一种双曲拱桥钢管套拱加固方法 |
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| 申请号 | CN202311521530.6 | 申请日 | 2023-11-15 | 公开(公告)号 | CN117702643A | 公开(公告)日 | 2024-03-15 |
| 申请人 | 湖北省交通规划设计院股份有限公司; | 发明人 | 杨祖涛; 霍闻见; 王亮; 许亮; 杨荣好; 郑铭; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种双曲拱桥 钢 管套拱加固方法，包括：主拱圈构造尺寸复核，分节预制螺旋钢管、 法兰 盘；主拱圈常规病害处治；根据主筋 位置 确定植筋孔位并完成植筋，浇筑拱脚加强段，预埋法兰盘钢板及连接 螺栓 ；根据主筋位置确定植筋孔位并完成植筋，将新设置箍筋与原横隔梁箍筋 焊接 并立模浇筑 混凝土 ，预埋法兰盘钢板及连接螺栓，将横隔梁改为横隔板；主拱圈植筋，焊接并绑扎 钢筋 骨架，于所述主拱圈内部架设、拼接螺旋钢管；搭模浇铸。通过植筋连接形成整体，螺旋钢管与新混凝土之间通过栓钉连接形成整体，保证了新老结构协同受 力 ，增强了双曲拱桥整体性，内部设置螺旋钢管，降低了混凝土材料的消耗，螺旋钢管作为受力构件也可承担部分施工荷载。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种双曲拱桥钢管套拱加固方法，其特征在于，包括如下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种双曲拱桥钢管套拱加固方法技术领域背景技术[0002] 双曲拱桥由于其曲线圆润的美感、施工简便、取材方便等优点，在中国的桥梁建造上历史悠久。然而，随着我国社会经济不断的发展，交通量的急剧增长，使得在役双曲拱桥大比例出现病害，大量在役双曲拱桥需要进行加固和改造，以满足公路运输功能的需要。采取合理的加固处理方式，既能提高公路的通行能力，又能延长其使用寿命，节省大量资金投入，实现双曲拱桥的可持续性发展。 [0003] 目前双曲拱桥常规加固方法主要包括粘贴钢板加固拱肋、粘贴钢筋加固拱肋、增大拱肋截面、螺栓钢板结合加固拱肋、增设拱肋、增加横系梁、调整拱上自重改变结构体系、体外预应力加固、顶推加固法等。公开号为CN109137762B的中国专利公开了一种波形拱板双曲拱桥加固方法，包括如下步骤：(1)拆除桥面的护栏、人行道板以及桥面铺装；(2)挖除主拱圈实腹段的主拱圈上方及主拱圈空腹段的腹拱圈上方的填料，对主拱圈裂缝进行封闭处理；(3)在主拱圈拱肋侧面及底面浇筑主拱圈拱肋加固层，在拱板上浇筑主拱圈拱板加固层，使得主拱圈拱肋上方的拱板加固层下表面与拱板上表面之间形成空腔，且主拱圈拱板加固层在沿拱桥长度方向贯通，主拱圈拱板加固层两端分别连接于拱桥两端的边拱肋上；(4)主拱圈拱板加固层强度达到设计强度后，在腹拱圈侧面及拱腹浇筑腹拱圈加固层；(5)在主拱圈实腹段的主拱圈拱板加固层上方及主拱圈空腹段的腹拱圈上方填充轻质填料； (6)铺设桥面的护栏、人行道板以及桥面铺装。公开号为CN109137762B的中国专利减小了原结构恒载作用下的应力水平，使得加固层分担的荷载更大，充分发挥了加固层的承载能力。 [0004] 但是，该加固方法在主拱圈上方设置加固层，并在加固层中与拱板之间的空腔内填充材料，虽然对主拱圈进行了加固处理，在主拱圈上方填充过多的材料也很大程度的增加了主拱圈的负荷，在桥梁加固填料未完全晾干的情况下，会对双曲拱桥负载能力产生较大的影响。因此，急需一种双曲拱桥的加固方法，在对双曲拱桥部件进行加固的同时，不影响双曲拱桥其他部件的功能以及桥梁本身的设计参数。 发明内容[0005] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种双曲拱桥钢管套拱加固方法，在新、老混凝土之间，通过植筋连接形成整体，螺旋钢管与新混凝土之间通过栓钉连接形成整体，先在主拱圈内部增设螺旋钢管，然后于螺旋钢管与主拱圈之间的空腔浇筑混凝土，新增截面均位于主拱圈内部空腔。在不改变桥下净空及过水断面的条件下，恢复并提升双曲拱桥承载力。 [0006] 为实现上述目的，本发明提供一种双曲拱桥钢管套拱加固方法，包括如下步骤： [0007] S100、对待加固双曲拱桥主拱圈的构造尺寸进行复核，根据复核结果分节预制螺旋钢管以及法兰盘； [0008] S200、确定所述主拱圈的常规病害，并对主拱圈进行裂缝修补、表面缺陷修补、钢筋除锈防腐等常规处治； [0009] S300、探查所述主拱圈的拱脚的主筋位置，根据主筋位置确定植筋孔位并完成植筋，对拱脚加强段立模浇筑混凝土，并将法兰盘及连接螺栓预埋到拱脚的浇筑位置； [0010] S400、凿除横隔梁的混凝土保护层探明横隔梁处拱肋的主筋位置，根据主筋位置确定植筋孔位并完成植筋，将新设置箍筋与原横隔梁箍筋焊接并立模浇筑混凝土，同时将法兰盘及连接螺栓预埋到横隔梁的浇筑位置，将横隔梁改为横隔板； [0011] S500、通过高频电磁波在混凝土中的传播特性在主拱圈上探测主筋的位置，并标记植筋孔位进行钻孔，植筋孔位呈梅花形布置，在植筋孔位上完成植筋，焊接并绑扎钢筋骨架，于所述主拱圈内部架设、拼接螺旋钢管； [0012] S600、搭建模板，于螺旋钢管与主拱圈之间的空腔内浇筑自密实微膨胀混凝土。 [0013] 进一步地，所述步骤S100具体包括如下步骤： [0014] S101、对主拱圈进行实地勘查，确定其结构形式、材料类型、施工工艺情况； [0015] S102、使用测量仪器对主拱圈的跨度、矢高、拱宽关键尺寸进行测量，确保测量精度符合规范要求； [0016] S103、对测量数据进行整理、分析，根据复核结果，编写主拱圈尺寸复核报告，详细记录复核过程、数据分析、问题处理情况 [0018] S105、沿主拱圈的拱轴线，于横隔梁处将螺旋钢管划分为多段，每段螺旋钢管两端焊接法兰盘，每段螺旋钢管再划分为最少三节，每节螺旋钢管外表面焊接栓钉，所述栓钉沿拱轴线方向标准间距为二十厘米，靠近拱脚处栓钉间距为十厘米； [0019] S106、在工厂中完成每节螺旋钢管预制、栓钉的焊接及法兰盘的焊接。 [0020] 进一步地，所述步骤S300具体包括如下步骤： [0021] S301、对拱脚基础进行包括清理基础表面、处理基础缺陷、确保基础平整的基础清洁处理，并使用通过高频电磁波在混凝土中的传播特性在主拱圈上探测主筋的位置； [0022] S302、根据主筋的位置呈梅花形标记植筋孔位的位置，并按植筋孔位进行钻孔，将植筋孔清理干净并保持钻孔清洁，且将孔内环境清理到干燥水平； [0023] S303、在孔中注入植筋胶且注意填满整个植筋孔，并确保植筋胶均匀分布，将达到质量要求的钢筋插入孔内，旋转或敲击使其深入孔底并确保钢筋与植筋胶紧密粘结，待植筋胶养生完成； [0024] S304、在拱脚上搭建钢筋骨架，其中植筋末端弯折与最外层钢筋网采用焊接连接，确保钢筋的规格、布置和连接符合结构设计要求； [0025] S305、在钢筋骨架的基础上，安装拱脚加强段的模板，并进行混凝土的浇筑，同时预埋法兰盘与连接螺栓，浇筑过程中，要控制混凝土的均匀性和密实性，避免出现空鼓、裂缝等缺陷，混凝土养生完成达到设计强度，拆除模板，拱脚加强段施工完成。 [0026] 进一步地，所述步骤S400具体包括如下步骤： [0027] S401、凿除横隔梁的混凝土保护层，使钢筋裸露，使用通过高频电磁波在混凝土中的传播特性在横隔梁处的拱肋上探测主筋的位置； [0028] S402、根据主筋的位置标记植筋孔位的位置，并按植筋孔位进行钻孔，将植筋孔清理干净并保持钻孔清洁，且将孔内环境清理到干燥水平； [0029] S403、在孔中注入植筋胶且注意填满整个植筋孔，并确保植筋胶均匀分布，将达到质量要求的钢筋插入孔内，旋转或敲击使其深入孔底并确保钢筋与植筋胶紧密粘结，待植筋胶养生完成； [0030] S404、在横隔梁上搭建钢筋骨架，其中植筋末端弯折与最外层钢筋网采用焊接连接，并新设置箍筋与横隔梁上原来的箍筋焊接，确保钢筋的规格、布置和连接符合结构设计要求； [0031] S405、在钢筋骨架的基础上，安装横隔梁的模板，并进行混凝土的浇筑，同时预埋法兰盘与连接螺栓，浇筑过程中，要控制混凝土的均匀性和密实性，避免出现空鼓、裂缝等缺陷，混凝土养生完成达到设计强度，拆除模板，横隔梁改造为横隔板。 [0032] 进一步地，所述步骤S500具体包括如下步骤： [0033] S501、采用S300中的步骤完成主拱圈上的植筋，于植筋处焊接绑扎钢筋骨架； [0034] S502、通过预埋在拱脚处的法兰盘和连接螺栓，拼接拱脚处的一节螺旋钢管； [0035] S503、通过预埋在横隔板处的法兰盘和连接螺栓，拼接横隔板处左右两节螺旋钢管； [0036] S504、剩余每小节螺旋钢管之间通过焊接连接。 [0037] 进一步地，所述步骤S600中的于螺旋钢管与主拱圈之间的空腔内浇筑自密实微膨胀混凝土需要自拱脚开始向上对称均衡浇筑。 [0038] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果： [0039] 1.本发明的双曲拱桥钢管套拱加固方法，先在主拱圈内部增设螺旋钢管，然后于螺旋钢管与主拱圈之间的空腔浇筑混凝土，将双曲拱肋连成整体，形成闭合箱型截面，大幅度提高了双曲拱桥的整体性同时，且适用于不同跨径及布置形式的双曲拱桥维修加固。 [0040] 2.本发明的双曲拱桥钢管套拱加固方法，加固方法新、老混凝土之间，通过植筋连接形成整体，螺旋钢管与新混凝土之间通过栓钉连接形成整体，保证了新老结构协同受力，增强了双曲拱桥整体性，内部设置螺旋钢管，降低了混凝土材料的消耗，螺旋钢管作为受力构件也可承担部分施工荷载。 [0041] 3.本发明的双曲拱桥钢管套拱加固方法，先在主拱圈内部增设螺旋钢管，然后于螺旋钢管与主拱圈之间的空腔浇筑混凝土，新增截面均位于主拱圈内部空腔，因此能够保证维修加固不改变桥下净空及过水断面。 [0042] 4.本发明的双曲拱桥钢管套拱加固方法，实现双曲拱桥钢管套拱加固不改变桥下净空及过水断面的条件下解决双曲拱桥承载力不足的技术难题，合理延长双曲拱桥使用寿命，这对保证桥梁运营安全、路网畅通、进而助力经济发展具有重要意义，且带来显著的社会效益。附图说明 [0044] 图2为加固前双曲拱桥立面示意图； [0045] 图3为加固前双曲拱桥横截面示意图； [0046] 图4为加固后双曲拱桥立面示意图； [0047] 图5为加固后双曲拱桥横截面示意图； [0048] 图6为螺旋钢管拱脚处连接示意图； [0049] 图7为螺旋钢管横隔梁处连接示意图； [0050] 图8为本发明实施例一种双曲拱桥钢管套拱加固方法的步骤示意图； [0051] 图9为本发明实施例一种双曲拱桥钢管套拱加固方法的步骤S100具体步骤示意图； [0052] 图10为本发明实施例一种双曲拱桥钢管套拱加固方法的步骤S300具体步骤示意图； [0053] 图11为本发明实施例一种双曲拱桥钢管套拱加固方法的步骤S400具体步骤示意图； [0054] 图12为本发明实施例一种双曲拱桥钢管套拱加固方法的步骤S500具体步骤示意图。 [0055] 在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1‑主拱圈、11‑拱肋、12‑横隔梁、13‑拱波、14‑拱板、2‑拱脚、3‑螺旋钢管、4‑栓钉、5‑法兰盘、6‑横隔板、7‑连接螺栓、8‑自密实微膨胀混凝土。 具体实施方式[0056] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 [0057] 如图1所示，本发明实施例提供一种双曲拱桥钢管套拱加固方法，其工序具体包括主拱圈尺寸复核、常规病害处治、浇筑拱脚加强段、横隔梁改造、主拱圈植筋以及搭模浇铸。该加固方法在主拱圈内部增设螺旋钢管，然后于螺旋钢管与主拱圈之间的空腔浇筑混凝土，将双曲拱肋连成整体，形成闭合箱型截面，大幅度提高了双曲拱桥的整体性同时，降低了混凝土材料的消耗，螺旋钢管作为受力构件也可承担部分施工荷载，且适用于不同跨径及布置形式的双曲拱桥维修加固；新增截面均位于主拱圈内部空腔，保证维修加固不改变桥下净空及过水断面；且通过植筋连接形成整体，螺旋钢管与新混凝土之间通过栓钉连接形成整体，保证了新老结构协同受力，增强了双曲拱桥整体性。 [0058] 其中，所述主拱圈尺寸复核步骤包括对待加固双曲拱桥主拱圈1的构造尺寸进行复核，所述主拱圈1包括拱肋11、横隔梁12、拱波13以及拱板14，所述构造尺寸包括各组成构件的大小尺寸、主拱圈1的拱轴线线形及横隔梁4的布置间距；同时，根据复核后的主拱圈1的构造尺寸选定加固所用的螺旋钢管3、法兰盘5的直径、长度、厚度以及数量；沿主拱圈1的拱轴线，于横隔梁12处将螺旋钢管3划分为多段，每段螺旋钢管两端焊接法兰盘5，每段螺旋钢管再划分为最少三节，每节螺旋钢管3外表面焊接栓钉4，所述栓钉4沿拱轴线方向标准间距为二十厘米，靠近拱脚2处栓钉间距为十厘米；并在工厂中完成每节螺旋钢管3预制、栓钉4的焊接及法兰盘5的焊接。 [0059] 所述常规病害处治步骤包括确定所述主拱圈1的常规病害并进行处治，包括主拱圈1裂缝修补、表面缺陷修补以及钢筋除锈防腐。所述裂缝修补为将包括裂缝注射胶和裂缝修补胶在内的修补材料填充到缝隙中，所述表面缺陷修补为对缺陷部位进行清理和凿毛处理后涂抹上水泥砂浆或环氧胶泥等修补材料，再进行养护。 [0060] 所述浇筑拱脚加强段步骤包括对所述主拱圈1起支撑作用的拱脚2进行清理，在探明拱脚基座主筋位置后，标记植筋孔位后钻孔，钻孔呈梅花形布置；植筋完成后，绑扎钢筋骨架，其中植筋末端弯折与最外层钢筋网采用焊接连接；立模浇筑混凝土，待混凝土养生完成达到设计强度，完成所述拱脚2加强段施工。并且，在立模浇筑混凝土的同时，将法兰盘5及连接螺栓7预埋到拱脚加强段的浇筑位置。 [0061] 所述横隔梁改造步骤包括凿除横隔梁12的混凝土保护层，露出钢筋；探明横隔梁12处拱肋11的主筋位置，在拱肋11上标记植筋孔后进行钻孔；植筋完成后，绑扎钢筋骨架，新设置箍筋与原横隔梁12箍筋焊接；立模浇筑混凝土，预埋法兰盘5及连接螺栓7，待混凝土养生完成达到设计强度，横隔梁12改造为横隔板6。并且，在立模浇筑混凝土的同时，将法兰盘5及连接螺栓7预埋到横隔梁12的浇筑位置。 [0062] 所述主拱圈植筋步骤包括通过高频电磁波在混凝土中的传播特性在主拱圈1上探测主筋的位置，并根据主筋的位置标记植筋孔位进行钻孔，植筋孔位呈梅花形布置，在植筋孔位上完成植筋，植筋完成后，绑扎钢筋骨架。同时通过预埋在拱脚2处的法兰盘5和连接螺栓7，拼接拱脚处的一节螺旋钢管3，；通过预埋在横隔板12处的法兰盘5和连接螺栓7，拼接横隔板6处左右两节螺旋钢管3；完成上述拼接后，剩余每小节螺旋钢管3之间通过焊接连接。 [0063] 所述搭模浇铸步骤包括搭建模板，从拱脚2开始对称均衡地于螺旋钢管3与主拱圈1之间的空腔内浇筑自密实微膨胀混凝土8。 [0064] 本发明的双曲拱桥钢管套拱加固方法，其可以有效提高病害双曲拱桥的承载能力和整体性，同时螺旋钢管3可以减小混凝土的消耗和承担施工临时荷载，并且加固后能够不改变桥下净空及过水断面。 [0065] 如图8所示，具体的，该双曲拱桥钢管套拱加固方法包括如下步骤： [0066] S100、对待加固双曲拱桥主拱圈1的构造尺寸进行复核，根据复核结果分节预制螺旋钢管3以及法兰盘5； [0067] S200、确定所述主拱圈1的常规病害，并对主拱圈1进行裂缝修补、表面缺陷修补、钢筋除锈防腐等常规处治； [0068] S300、探查所述主拱圈1的拱脚2的主筋位置，根据主筋位置确定植筋孔位并完成植筋，对拱脚2加强段立模浇筑混凝土，并将法兰盘5及连接螺栓7预埋到拱脚2的浇筑位置； [0069] S400、凿除横隔梁12的混凝土保护层探明横隔梁12处拱肋11的主筋位置，根据主筋位置确定植筋孔位并完成植筋，将新设置箍筋与原横隔梁12箍筋焊接并立模浇筑混凝土，同时将法兰盘5及连接螺栓7预埋到横隔梁12的浇筑位置，将横隔梁12改为横隔板6； [0070] S500、通过高频电磁波在混凝土中的传播特性在主拱圈1上探测主筋的位置，并标记植筋孔位进行钻孔，植筋孔位呈梅花形布置，在植筋孔位上完成植筋，焊接并绑扎钢筋骨架，于所述主拱圈1内部架设、拼接螺旋钢管3； [0071] S600、搭建模板，于螺旋钢管3与主拱圈1之间的空腔内浇筑自密实微膨胀混凝土8。 [0072] 如图9所示，其中，所述步骤S100具体包括如下步骤： [0073] S101、对主拱圈1进行实地勘查，确定其结构形式、材料类型、施工工艺情况； [0074] S102、使用测量仪器对主拱圈1的跨度、矢高、拱宽关键尺寸进行测量，确保测量精度符合规范要求； [0075] S103、对测量数据进行整理、分析，根据复核结果，编写主拱圈尺寸复核报告，详细记录复核过程、数据分析、问题处理情况； [0076] S104、根据复核后的主拱圈1的构造尺寸选定加固所用的螺旋钢管3、法兰盘5的直径、长度、厚度以及数量； [0077] S105、沿主拱圈1的拱轴线，于横隔梁12处将螺旋钢管3划分为多段，每段螺旋钢管两端焊接法兰盘5，每段螺旋钢管再划分为最少三节，每节螺旋钢管3外表面焊接栓钉4，所述栓钉4沿拱轴线方向标准间距为二十厘米，靠近拱脚2处栓钉间距为十厘米； [0078] S106、在工厂中完成每节螺旋钢管3预制、栓钉4的焊接及法兰盘5的焊接。 [0079] 如图10所示，所述步骤S300具体包括如下步骤： [0080] S301、对拱脚基础进行包括清理基础表面、处理基础缺陷、确保基础平整的基础清洁处理，并使用通过高频电磁波在混凝土中的传播特性在主拱圈1上探测主筋的位置； [0081] S302、根据主筋的位置呈梅花形标记植筋孔位的位置，并按植筋孔位进行钻孔，将植筋孔清理干净并保持钻孔清洁，且将孔内环境清理到干燥水平； [0082] S303、在孔中注入植筋胶且注意填满整个植筋孔，并确保植筋胶均匀分布，将达到质量要求的钢筋插入孔内，旋转或敲击使其深入孔底并确保钢筋与植筋胶紧密粘结，待植筋胶养生完成； [0083] S304、在拱脚2上搭建钢筋骨架，其中植筋末端弯折与最外层钢筋网采用焊接连接，确保钢筋的规格、布置和连接符合结构设计要求； [0084] S305、在钢筋骨架的基础上，安装拱脚加强段的模板，并进行混凝土的浇筑，同时预埋法兰盘5与连接螺栓7，浇筑过程中，要控制混凝土的均匀性和密实性，避免出现空鼓、裂缝等缺陷，混凝土养生完成达到设计强度，拆除模板，拱脚加强段施工完成。 [0085] 如图11所示所述步骤S400具体包括如下步骤： [0086] S401、凿除横隔梁12的混凝土保护层，使钢筋裸露，使用通过高频电磁波在混凝土中的传播特性在横隔梁12处的拱肋11上探测主筋的位置； [0087] S402、根据主筋的位置标记植筋孔位的位置，并按植筋孔位进行钻孔，将植筋孔清理干净并保持钻孔清洁，且将孔内环境清理到干燥水平； [0088] S403、在孔中注入植筋胶且注意填满整个植筋孔，并确保植筋胶均匀分布，将达到质量要求的钢筋插入孔内，旋转或敲击使其深入孔底并确保钢筋与植筋胶紧密粘结，待植筋胶养生完成； [0089] S404、在横隔梁12上搭建钢筋骨架，其中植筋末端弯折与最外层钢筋网采用焊接连接，并新设置箍筋与横隔梁12上原来的箍筋焊接，确保钢筋的规格、布置和连接符合结构设计要求； [0090] S405、在钢筋骨架的基础上，安装横隔梁12的模板，并进行混凝土的浇筑，同时预埋法兰盘5与连接螺栓7，浇筑过程中，要控制混凝土的均匀性和密实性，避免出现空鼓、裂缝等缺陷，混凝土养生完成达到设计强度，拆除模板，横隔梁12改造为横隔板6。 [0091] 如图12所示，所述步骤S500具体包括如下步骤： [0092] S501、采用S300中的步骤完成主拱圈1上的植筋，于植筋处焊接绑扎钢筋骨架； [0093] S502、通过预埋在拱脚2处的法兰盘5和连接螺栓7，拼接拱脚2处的一节螺旋钢管3； [0094] S503、通过预埋在横隔板6处的法兰盘5和连接螺栓7，拼接横隔板6处左右两节螺旋钢管3； [0095] S504、剩余每小节螺旋钢管3之间通过焊接连接。 |
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