许正应力，抗剪强度满足要求。

6.6 贝雷主梁强度计算

1、弦杆轴向应力

贝雷主梁弦杆所受最大轴向压应力为，弦杆材料材质为16Mn钢，弦杆压杆稳折减系数为0.8，则最大容许压应力,最大压应力值满足要求。

贝雷主梁弦杆所受最大组合拉应力为，弦杆最大容许拉应力值，最大拉应力值满足要求。

2、弦杆弯曲应力

贝雷主梁弦杆所受最大弯曲应力为，弦杆材料材质为16Mn钢，则最大容许弯曲应力，抗弯强度满足要求。

3、弦杆剪应力

贝雷主梁弦杆所受最大剪应力为，弦杆材料材质为16Mn钢，则最大容许剪应力，弦杆抗剪强度满足要求。

4、腹杆、斜杆轴向应力

贝雷主梁腹杆、斜杆所受最大压应力为，弦杆材料材质为16Mn，则最大容许压应力，最大压应力值满足要求。

贝雷主梁弦杆所受最大拉应力为，弦杆最大容许拉应力值，最大拉应力值满足要求。

5、腹杆、斜杆弯曲应力

贝雷主梁腹杆、斜杆所受最大弯曲应力为，弦杆材料材质为16Mn钢，则最大容许弯曲应力，抗弯强度满足要求。

6、腹杆、斜杆剪应力

贝雷主梁腹杆、斜杆所受最大剪应力为，弦杆材料材质为16Mn钢，则最大容许剪应力，抗剪强度满足要求。

6.7 钢管桩顶分配梁强度计算

1、正应力验算

分配梁采用I40b工字钢箱，材质为Q235钢材，所受最大弯曲应力为，钢，最大容许弯曲应力，抗弯强度满足要求。

2、剪应力验算

I40b工字钢箱分配梁所受最大剪应力为，钢，最大容许正应力，抗剪强度满足要求。

6.8 钢管桩强度计算

中间支墩采用φ630×15mm钢管桩，钢管桩最高高度按为1.5m米考虑，钢管桩轴向应力图如下所示：

钢管桩轴向应力图

最大自由长度，,杆件的回转半径，杆件长细比，，则，满足强度及压杆稳定要求。

6.9 支点反力计算

各支点反力图

根据以上计算结果，最大支点反力出现在中间支墩处的钢管底，反力值为1738.2KN。

五、纵向主梁刚度计算

贝雷梁最大弹性挠度为，发生贝雷梁跨中位置。而贝雷主梁为贝雷梁组拼而成，销孔与销子之间存在间隙，也就是存在非弹性变形，非弹性挠度，贝雷梁最大挠度。根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）5.2.7-3规定，支架受载后挠曲的杆件，其弹性挠度为相应结构计算跨度的1/400，以上计算得最大挠度为61.4mm〉6000/400=60mm，经过计算，最大挠度大于容许挠度（61.4/60-1*100%=2.3%，可以认为最大挠满足刚度变形的要求。

6.10 基础计算

拱架基础采用C25混凝土浇筑而成，基础尺寸为6.0*1.5*1.5m，基础所受最大荷载为1738.2*2=3476.4KN，基础自重为6.0*1.5*1.5*26=351.0KN，则基础对基底承载力的要求为，要求基底承载力不小于500Kpa。

6.11 结论

根据以上计算，拱架满足受力及变形要求，由于贝雷梁最大跨度为24m，导致贝雷梁拼装过程中的非弹性变形较大，但经过分析，变形值能满足使用要求，不影响拱架安全，非弹性变形可在拱架拼装时通过设置预拱度予以消除。

综上所述，拱架满足强度及刚度要求。