拱桥加固施工工法
1.前 言
在遭受5.12汶川大地震后，灾区道路桥梁受到程度不同的破坏，有的报废，有的修复加固后仍可继续使用，通过加固修复可节约能源，降低工程造价，缩短工期，减少垃圾保护环境，我公司承建的平武县涪江飞龙桥加固工程，采用新型材料进行了桥梁加固施工技术，对桥主拱圈加大截面，圆满完成了施工任务，得到了灾区相关部门的好评，取得了明显的社会效益和经济效益。为便于推广经研究总结形成该工法。
2.工法特点
2.1 对遭到破坏或承载力不足的拱形桥梁进行补强加固。
2.2 对主拱圈底部增加一层钢筋混凝土，使桥梁恢复到原设计承载能力。
2.3 采用水泥基渗透结晶型防水胶结材料对结构裂缝进行高压灌缝处理，采用结构胶植筋技术和建筑结构加固料进行混凝土施工等方法。
2.4 该技术具有保持桥梁原貌、保证质量、降低工程造价、节能、环保等优点。
2.5 采用的移动贝雷桁架，运输、安拆简单方便、劳动强度低、施工速度快。
3.适用范围
该工法适用于拱形桥梁、建（构）筑物的整体加固补强施工。
4.工艺原理
该工法是在不改变原结构受力特点的情况下进行补强加固，主要是将桥拱和裂缝进行补强灌缝、原混凝土剔毛、桥面开浇灌孔、植筋，绑加固主筋，支底模，浇灌自流平混凝土使其与桥梁形成一体，拆模后与原结构共同实现桥梁的承载力。
5.2 操作要点
5.2.1加固用施工满堂脚手架体搭设与拆除
1、搭设本施工架体的总体设想
该架体只用于桥梁加固施工脚手架体，不用来承担支模，架体搭设高度约18m，无需计算按常规搭设即可。其基础设置在桥墩及河底滩上，经过开挖浇灌混凝土处理后，采用贝雷架作施工架体的搭设平台，在其上搭设施工脚手架。
2、工艺流程
平整开挖河滩→浇灌贝蕾架基础→组装搭设贝雷架支墩→河流中部满搭设贝蕾桁架梁→搭设施工用满堂脚手架体→搭设剪刀撑等构造连接措施→铺施工用脚手架板→挂安全水平网及密目网→检查验收。
3、架体的搭设
1）搭设要求：立杆横、纵间距1.5m，步距1.5m，在搭设满堂脚手架时，其立杆下铺设250mm×50mm的通长木板。
2）杆件：搭设时立杆间距垂直度不应大于架高的1/200，相邻两根立杆的接头应错开500mm，并力求不在同一步上。各杆件相交伸出的端头，均应大于100mm，以防止杆件滑脱。内外立杆加设扫地杆。
3）剪刀撑：剪刀撑与地面夹角为60°，每隔3步5根布设一组剪刀撑，剪刀撑除两端用旋转扣件与脚手架的立杆扣紧外，在其中间应增加2～4个扣节点，搭接长度1m用三个旋转扣件与脚手架的立杆扣紧。
4）脚手板：所有操作层满铺脚手板，侧边铺设一块脚手板作为挡脚板。对接头处铺设的脚手板，其接头下面设两根小横杆。
挂网处理：所有外露面均满挂密目网及苫布封闭，在操作层底部挂大眼水平网。
4、外架拆除
1）外架拆除顺序，应为先搭的后拆，后搭的先拆。
2）根据工程实际情况，如脚手架采取分段式分立面拆除时，不拆除的脚手架两端应先设连结杆及斜向横撑。
3）脚手架拆除应注意成品保护，不得损坏已施工完的包墙面及外窗窗玻璃。
4）各构件必须及时分类放置，扣件装袋传楼层内运出，严禁抛扔，钢管由人工传至地面，不得在外架上集中堆放。
5.2.2 植筋施工
1、施工工艺流程：定位→钻孔→清孔→钢材除锈→锚固胶配制→植筋→固化、保护→检验拉拔试验。
2、施工要点：
1） 定位
按设计要求标示钻孔位置、型号，若孔位碰到基材上已有钢筋，钻孔位置可适当调整。但均应植在箍筋内侧（对梁、柱）或分布筋内侧（对板、剪力墙），且钻孔可尽量靠近欲接长的已有钢筋（力传递效果更好）。
2） 钻孔
a钻孔采用电锤钻成孔，如遇钢筋宜调整孔位避开。
b钻孔孔径d+4~8mm(小直径钢筋取低值，大直径钢筋取高值，d为钢筋、螺栓直径)。
c当基材强度等级不低于C20，对HRB335（Ⅱ级）、HRB400、RRB400（Ⅲ级）级螺纹钢筋，Q235、Q345级螺栓和5.6级螺杆，钻孔孔深15d，单根拉拔试验锚固力一般即大于钢材屈服力值。对无螺纹（即光圆）钢筋或螺杆，钻孔深度宜再增加5d以上。
d实际钻孔深度可参考15d的基准，根据实际所需锚固力大小，并考虑构造长度要求，按照《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2006)计算确定。
3） 清孔
a钻孔完毕，检查孔深、孔径合格后将孔内粉尘用压缩空气吹出，然后用毛刷、棉布将孔壁刷净，再次压缩空气吹孔，应反复进行3~5次，直至孔内无灰尘碎屑，最后用棉布蘸丙酮拭净孔壁，将孔口临时封闭。若有废孔，清净后用植筋胶填实。
b钻孔孔内应保持干燥。
4）钢材除锈
钢材锚固长度范围的铁锈、油污应清除干净（新钢筋、螺栓的青色氧化外皮也应除去），并打磨出金属光泽，采用角磨机和钢丝轮片速度较快。
5） 锚固胶配制
a LYJGN®植筋胶为A、B两组份，配胶宜采用机械搅拌，搅拌器可由电锤和搅拌齿组成，搅拌齿可采用电锤钻头端部焊接十字形Φ14钢筋制成。少量(指0.5kg以内)也可用Φ6、Φ8细钢筋棍人工搅拌。(注意：仅用腻刀拌和，不能保证搅拌均匀)。
b取洁净容器（塑料或金属盆，不得有油污、水等杂质）和称重衡器按配合比混合，并用搅拌器搅拌10分钟左右至A、B组份混合均匀为止。搅拌时最好沿同一方向搅拌,尽量避免混入空气形成气泡。
c胶应现配现用，每次配胶量不宜大于5kg。
6） 植筋
该工程所植结构加固用筋，还用作吊模加固（焊）螺栓两用。
a垂直孔植筋将胶直接流、捣进孔中即可。
b水平孔植筋可用Φ6细钢筋配合托胶板（干净木板）往孔内捣胶，也可让施工人员戴好皮手套，将配好的胶成团塞、捣进孔内。
c倒垂孔植筋请选用高触变型植筋胶，该胶不流淌，可成团塞、捣入孔。
d钢筋、螺栓可采用旋转或手锤击打方式入孔，手锤击打时，一手应扶住钢筋或螺栓，以保证对中并避免回弹。若先将一较短电锤钻头端部焊接6mm厚小铁板，然后将电锤功能调为冲击状态，利用电锤的持续冲击力，可克服植筋胶的阻力，快速无回弹地将钢筋送至孔底。大量或大直径植筋推荐采用此方式。
e锚固胶填充量应保证插入钢筋后周边有少许胶料溢出。
7）固化、保护
a植筋胶有一个固化过程，日平均气温25℃以上12小时内不得扰动钢筋，日平均气。温25℃以下24小时内不得扰动钢筋，若有较大扰动宜重新植。
b LYJGN®植筋胶在常温、低温下均可良好固化，若固化温度25℃左右，2天即可承受设计荷载；若固化温度5℃左右，4天即可承受荷载，且锚固力随时间延长继续增长。
8）检验
植筋后3~4天可随机抽检，检验可用千斤顶、锚具、反力架组成的系统作拉拔试验。一般加载至钢材的设计力值，检测结果直观、可靠。
5.2.3 模板工程
1、情况介绍
模板是施工过程中的临时结构，依靠它控制结构物尺寸的精度，直接影响工程质量、施工进度和工程造价。模板必须具有足够的强度、刚度和稳定性，能可靠地承受施工过程中可能产生的各项荷载。同时模板应便于制作，装拆容易，施工操作方便，保证安全。
2、施工工艺及要点
材料选用→受力分析→焊接吊杆→放样加工模板→模板支设→加固模板→支设浇灌及观察孔模
1）材料选用：模板采用胶合木板加工制作。每片胶合木板尺寸为2.44m×0.6m。用断面为100 mm×50mm的方木作方格骨架，胶合板固定在方格骨架上，方木方格骨架作为模板的肋。模板沿拱跨度方向和横向分块，制作成独立单元块件，安装时拼装成整体拱形模板。模板板面应光滑平整，接缝严密，模板缝隙用泡沫塑料填塞，并注入801胶水，以确保密封可靠，灌注混凝土时不漏浆。
2） 受力分析：
丝杆受力计算：丝杆数量：19×101=1919根
模板重量:(900m2×0.03m+0.1m×0.06m×11m×50)×900kg/m3=27270kg
钢管重量：11m×100×3.5kg/m=3850kg
混凝土重量:90m3×2500kg/m3=225000kg
其它附加荷载:5000kg
每根丝杆承受的重量:(27270+3850+225000+5000)kg/1919=136.07kg
每根丝杆承受拉力的能力由试验确定。丝杆与植筋的焊接试件送试验室作拉力试验，其抗拉强度为：30KN，故满足该方案强度要求。
3）在拱圈植筋上焊接钢制丝杆，丝杆间距600mm。
4）测量放样，根据原有拱的矢跨比（本项目为1/5）放样出截面加大后的拱圈弧度及弧与玄的距离利用螺帽固定。从而确定了自流平混凝土的厚度（具体做法见模板构造详图5.2.3-1）。
模板构造详图5.2.3-1
5）丝杆固定拱腹模板。在拱腹模板的方木肋条上开圆孔，方木肋条两侧布钢管，丝杆穿过圆孔，加蝴蝶扣、螺帽，将钢管连接在丝杆上，以固定拱腹模板。
为了安全在拱下位置丝杆进行加密,间距采用300mm（具体做法见植丝杆详图5.2.3-2）。
植丝杆详图5.2.3-2
6）观察孔及入料孔的设置：
根据拱实际情况设置观察孔及入料孔，每排（纵、横向）观察孔为300×300mm，间距四周边为1m，中间间距为2m设置观察孔和入料孔，自流平混凝土的浇筑情况。考虑到混凝土的整体密实性和模板的密实性观察孔和入料孔设置为同一孔洞。
5.2.4 混凝土灌注工程
1、情况介绍
由于是在原拱腹下面加厚拱圈，若采用一般混凝土，灌注和振捣都很难进行。因而加固拱圈混凝土采用HUAYU-45建筑结构加固料，这是一种流动性很好、不须振捣、强度很高的材料，称之为自流平混凝土。
2、工艺流程及施工要求
浇灌方法的选择→浇灌线路确定→混凝土搅拌及输送设置→各班组分工与配合→浇灌控制要点→养护→拆模→吊杆拆除及处理
1）经研究采用拱下（桥墩两侧斜面）模板上开窗灌注与拱上开孔灌注相结合。施工过程处于可观察、可控制、可连续顺利进行状态。
拱圈混凝土灌注应遵循两侧对称同步进行的原则。工人24小时三班倒，人息机不停、一气呵成、连续灌注的方法。
2）在拱下模板上开窗灌注靠近拱座的倾斜段的混凝土，在原主拱圈顶部开孔灌注拱顶接近水平的段落的混凝土，先拱下灌注、后拱上灌注相结合的方法完成加固拱圈混凝土的灌注。拱腹模板上开窗位置和数量，从减少混凝土流程和加快进度两方面考虑。灌注时，混凝土料斗可安置在桥面上，自流平混凝土通过胶管通向灌注窗口，灌注混凝土。
3）机械设备的设置
在桥面上设置四台滚筒式搅拌机，（桥的左幅和右幅各设置两台，在搅拌机旁设置蓄水池或者蓄水桶）设置专用的下料通道和上下行人通道和足够的照明设施。
4）各班组分工与配合
在出料端和接料端设置接料斗以及施工操作平台。操作人员分为三组：制料班组、运料班组、浇筑班组。
a制料班组：在桥面的人行道上对料进行制作，并负责通过出料斗运至接料斗 (出料斗和接料斗采用特制溜槽连接)。
b运料班组：在施工平台中操作，负责从接料斗处运至浇筑位置。
c浇筑组：在施工平台中操作，负责浇注自流平混凝土并时刻观察混凝土密实程度和模板有无漏浆情况。
5）浇灌控制要点
a必须按照厂方提供的技术要求拌和，特别要注意加水量的控制（12%–14%），以保证混凝土的流动性和强度。加水量的控制根据设计加水量和每罐材料用量，称量出每罐需加水量并用专门的容器进行度量。
b在浇筑过程中派专职的观察员通过预留的观察孔对自流平混凝土的密实程度进行观察。如发现有流动不通或发现密实度不好的地方可以用木制榔头轻击模板。
c当浇筑至桥面预留孔洞时应继续浇筑，待桥面预留孔洞冒浓桨后方可停止浇筑。当浇筑至预留孔洞或观察孔的时候，应采用已经准备好的斜口（下端300×300mm上口310×310mm）模板将孔洞封闭。检查封闭牢固、不漏浆后方可继续浇筑。
d 在混凝土灌注过程中，模板工程必须派专人值班，应备齐工具和维修模板的材料；认真观察模板在施工过程中有无变形、下坠、漏浆现象，发现问题，立即采取措施，对模板进行加固、修补，保证混凝土灌注施工顺利进行。
6）混凝土浇筑完后应连续湿润模板3天以上，随后养护至设计强度。
7）模板的拆除：待模板养护至设计强度的80%时方可脱模。在拆模时按照先支后拆，后支先拆的原则。拆后的模板和材料应及时转运，不得长期堆放在脚手架及施工平台上并且堆放高度不得超过1m。
8）预埋丝杆的处理：拆模后把吊模施工用的预埋丝杆，采用手砂轮切割，切割完后，对丝杆头用5mm细筛对加固料进行筛选筛余的细料按照12%加水的配合比拌制成砂浆对丝杆头进行封堵。
6.材料与设备
6.1 材料
6.1.1混凝土选用HUAYU-45建筑结构加固料，自密型免振混凝土。
6.1.2 钢筋必须符合《钢筋混凝土用钢》（GB1499—2007）的规定，钢筋的规格型号等必须满足设计要求，钢筋出厂合格证、检验报告和力学性能复式检验报告。
6.1.3 所用型钢应附质量证明书，并符合设计文件的要求，如对材质有疑议时，应抽样检查，其结果应符合国家标准的规定和设计文件的要求方可采用。连接材料（焊条、焊丝、焊剂、等强度螺栓、精制螺栓、普通螺栓及铆钉等）均应附有质量证明书，并符合设计文件的要求和国家标准的规定。严禁使用药皮脱落或焊芯生锈的焊条，受潮结块或已烧过的焊剂及锈蚀、碰伤或混批的高强螺栓。
6.2 机械及设备
6.2.1 土方开挖：挖土机、装载机、自卸汽车。
6.2.2 混凝土施工设备：混凝土振动器、混凝土搅拌机、混凝土运输泵。
6.2.3 加固用主要机具：电锤、风镐、空压机、角磨机、搅拌器、衡器.
6.2.4 监测系统：水准仪、经纬仪、测力仪表、对讲机、 播音设备。
6.2.5 其它设备：汽车起重机混凝土切割机、空心压缩机、风锤、电焊机、钢筋切割机、钢筋调直机、钢筋弯曲机、万能杆件、贝雷梁。
7.质量控制
7.1 有关标准、规范(见表7.1)。
7.2 质量保证措施
7.2.1 技术人员认真堪对现场情况，熟悉设计图纸，并认真向施工班组交底。针对每道工序，严格检查监督，认真落实工程“三检制”，与时俱进地做好各种工程材料的填报与签字确认工作。
7.2.2 做好原材料检验，合格方可使用。针对质量通病编制出切实可行的纠正和防治措施。以及各项施工及原始检查记录，及时整理、记录、时归档。
7.2.3 施工过程中，必须严格按照现行钢筋施工工艺标准、混凝土施工工艺标准及钢结构施工工艺标准中质量保证措施执行。
8.安全保证措施
8.1 遵守《施工现场安全技术操作规程》和地方有关施工现场安全生产管理规定。
8.2 认真贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”的方针及国家有关规定、条例，结合工程的具体特点，组织成立以项目经理全面负责、专职安全员、班组长及用电负责人组成的安全生产领导小组，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。确保安全生产目标的实现。
8.3 认真落实安全生产岗位责任制、交底制和奖罚制。每道工序施工前必须逐级进行安全交底，并全面落实。对特殊工种人员，必须持证上岗，对违章作业造成事故的追究当事人直接责任。
8.4 混凝土浇筑施工作业中，要注意观察模板、吊植及支架等有无过大变形或松脱现象，发现问题，应及时处理。
8.5 施工现场的临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》的有关规定执行。使用的手持照明灯应采用36V的安全电压。现场临时用电按规范要求接驳不允许违章用电。为确保安全，在施工现场布置足够的照明灯光，警示标志，围护设施。
8.6 本工程施工在河流上空的高架上作业，对脚手架的稳定性、牢固性应仔细认真检查，确保安全。脚手架四周及脚手架下方均应安装防护网。施工人员必须系安全带，戴安全帽，戴防护手套。避免人员失足坠落受伤，避免坠物伤人，避免加固料对手的腐蚀伤害。在拱腹模板的安装和拆除及运输过程中，应注意安全。
8.7 各类房屋、库房、料场等的消防安全距离做到符合公安部门的规定，室内不堆放易燃品；严格做到不在木工加工场、料库等处吸烟；随时清除现场的易燃杂物；不在有火种的场所或其近旁堆放生产物资。
8.8 氧气瓶与乙炔瓶隔离存放，严格保证氧气瓶不沾染油脂。乙炔发生器有防止回火的安全装置。
8.9 电缆线路应采用“三相五线”接线方式，电气设备和电气线路必须绝缘良好，场内架设的电力线路其悬挂高度和线间距除按安全规定要求进行外，将其布置在专用电杆上。配电设施的金属外壳应有可靠的保护线连接，移动式电动工具及手持电动工具的保护线必须采用铜芯软线，并应采用高灵敏的漏电保护装置。
8.10 施工现场按符合防火、防风、防雷、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善各种安全标识。
9.环保措施
9.1 成立施工环境卫生管理机构，在施工过程中严格遵守国家和地方的有关 法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守防火及废弃物处理的规章制度，做好交通疏导，充分满足便民要求，随时接受相关单位的监督检查。
9.2 将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。
9.3 设立专用排水沟，对施工污水进行有序集中排放，认真做好无害化处理，从根本上防止施工污水污染河流等。
9.4 定期清运施工弃渣及其它工程材料运输过程中的防散落与沿途污染措施，施工污水除按环境卫生指标进行处理达标外，并按当地环保要求的指定地点排放。弃渣及其它工程废弃物按工程建设指定的地点和方案进行合理堆放和处治。
9.5 优先选用环保机械。杜绝混凝土运输车辆遗洒减少环境污染，混凝土运输车辆进出大门时必须清理干净。
10.效益分析
10.1 随着5·12汶川大地震的灾后重建与修复，本工法为避免了该桥梁的拆除，最大限度地保存该桥的特点及历史原貌，为桥梁修复提供了新的方法。
10.2该桥梁加固施工技术将对桥梁的造价降到了最低，施工期最短，恢复通车时间最快，对桥梁本身结构影响较小，对邻近相邻桥段及周围环境无影响。为灾后重建顺利打通了道路，加快了灾区经济建设，为老百姓生活提供了便利的交通。
10.3 桥梁补强加固技术节省能源、成本低、省工省时，据统计，桥梁加固所需费用约为拆除重建费用的30%，还减少拆除引起的环境污染。
10.4 本工法在桥梁加固过程中，采用了贝雷架与普通钢管脚手架系统相结合，大大缩短了施工工期。
11.应用实例
我公司援建的四川平武县飞龙大桥加固改造项目于2009年6月20日开工，2009年12月20日竣工，在2010年元旦顺利通车。该项目投资近1700万元，是我省援建四川平武县110个建设项目之一，也是平武县城灾后重建路网规划的最重要的桥梁。
该平武县飞龙大桥始建于1986年，是一座26孔多跨上承式圬工拱桥，桥梁横跨涪江两岸，全长487米，是平武县城区唯一一座可供机动车通行的桥梁，也是平武县城出入绵阳及九寨沟的重要交通节点。在 5·12汶川地震中，大桥桥梁损坏严重，不能正常使用，需维修加固后才能投入使用。
现经加固补强后，已使用半年多来未发现任何质量问题，证明加固后的承重性、稳定性良好，工程加固非常成功。
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