东 南 大 学 毕 业 论 文.docx

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东南大学毕业论文

毕业设计报告（论文）

课题名称混凝土桥涵检测与加固维修

专业交通公路工程（路桥工程）

学号

学生姓名朱秀林

指导教师（校内）许崇法

指导教师（校外）李永鳞

起讫日期2008年9月-2011年7月

设计地点江苏江阴、靖江

目录

摘要、关键词

1.前言

1.1预应力连续箱梁桥现状

1.2问题的提出

1.3选题的背景与意义

2.江阴大桥南引桥病害情况分析

2.1江阴大桥南引桥概况

2.2江阴大桥南引桥病害情况综述

2.3江阴大桥南引桥病害情况简要分析

2.3.1江阴大桥南引桥病害成因

2.3.2江阴大桥南引桥病害的可能危害

3.江阴大桥南引桥维修加固方案的选择

3.1江阴大桥南引桥维修加固方案技术经济比选

4.江阴大桥南引桥维修加固主要工艺

4.1混凝土裂缝处理

4.1.1混凝土裂缝封闭及灌浆

4.1.2混凝土裂缝灌浆质量控制及检验方法

4.2混凝土缺陷修补

4.3碳纤维布粘贴

4.3.1碳纤维布粘贴工艺及质量控制

4.3.2碳纤维布粘贴质量检验方法

4.4粘贴钢板工艺及质量控制

4.4.1粘贴钢板质量控制及检验方法

4.5钢桁架

4.5.1钢桁架制作安装质量控制及检验方法

4.6混凝土植筋

4.6.1混凝土植筋质量控制及检验方法

4.7混凝土涂装

4.7.1涂层配套体系设计

4.7.2混凝土涂装施工工艺

4.7.3混凝土涂装质量控制及施工环境

5.江阴大桥南引桥维修加固效果

5.1荷载试验结论

5.2养护检查情况

5.3加固效果探讨

5.3.1碳纤维布

5.3.2植筋

5.3.3钢桁架

5.3.4钢板粘贴

5.3.5混凝土涂装

6.江阴大桥南引桥病害情况与加固维修的启示

6.1提高完善桥梁设计、施工水平

6.2加强桥梁养护检查

6.3严格控制超载运输

6.4总结公路桥梁检测、维修加固设计、施工实践，进一步完善规范、标准

致谢

参考文献

摘要

本文根据江阴大桥南引桥养护检查中发现的预应力混凝土连续箱梁混凝土裂缝、坑洞等病害情况，从设计、施工等方面对该桥病害成因、病害对桥梁结构安全的可能性影响等方面进行了分析。

在对桥梁病害分析基础上，综合进行技术经济比较，提出了恰当的桥梁加固方案：

混凝土裂缝封闭及灌浆；混凝土缺陷采用结构胶修复；箱梁底板底面、顶板底面粘贴碳纤维布；箱梁腹板内外侧面、底板顶面、横隔板双侧面粘贴钢板；60m跨径箱梁内设置钢桁架，钢桁架与腹板基本平行，采用螺栓锚固在梁体上。

江阴大桥南引桥养护检查、维修加固的工程实践，对于类似桥梁的管养、对于相关规范的进一步完善具有重要意义。

关键词：

预应力混凝土连续箱梁病害分析维修加固

1.前言

1.1预应力连续箱梁桥现状

上世纪六十年代开始在我国兴起的预应力连续箱梁桥，因其受力明确、稳定性好、跨越能力较大、利于现场浇筑、线条流畅和梁体美观等优点,伴随着交通事业的大发展，在改革开放后得到了越来越多的应用，随着现代施工技术的进步，预应力施工技术水平的提高，三向（即纵向、横向、竖向）预应力应用于箱形截面，收到了良好的经济效果，使得箱形截面的应用更加广泛。

目前单跨跨径在40～200m范围内，预应力混凝土连续箱梁占主导地位。

近年来，有关大跨径预应力连续箱梁桥病害的报道屡见不鲜。

国内外对在役桥梁的检测报告都表明，缺陷桥梁已越来越多的出现，不少桥梁已经或者正在发生老化、破损、出现裂缝等现象。

1.2问题的提出

桥梁管养和建设同样重要，建设和管养不当都会造成对桥梁结构安全的重大影响，引发桥梁病害、危及桥梁结构安全、缩短其使用寿命，严重的还会造成人民生命财产损失。

完善桥梁建设期设计和施工、加强桥梁管养对于确保桥梁桥梁结构安全、延长桥梁使用寿命等方面是十分重要的，这也是当前桥梁研究的热点之一。

通过对一些桥梁检测与加固维修施工的工程实践的剖析，可为类似桥梁的建设与管养提供有益借鉴。

1.3选题的背景与意义

本文依托江阴大桥南引桥养护检查发现的桥梁病害分析、加固维修工艺介绍和加固效果跟踪情况的实践，旨在总结预应力连续箱梁桥的设计、施工和养护检查及加固维修方案选择、质量控制和后续跟踪检查等方面的经验，为类似桥梁的建设与管养提供有益借鉴。

2.江阴大桥南引桥病害情况分析

2.1江阴大桥南引桥概况

江阴长江大桥南引桥位于京沪高速K1059+919～K1060+087处，上部结构形式为60m+60m+40m（北—南）三跨预三向应力混凝土等截面直腹板连续箱梁，全长160m，其北边跨与主桥南塔相连，南边跨与桥台相连。

该桥采用分离式单箱单室截面，分东西两幅，箱梁中轴线处梁高均为3m。

箱室内除墩顶及边跨端部设横隔板外，其余均不设，其中边跨端部各一道，中跨两支墩处各两道。

箱梁梁体采用C50混凝土，该桥设计、验算荷载标准为：

汽—超20，挂—120。

江阴长江大桥南引桥于1999年9月建成通车。

2.2江阴大桥南引桥病害情况综述

在养护检查中，发现江阴大桥南引桥翼缘板位置存在明显裂缝，随即江阴大桥管理单位委托专业检测单位对该桥进行检测。

专业检测发现该桥病害较严重，主要表现为箱梁梁体混凝土裂缝、混凝土缺损、箱梁节段界面错台等。

梁体裂缝，基本情况如下所述：

（一）箱梁节段界面及预应力锯齿块附近多条规则的底板横缝和腹板斜缝，且底板横缝裂穿底板，腹板斜缝大多裂穿腹板，最严重处底板横缝和腹板斜缝连通延伸至梗肋，裂缝最大宽度达1.8mm.。

（参见图1）

（二）顶板底面纵向裂缝，分布于梗肋内外及顶板中央，沿桥轴向断续出现。

（三）腹板内、外侧竖向裂缝，同一箱室内呈两侧对称状态，且多处延伸至顶板底面。

（四）支点处密集的底板横缝。

（五）跨中底板横缝，多数裂穿底板。

（六）横隔板竖向裂缝，同一横隔板呈两侧对称状态。

混凝土缺陷表现为混凝土空洞、缺失等。

混凝土空洞最大深度达10.5cm，混凝土内有海绵、手套等杂物。

混凝土缺陷位置，钢筋锈蚀严重。

（参见图2）

箱梁节段界面错台最大达2cm。

进入箱梁内，可以听到钢绞线在重车经过时发出的异常响声。

此外还存在钢筋保护层厚度偏小，钢筋锈蚀较严重等病害。

混凝土碳化现象较严重。

在混凝土表面钻洞（15mm），使其露出内部新鲜的层面，将1％浓度的酚酞指示液喷于断裂面，从试件表明到变色边界，测量多处的距离，读数精确至0.5mm，求其算术平均值作为碳化深度。

现场测试表明混凝土平均碳化深度为3.5mm，部分区域混凝土碳化深度超过6mm。

腹板受雨水影响，碳化深度相对较大。

图1.腹板斜裂缝

图2.混凝土空洞、钢筋锈蚀

2.3江阴大桥南引桥病害情况简要分析

2.3.1江阴大桥南引桥病害成因

连续箱梁一般采用三向预应力体系，各向预应力在不同程度上能提高混凝土的性能。

但由于预应力混凝土连续箱梁自身的构造特点、设计理念的局限性、施工工艺及控制以及桥梁运营期间的实际荷载等因数的影响，使得结构在不同部位出现病害；而沿海地区多雨，空气湿度大，桥梁运营期间钢筋混凝土结构不可避免受到周围大气污染、水污染及硫酸根离子等的侵蚀，导致混凝土碳化、钢筋锈蚀等病害。

（1）箱梁施工缝开裂：

箱梁施工缝处腹板底板不同程度存在开裂现象，通常以底板裂缝为主，部分腹板裂缝与底板裂缝贯通。

裂缝宽度依病害程度不一，箱梁内外均可见，多分布在中跨跨中附近。

由于箱梁采用逐段悬浇的施工方法，受施工工艺和施工质量等因素的影响，新旧混凝土结合处易在施工阶段存在初始缺陷，并在后期运营荷载作用下开裂。

同时由于合拢段处预应力施加效果未能达到预期，导致构件局部预应力不足，使得合拢段处开裂最为严重。

（2）箱梁顶板开裂：

由裂缝的性状来看，导致结构开裂的原因主要有以下几个：

一方面，由于泊松效应，箱梁顶板在纵向预应力作用下产生横向拉应力，进而在汽车荷载作用下产生横向弯矩而开裂，虽然在顶板布置横向预应力，但由于施工工艺控制等影响，横向预应力张拉效果难以得到保证。

另一方面，预应力位于顶板截面中性轴处，对抵抗横向弯矩作用不大。

此外混凝土早期的收缩变形也是该类裂缝出现的一个诱因。

（3）箱梁腹板开裂：

箱梁腹板斜裂缝主要是由于结构抗剪能力不足引起的。

在早期的桥梁设计中，对混凝土结构特性认识不足，在优化设计思想的指导下，往往使得结构构件尺寸偏小，这是导致该类裂缝出现的根本原因之一。

同时由于提高构件的抗剪强度的竖向预应力筋较短，且在张拉工艺控制等因数的影响下，导致预应力损失较大，使得竖向预应力张拉的效果往往不理想，这是导致该类裂缝出现的另一个主要原因。

此外在2004版新“桥规”颁布之前，结构设计对日照温差荷载均按顶板升温5℃考虑，大量工程实践表明，这与实际情况存在较大的偏差，明显低估了实际温度梯度荷载的作用，导致设计分析箱梁主拉应力偏小。

（4）钢绞线异响：

主要原因是预应力管道压浆不密实或未压浆，造成钢绞线和波纹管之间的摩擦响声。

（5）超载运输：

江阴大桥建成通车后就一直经历着重载交通，据统计年交通量增长远大于设计预计的10%。

在通行车辆中，货车比例约占交通量的45%，而货车有近50%为载重10t以上的大型货车。

据某次所作24h载重汽车轴载与胎压的调查，除3轴汽车外，其余各种载重汽车的平均轴重均大于80KN，平均轮胎压力在0.97Mpa以上，超出0.707Mpa的设计轮胎压力40%以上。

在所调查车辆中，除了5轴和6轴汽车外，其余各类超载车辆最大轮胎压力达到1.38Mpa，相当于飞机轮胎的胎压。

由此可见江阴大桥实际使用荷载已远远超过原85《桥规》的荷载模式标准。

（6）混凝土的碳化：

空气中CO2气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化。

碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气的侵袭下，会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。

酸雨：

由SO2排放超标引起，酸雨中的硫酸根离子与易溶的CaCl2等发生化学反应，生成石膏，石膏体积膨胀，引发混凝土裂缝；酸雨中的硫酸根离子也会与钢筋中铁离子发生化学反应，生成Fe2（SO4）3，使钢筋失去作用。

2.3.2江阴大桥南引桥病害的可能危害

江阴大桥南引桥箱梁底板、腹板裂缝病害较为严重。

构件预应力不足，如不采取必要措施，在重载交通条件下，极有可能造成桥梁垮塌等危险事故，给人民的生命财产安全造成重大损失。

3.江阴大桥南引桥维修加固方案的选择

根据桥梁病害实际情况，综合经济技术比较，选择恰当的维修加固方案是十分重要的。

不恰当的维修加固方案实施后有些可能需要短期内二次维修加固；有些反而可能对桥梁造成损害；有些可能不经济。

3.1江阴大桥南引桥维修加固方案技术经济比选

根据江阴大桥病害情况，提出两种加固方案：

加固方案一：

混凝土裂缝，缝宽≥0.15mm的灌浆处理，缝宽≤0.15mm的，封缝处理；加大腹板截面尺寸并增加设横隔板；底板底面、顶板底面粘贴玻璃纤维布；底板顶面、腹板内、外侧面及横隔板双面粘贴钢板；设置体外预应力。

加固方案二：

混凝土裂缝，缝宽≥0.15mm的灌浆处理，缝宽≤0.15mm的，封缝处理；箱室内增设纵、横向钢桁架；底板底面、顶板底面粘贴碳纤维布；底板顶面、腹板内、外侧面及横隔板双面粘贴钢板.

设计计算结果表明，加大腹板截面尺寸、增设横隔板增加桥梁自重过大；玻璃纤维布虽比碳纤维布便宜，但其弹性模量、抗拉能力等性能与碳纤维布差异明显。

考虑到该桥未发现下挠超过规范许可的情况，加之施加体外预应力尚有许多不确定因素，故不必考虑体外预应力措施。

基于“安全可靠、快速、经济合理”的设计原则，考虑到江阴大桥的重要性和社会影响，加固设计考虑适当富余，兼顾强度与耐久性两方面，选择方案二。

此外，根据江阴大桥南引桥混凝土腐蚀病害情况，考虑对混凝土进行补强和防腐，增强混凝土结构的耐久性，对混凝土表面进行涂装。

考虑到丙烯酸类涂料价格仅为聚胺