桥梁加固工程(桥梁医生海中施妙手——海洋环境下桥梁加固维修关键技术及应用)

Posted 2023-05-30

篇首语：赋料扬雄敌，诗看子建亲。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了桥梁加固工程(桥梁医生海中施妙手——海洋环境下桥梁加固维修关键技术及应用)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

桥梁加固工程(桥梁医生海中施妙手——海洋环境下桥梁加固维修关键技术及应用)

舟山跨海大桥起自舟山鸭蛋山，终至宁波市镇海区，全长48.16公里，于2009年建成通车，它由金塘大桥、西堠门大桥、桃夭门大桥、响礁门大桥、岑港大桥五座跨海大桥及其连接线公路组成，其中西堠门大桥主跨1650米，是世界首座分体式钢箱梁悬索桥，其跨度位居全国第一、世界第二。

舟山跨海大桥处于明显的海洋环境。首先，雨热同期。舟山跨海大桥位于亚热带季风区，夏秋时高温多雨，每年6～8月为梅雨季节，此时高温超过35℃。其次，台风影响频繁。舟山市台风年平均次数达4次以上，其中有较严重影响的台风占34.5%。其三，酸雨腐蚀严重。舟山跨海大桥位于严重的海洋腐蚀环境（C5-M），硫酸型酸雨颇为常见，造成大气中氯离子含量超标。此外，潮汐影响较大。舟山跨海大桥位于东海海域，为规则的半日潮，潮差变化大，潮汐日不等现象显著，落潮历时长，涨潮时间较短。

在海洋环境的影响下，桥梁极易发生索吊结构腐蚀、钢结构腐蚀、混凝土剥落露筋及基础冲刷等病害。为确保桥梁结构安全，延长其使用寿命，需要对存有病害桥梁进行加固维修处理。本文系统总结了十余年来桥梁加固维修的成果，并介绍了与之相关的创新技术。

养护模式创新更高效

要做好桥梁养护，模式创新颇为关键。为实现桥梁全寿命养护，采用由长期“设计+养护项目总承包”，代替“短期养护分项承包”模式，由“养护质量目标绩效管理”，取代“工程量计量支付”的周期性养护模式，从而有效提升高速公路养护管理效率和水平。同时，为提升项目的整体统筹规划和协同运作，合理解决设计与施工的衔接问题，养护EPC模式也应运而生。该模式能够减少采购与施工的中间环节，与传统施工模式相比，其作业效率得以成倍增长。此外，自2017年开始，为统筹施工资源、节约占道时间，养护人员在大流量路段，借鉴“大兵团作战”思想，将分散的作业内容、单一的作业方式和零散的作业时间，集中在相对连续的时间内完成，形成大中修工程一年“最多封一次，最多养一次”的综合集约化施工模式。该模式能够最大程度地发挥养护施工与路网资源效能，以最优的质量、最快的速度、最低的消耗完成养护任务。

图1 EPC大中修施工

高效检测亦是实现桥梁养护目标的一个核心环节。由于桥梁的高墩、高塔难以通达，对其检测一直是行业难题。采用无人机检测技术结合图像信息识别技术进行病害识别能够解决这一行业难题。当实施病害检测时，首先让携带高清摄像头的无人机进行病害普查，对病害进行大致定位；其次，通过改造的无人机，将裂缝标尺粘贴在前期确定的裂缝附近，并拍摄照片；最后，通过病害识别软件，通过像素对比，对病害照片进行分析，确定裂缝长度、宽度、走向等病害基本信息，并自动生成检测报告。2021年5月，相关人员对西堠门大桥和金塘大桥的侧引桥68个桥墩进行检测，历时8天，共发现病害79处，将检测效率提升了一倍。

图2 裂缝宽度识别

图3 裂缝长度识别

下部结构加固突破传统

新增桩基承台施工新方案

桥梁桩基在运营过程中会出现缩颈、混凝土剥落、钢筋外露等病害，而新增桩基承台法则是最有效的加固方法。该方案的荷载分配有三种方式。一是新桩基承担原桩基的全部荷载。该方式导致所需的新桩基尺寸较大，成本较高。二是原桩基继续承担全部荷载，新桩基仅作为安全储备。该方式可能会导致新桩基未完全受力，原桩基易发生破坏的情况，安全性不佳。三是新老桩基共同承担荷载。该方式能够充分发挥新老桩基的承载力，具有良好的经济性和适用性。而传统的方式是在承台浇筑时，在新桩基上部预留槽口，借助承台提供反力实现新桩基反压。该方式的缺点是反压施工后需要补浇槽口混凝土，施工工期长、成本高，而且会产生人为的施工冷缝，将降低施工质量。为解决这一难题，创新性地提出一款新型反压系统进行新老桩基间的荷载传递。该反压系统由反力系统、分配系统、顶升系统组成，其中分配件与新增桩基顶部相连，以实现新桩基的反压；反力件则与原桩基墩柱相连，以实现原桩基的卸载；位于反力件与分配件之间的顶升件，为反压施工提供动力。进行加固时，先实施反压施工，再进行承台的一次性浇筑，以提高施工效率。其中，顶升荷载需根据原桩基的破损情况综合计算确定。同时，分配系统埋置在承台内部用来优化传力、减少配筋。此外，反力系统分为固定段和调节段，其中固定段可以循环使用，从而节约成本。目前，该项技术已在台金高速桥梁桩基加固施工中得以应用，取得了良好的效果。

图4 新增桩基承台加固

图5 独柱墩桥梁加固

独柱墩桥梁加固新思路

受地形、占地面积和景观等因素影响，独柱墩桥梁在城市立交和公路跨线等领域得到普遍应用。然而，随着交通流量、车辆载重不断增大，国内独柱墩桥梁倾覆事故时有发生，给人民群众的生命和财产造成重大风险，交通运输部、浙江省交通运输厅专门部署了公路独柱墩桥梁安全提升专项行动。而匝道桥及高墩桥的施工空间有限、施工环境复杂、安全风险高，因此通过借鉴人类攀岩的方式，研发了钢盖梁自动顶升系统。该系统以四台千斤顶为动力，采用上、下两个抱箍交替爬升，将钢盖梁及施工平台自动提升至墩柱顶部，从而有效解决了外部环境对施工的影响，提高了施工效率，降低了安全风险。

钢管混凝土拱桥加固新技术

钢管混凝土拱桥在设计、施工以及经济性和美观性上都有其独特的优越性,其中吊杆是将桥面系荷载传递至拱肋的关键承重构件。但受限于新建时的技术水平、材料质量、施工质量，以及长期腐蚀环境和车辆荷载等因素的影响，拱桥吊杆极易出现锈蚀病害，危及桥梁结构安全，需要进行更换。施工时，通常采用临时兜吊系统进行新老吊杆间力的传递。传统的临时兜吊系统是在上横梁下方焊接调平块充当调平基础，而在焊接及切割过程中，势必会对原钢管拱肋造成破坏，影响结构受力，施工效率偏低。因此，相关人员对传统施工方式进行改造，选用抱箍式自平衡兜吊系统进行施工，避免了动火作业，实现了拱桥吊杆的无损伤更换。该抱箍式自平衡兜吊系统由调节螺杆、平衡箱、上下抱箍、轴销及螺杆等构成。施工时，通过抱箍与拱肋间的摩擦力提供反力，并通过调节螺栓控制平衡箱，使上部的上横梁保持水平，以保证均匀受力。该抱箍式自平衡兜吊系统为三角形稳定结构，荷载分布均匀，具有较好的安全性和稳定性。在实际应用中，岱山江南大桥应用该技术对吊杆进行了更换，加快了施工进度，对原桥结构亦未造成损伤，且施工成本节省了20%以上。

图6 抱箍式自平衡兜吊系统

图7 系统安装

体外预应力加固再添新手段

随着我国经济的迅速发展，公路桥梁的日均车流量与日俱增，部分桥梁早已超过了设计值，使得承载力不能满足要求，需要进行加固处理。目前，常用的加固方式有体外预应力加固法、粘贴钢板法、增大截面法等。其中体外预应力加固法为效果最好、应用范围最广的加固方式。

响礁门大桥是舟山跨海大桥五座主桥之一，全长941m，于2003年4月建成通车。该桥主桥采用80+150+80m预应力混凝土变高度连续箱梁，按三向预应力设计。2015年在定期检查中发现，该桥中跨跨中合龙段底板出现横向裂缝，少量裂缝在封闭后重新开裂，并伴随有新裂缝的产生。经线形检测发现，该桥主跨跨中在7年内下挠约12cm。为此采用“通长索+中间索”的体外预应力加固法对该桥进行加固。由于施工箱梁洞口距桥头较远，且体外索长度较长，为便于材料运输以及防止体外索破损，搭设起附墙式施工通道，并依托通道设置体外索运输PVC套管，确保体外索不发生破损。同时，为确保张拉力值准确，“锚固端压力环检测+油表辅助监测”的双重方式，有效判断张拉力值变小，以便及时进行补张。其次，与传统的混凝土构件相比，钢制构件具有自重小、施工快、运输方便等优点，因此在施工时全面采用钢制锚固块和钢制转向器。此外，鉴于120cm×180cm的箱梁洞口上方有一根直径80cm的水管，导致施工空间严重受限。通过“外部拆解+人工配合手拉葫芦运输+内部组装”的方式，有效解决了材料设备的运输难题。

图8 钢制锚固块

图9 附墙施工平台

伸缩装置及桥台沉降的快速处置

1.桥梁大位移伸缩装置快速更换。针对高速公路施工不中断交通的要求，在桥梁伸缩装置更换时采用半幅轮替法，即是将整幅伸缩装置分为两部分，先进行超车道部分施工，再开展主车道部分施工，最后将两部分进行焊接。在施工过程中，为避免大型吊装设备的使用以及实现伸缩装置的精准调平，采用由“支架+葫芦+限位装置”组成的吊装及调平设备。施工时，先在伸缩装置两端安装两台设备完成吊装，然后在伸缩四角选用四台设备，利用限位装置实现伸缩装置位置精调，大幅缩短了施工时间，降低作业成本。同时，槽口混凝土的养生时间是制约开放交通的重要因素。为缩短养生时间，对槽口混凝土进行优化改进，使其具有终凝速度快、自密实、微膨胀、弯拉强度大、表面耐磨等特性。对于C60混凝土，在制拌后20min就可初凝，抗压强度在2h即可达到30MPa，即能够实现浇筑后2h开放交通。

图10 伸缩装置更换

图11 夯管锤法

2.桥头跳车非开挖处置。传统的加铺调平方法不仅会造成交通中断、影响环境，而且会导致附加应力增加，引发再次沉降。从长久有效治理上看，加铺调平方法并不能解决在役公路桥头跳车问题。因此，桥头跳车非开挖治理引起了各方的广泛关注。目前，常用的处置方式为倾斜旋喷桩及夯管锤两种方式。侧向旋喷桩法是在原有路堤边坡处侧向钻孔，钻进路堤后沿地基继续钻进至设计标高，利用袖阀管劈裂注浆法，把浆液注入土体裂隙，通过浆脉挤压土体和浆脉的骨架作用，达到加固路基下软土地基的目的。该方法无需开挖地面，不中断交通，能够深入地下作业，综合造价低且加固效果明显。夯管锤法则是用夯管锤将待铺钢管沿着设计路线直接夯入地层，待钢管抵达设计位置后，将管中的土芯排除，从而实现路基减重和承载力提升的目标，减小沉降。从2020年起，对沈海高速温州段部分桥头进行非开挖处置，监测发现，处置后最大变形量及孔隙水压力变化基本平稳，表明桥头的软基基本处于稳定状态，处置效果良好。

图12 倾斜旋喷桩

本文系统介绍了桥梁加固维修的新技术，能够有效提升施工效果，降低施工成本，在一定程度上解决传统加固技术存在的不足，对桥梁加固技术发展具有重要意义。

本文刊载 / 《大桥养护与运营》杂志 2022年第2期总第18期

作者 / 吴中鑫李栋

作者单位 / 浙江交工高等级公路养护有限公司