橋梁下部結構加固技術

第九章橋梁下部結構加固技術

.主要內容第一節(jié)概述第二節(jié)蓋梁加固方法第三節(jié)墩柱加固方法第四節(jié)橋臺加固方法第五節(jié)基礎加固方法第六節(jié)地基加固方法第七節(jié)支座更換方法.3

橋梁的承載能力是否滿足正常營運的需求，不僅與上部結構有關，也與橋梁重要組成部分的下部結構有關。墩臺和基礎，將直接承受上部結構的作用（包括恒載和活載）傳遞給地基。下部結構的狀況，也直接影響承載能力和正常使用，部分橋梁承載能力的降低和主要病害的產生，是由于下部結構的病害引起的。因此，在橋梁加固改造工作中，下部結構的加固改造應該引起高度重視。

9.1概述.4橋梁的下部結構：橋墩、橋臺、基礎橋墩：連接上部結構，并將荷載傳遞給地基 荷載：上部結構的恒載、活載，風力，流水壓力，冰壓力，浮力，船舶、漂浮物等的撞擊力橋臺：連接橋梁與路堤，強度、剛度變化大，應力集中 荷載：上部結構的恒載、活載，填土壓力基礎：負擔整個橋梁結構的恒載、活載，以及洪水沖刷、地震的作用 9.1概述.5加固的前提條件：具備加固改造價值，同時又能實施加固改造施工現場檢測資料確定下部構造是否具有

分析與判斷加固改造的價值加固技術和施工工藝能否實現加固

分析與判斷改造目的9.1概述.6加固的方法：1、蓋梁加固方法：施加體外預應力加固、增大截面加固、粘貼鋼板或纖維復合材料加固等。2、橋墩加固方法：鋼筋混凝土套箍加固、粘貼（鋼板、碳纖維等）加固、加樁（柱）加固。3、橋臺加固方法：臺后加孔減載加固、臺后增設拉桿、撐墻或擋土墻加固、鋼筋混凝土圍帶或鋼箍加固。4、基礎加固方法：擴大基礎加固、增補樁基加固、水泥灌漿加固、鋼筋混凝土套箍加固。5、地基加固方法：換土墊層法、水泥攪拌樁、振沖碎石樁、砂石樁灰土擠密樁、強夯法等。9.1概述.7加固的方法：1、蓋梁加固方法：施加體外預應力加固、增大截面加固、粘貼鋼板或纖維復合材料加固等。2、橋墩加固方法：鋼筋混凝土套箍加固、粘貼（鋼板、碳纖維等）加固、加樁（柱）加固。3、橋臺加固方法：臺后加孔減載加固、臺后增設拉桿、撐墻或擋土墻加固、鋼筋混凝土圍帶或鋼箍加固。4、基礎加固方法：擴大基礎加固、增補樁基加固、水泥灌漿加固、鋼筋混凝土套箍加固。5、地基加固方法：換土墊層法、水泥攪拌樁、振沖碎石樁、砂石樁灰土擠密樁、強夯法等。9.1概述.8墩臺蓋梁、雉墻的裂縫： 局部應力集中； 樁基不均勻沉降， 蓋梁受力不均勻。9.2

蓋梁加固方法

蓋梁加固方法：施加體外預應力加固、增大截面加固、粘貼鋼板或纖維復合材料加固等。.9

9.2

蓋梁加固方法蓋梁加固實例工程概況：

某三跨連續(xù)梁，中墩采用高樁承臺，為減輕結構自重，橋墩采用部分空心的實體橋墩，頂面設實體墩帽即蓋梁主要病害：蓋梁出現裂縫.10

9.2

蓋梁加固方法蓋梁加固實例裂縫成因分析：

1、橫向兩邊支座布置偏外

2、蓋梁頂面配筋數量不足3、混凝土收縮4、橫梁橫向預應力束張拉5、臨時支座的采用.11

9.2

蓋梁加固方法蓋梁加固實例加固方案比選：一、體外束加固在蓋梁外側采用體外預應力束進行加固，兩側各設2根鋼束，鋼束間距為400mm，一個蓋梁設4根鋼束.張拉的兩端采用圓弧形鋼板為傳力結構，鋼板中間開孔，可使?jié)沧⒒炷撩軐崱?12

9.2

蓋梁加固方法蓋梁加固實例加固方案比選：二、填補格口加強

原設計蓋梁留有槽口，現考慮采用槽口補強及植入加強筋增大蓋梁上緣抗拉性能，并增大截面面積。.13

9.2

蓋梁加固方法蓋梁加固實例加固方案比選：三、鉆孔體內張拉預應力束+填補槽口加強

在方案二的基礎之上，在橫向蓋梁的兩側鉆孔后，鋼束穿人孔內形成體內束張拉，并結合補槽的方式進行鋼筋補強。.14

9.2

蓋梁加固方法蓋梁加固實例加固方案比選：四、支座內移

調整支座的位置，將兩側支座內移，減小蓋梁懸臂端的受力。.15

9.2

蓋梁加固方法蓋梁加固實例加固方案的確定：

經過綜合比較，確定采用方案三，即體內鉆孔張拉預應力束+槽口補強方案；考慮對已有裂縫的不同效果，采用先張后填法一次張拉預應力束的實施方案，即在橋墩蓋梁兩側施加橫向體內預應力束及在墩頂凹槽處連接鋼筋澆注混凝土。.169.3

墩柱加固方法鋼筋砼套箍或護套加固法圍帶加固法增大截面、鋼套管內灌注混凝土法粘貼纖維復合材料或鋼板法.17鋼筋砼套箍或護套加固法當墩臺損壞嚴重，如嚴重裂縫及 大面積表面破損、風化、剝落時， 只能圍繞整個墩臺設置鋼筋砼護 套進行加固9.3

墩柱加固方法.18鋼筋砼套箍或護套加固法橋梁墩臺出現貫穿裂縫在墩身上中下分設鋼筋砼圍帶， 并用鋼銷與墩身錨固連接施工工藝：鉆孔埋設鋼銷－綁扎 鋼筋網－澆筑混凝土9.3

墩柱加固方法.19

工程概況：主橋上部結構為8×16m預制鋼筋混凝土T型梁，下部為雙柱式墩，樁基為摩擦樁；引橋上部結構采用7×8m現澆鋼筋混凝土矩形截面梁，雙柱式墩，鉆孔灌注樁。橋墩、樁基出現不同程度的露筋。樁基受沖刷，樁身鋼筋裸露2~5米，銹蝕較嚴重。加固要求：

對樁基露筋情況進行加固處理9.3

墩柱加固方法墩柱加固實例.20設計方案：樁基表面進行清洗，鋼筋進行除銹處理；澆注環(huán)氧滑石粉保護層；纏繞芳綸纖維薄板；澆注環(huán)氧砂保護層。9.3

墩柱加固方法墩柱加固實例.21支撐加固法增建輔助檔土墻加固減輕荷載法加柱（樁）加固增厚臺身加固更換臺后填土并加便梁加固9.4

橋臺加固方法.22支撐加固法埋植式橋臺：尺寸不足，難以承受臺背 土壓力，向橋孔方向傾斜或滑移 加固方法：修筑撐壁9.4

橋臺加固方法.23支撐加固法單孔小跨徑橋臺：橋臺之間設水平支撐 如漿砌片石撐板，鋼筋砼支板梁9.4

橋臺加固方法.24增建輔助擋土墻加固法臺背水平土壓力太大，橋臺傾斜 加固方法：增建擋土墻9.4

橋臺加固方法.25增建輔助擋土墻加固法減輕荷載加固法側向土壓力使得橋臺傾斜更換臺背填土，減小土壓力拉桿加固法側墻外傾：對穿側墻，設置對拉鋼筋加固9.4

橋臺加固方法.269.5基礎加固方法橋梁基礎：淺基礎：剛性擴大基礎，單獨和聯合基礎，條形基礎，筏板和箱形基礎深基礎：樁基礎，沉井基礎，混合基礎橋梁基礎的病害：1.基礎沉降2.基礎滑移、傾斜3.基礎結構的應力異常、開裂.279.5基礎加固方法病害1：基礎沉降深基礎：沉降在施工中表現，1~2年達到穩(wěn)定淺基礎：最常見的形式，埋設淺，結構簡單，造價低 在地基壓密或軟土地基上的橋梁，不均勻沉降.289.5基礎加固方法病害2：基礎滑移、傾斜洪水沖刷引起基礎滑移——洪水沖刷深度河床運動導致橋臺地基土層側向壓力降低，引起基礎側向滑移地基弱化，土體下沉，導致橋臺前傾，臺座前移等病害沉井和樁的滑移橋墩、橋臺的破壞形式：支座和墩臺支撐面破壞主梁從支撐面上滑落，拱圈開裂，跨中下撓，跨塌伸縮縫裝置破壞或接縫減小，伸縮機能受損基礎滑移量過大，梁端與胸墻緊貼，導致胸墻破壞或梁局部破壞.299.5基礎加固方法病害3：基礎結構的應力異常、開裂剛性基礎的底面壓力分布－－跟荷載、基礎深度、地基剛度分布等有關馬鞍形拋物形鐘形等效計算：中心荷載，偏心受壓.309.5基礎加固方法病害3：基礎結構的應力異常、開裂樁的破壞形式堅硬地基軟土層土體滑動刺入地基.31淺基礎病害：天然地基：沖刷、掏空，凍害，滑移、傾斜巖石基礎：沖刷、掏空、懸空，地震作用產生裂縫人工地基：地基下沉深基礎病害：木樁：腐蝕RC預制樁：洪水沖刷、侵蝕產生空洞、剝落，船舶、漂流物碰撞鉆挖孔樁：樁基下沉，洪水沖刷、剝落、露筋，樁身脫空，碰撞管樁基礎：基礎下沉沉井基礎：基礎下沉、滑移、傾斜9.5基礎加固方法.32基礎沖刷的處理1.基礎局部掏空或損壞水深<3m：圍堰－混凝土封底－鋼筋混凝土護套水深>3m：潛水－水下混凝土封底－鋼筋混凝土護套9.5基礎加固方法.33基礎沖刷的處理2.位于風化層上的基底掏空：混凝土封閉3.鋼筋砼灌注樁和打入樁基礎受沖刷、侵蝕 水泥砂漿修補，灌注混凝土修補－拋填塊石、石籠護底或鋼筋砼塊防護9.5基礎加固方法.34基礎沖刷的處理4.河床受水流沖刷危及橋墩基礎石籠防護，鋪砌、板樁防護， 河床鋪砌處理9.5基礎加固方法.35基礎加固方法擴大基礎加固法增補樁基加固法人工地基加固法9.5基礎加固方法.36擴大基礎加固法基礎承載力不足，或埋植太淺，墩臺是磚石或混凝土剛性實體式基礎在剛性實體式基礎周圍加石砌圬工或混凝土，擴大橋梁基礎的底面積9.5基礎加固方法.37擴大基礎加固法施工工藝：板樁圍堰開挖填土鋪砌石塊，或澆筑混凝土新舊基礎之間加設錨固鋼筋 或鋼銷，使擴大基礎與舊基 礎牢固結合9.5基礎加固方法.38增補樁基加固法在樁基周圍，補加鉆孔樁或打入鋼筋砼預制樁，并擴大承臺，提高基礎承載力，增加基礎穩(wěn)定性優(yōu)點：不需圍堰抽水等水下作業(yè)缺點：需搭設打樁架，影響水路交通9.5基礎加固方法.39增補樁基加固法工藝措施：原樁距較大，樁間插樁 原樁距較小，樁兩側增加樁樁間插樁：需要鑿除原蓋梁， 澆筑新蓋梁連接新舊樁頂9.5基礎加固方法.40增補樁基加固法（2）如果橋臺承載力不足，可在臺前增加一排樁，并澆筑蓋梁，分擔一部分上部結構的壓力澆筑的蓋梁可單獨受力，也可與舊蓋梁連接，共同受力9.5基礎加固方法.41地基加固法橋梁結構是通過橋梁基礎與地基共同作用來承擔橋梁結構的上部荷載。當橋梁結構地基的承載力不足或沉降過大不能滿足要求時需要進行地基加固處理。換土墊層法水泥攪拌樁法振沖碎石樁法砂石樁法灰土擠密樁法強夯法注漿加固法9.6地基加固方法.42人工地基加固法砂樁法軟弱地基層較厚，可用砂樁法施工工藝：將鋼管或木樁打入基礎周圍的軟弱土層中，然后拔出，灌入粗砂，搗實做成砂樁，提高土層的密實度9.6地基加固方法.43注漿法在墩臺基礎下面直向或斜向鉆孔或打入管樁，注入水泥砂漿，把原來松散的土固結為有一定強度和防滲性能的整體，或把巖石裂縫堵塞起來，從而加固地基，提高地基承載力分類：根據注漿壓力的不同9.6地基加固方法注漿法靜壓注漿高壓噴射注漿填充注漿裂縫注漿滲透注漿擠壓注漿旋轉噴射注漿定向噴射注漿.44旋轉噴射注漿加固法用鉆機將噴注漿管置于軟土地基中，借助注漿管的旋轉、提升運動，用一定的壓力從噴嘴中噴射漿液沖擊土體，把土和漿液攪拌成混合體，凝聚固結后形成新的有一定強度的人工地基施工工藝： 鉆機就位－鉆孔－插管－旋噴－沖洗設備9.6地基加固方法.45旋轉噴射注漿加固法工藝類型：單管旋噴注漿法，二重管旋噴注漿法，三重管旋噴注漿法9.6地基加固方法.46技術優(yōu)點：適用范圍廣施工簡便：鉆孔5~10cm，可得到0.4~2m的固結體固結體形狀可靠：可調節(jié)噴射壓力、角度、流量，設計固結體的形狀確保固結強度：采用不同的漿液配合比，得到不同的強度耐久性好成本低：原材料來源廣泛，價格低設備簡單，管理方便9.6地基加固方法.47設計方法：受力原則：最初旋噴固結體幾乎不受力，隨著時間的推移，土體緩慢產生徐變、滑移，由于固結體剛度大，一部分壓力逐漸轉移到固結體上，當土體接近或達到極限強度時，固結體承擔大部分壓力，進入工作狀態(tài)1.加固前基礎承載力的計算（σ0）：A.基礎發(fā)生較大沉降，危及橋梁正常使用，需要提高地基承載力B.基礎狀況良好，考慮到橋梁要通行臨時重載，需要提高地基承載力2.旋噴法加固基礎的設計計算方法（旋噴樁數m）A危及正常使用的基礎加固B未發(fā)生病害僅為提高荷載等級的基礎加固9.6地基加固方法.48漿液選擇原則漿液應是真溶液而不是懸濁液，漿液粘度低，流動性好，能進入細小裂縫漿液凝膠時間可在大范圍內隨意調節(jié)，易準確控制，漿液凝膠可在瞬間完成漿液的穩(wěn)定性好，在常溫常壓下，長期存放不改變性質，不發(fā)生任何化學反應漿液無毒無嗅，對環(huán)境不污染，對人體無害，屬非易爆物品漿液對注漿設備、管路、混凝土結構物、橡膠制品無腐蝕，并容易清洗漿液固化時無收縮現象，固化后與巖石、混凝土等有一定粘接性漿液結石體有一定抗壓和抗拉強度，不龜裂，抗?jié)B性能和防沖刷性能好結石體耐老化性能好，能長期耐酸、堿、鹽、生物細菌等腐蝕且不受溫、濕度影響材料來源豐富，價格低廉；漿液配制方便，操作容易9.6地基加固方法.491加固前基礎承載力的計算方法：A.加固前基礎已經不能滿足使用要求調查病害的歷史、現狀，發(fā)生、發(fā)展，推算地基承載力基礎底面現有應力σ由于地基下沉，現有應力σ>σ0

地基極限強度，

α

－現有地基支撐系數，根據病害程度取值0.8~0.95

對下沉較小，或目前基本穩(wěn)定的地基，α

取值0.95

對下沉速度很快，或下沉正在迅速發(fā)展的地基，α

取值0.89.6地基加固方法地基承受的荷載基礎底面積.509.6地基加固方法1加固前基礎承載力計算方法：

B.目前無病害，為提高荷載等級而加固1.按照地質鉆探或土工試驗得到的土體極限強度σ0

2.根據規(guī)范“經過多次壓實、未受破壞的舊橋基”其允許承載力可提高1.25~1.5倍的方法確定.512.A旋噴法加固危及正常使用的基礎的設計計算1.用地質鉆探的方法，確定基巖深度，決定旋噴固結體的性質 基巖較淺－>支撐樁，基巖較深－>摩擦樁2.現場采取土樣，進行水泥:水:土配合比試驗，確定固結體強度σpile3.計算固結體面積Apile4.通過試樁或經驗公式確定旋噴固結體的有效直徑D

單管法，對0<N≤5m的黏性土 對5<N≤15m的砂性土5.旋噴樁數m9.6地基加固方法樁的安全系數，2.0地基承載安全系數1.15~1.3N－土的標準貫入度.522.B旋噴法加固未發(fā)生病害僅為提高荷載等級的基礎1.確定橋梁結構需要的最大荷載Wmax2.確定加固前地基所承受的荷載Wnow3.求出加固后地基增加的荷載Wpile，全部由固結體承擔4.加固樁的總面積5.確定固結體的有效直徑D和樁數m6.樁位布置9.6地基加固方法固結體的安全系數，2.0.53盆式橡膠支座 橡膠板密封在不銹鋼盆內，可設計成 固定支座，單向活動支座，多向活動 支座等形式 優(yōu)點：構造簡單，結構緊湊，滑動系 數小，轉動靈活，承載力大球型橡膠支座 盆式橡膠支座的改進，可適應各種轉角的需要目前，絕大部分使用板式、盆式、球型橡膠支座9.7支座更換方法.54支座的受力形式橋梁上部結構的恒載、活載通過支座傳遞給下部結構受力狀態(tài)：點－面，點－線，面－面9.7支座更換方法.55支座的破壞：不能發(fā)揮正常功能，危及行車安全油毛氈支座：老化、破裂、脫落鋼板支座：銹蝕、裂紋、磨損，殘余塑性變形，不能自由轉動混凝土擺柱支座：混凝土脫落，露筋橡膠支座：老化、脫膠、不均勻凸出支座位移超限、轉角超限、錨栓剪切斷裂9.7支座更換方法.56支座的破壞：不能發(fā)揮正常功能，危及行車安全支座錨固部位的破壞鋼結構支座錨固件：螺栓剪斷，支座錨栓松動、剪斷，壓板咬死、折斷橡膠支座錨固件：鋼板裂紋、翹曲，錨固件剪斷支座連接部位的破壞梁、墩的預埋件銹蝕，支座部位混凝土開裂、掉角、剝離等9.7支座更換方法.57設計原因：支座形式的選擇與布置材料的選擇支座邊緣寬度預留不夠支座墊石配筋不足螺栓、螺母的脫落缺乏研究施工原因：鑄件材料的質量問題金屬防腐、防銹處理砂漿填充9.7支座更換方法管理養(yǎng)護原因：滑動面、滾動面夾雜異物伸縮縫漏水，造成支座銹蝕螺栓、螺母松動、脫落，沒有及時維修怎么辦？更換之！.589.7支座更換方法枕木滿布式支架法

.599.7支座更換方法枕木滿布式支架法優(yōu)點

架設設備比較簡單，施工方法簡單易于操作。對于小跨度的梁橋，用支架法施工具有一定的優(yōu)勢。缺點

支架法施工工期長、支架和模板用鋼材、木材量大、成本高，不適宜橋墩過高的場合。

工作原理

在地面上設置枕木，以枕木為基礎，設置滿布式或部分木支架至橋梁梁體處，在支架上安置千斤頂頂升梁體。.609.7支座更換方法橋面鋼導梁法

.619.7支座更換方法橋面鋼導梁法優(yōu)點

對橋下場所無要求，適用于多種橋梁類型，整個起梁過程都在橋上進行，不影響橋下通航、通車要求。

缺點

鋼梁長度有限制，跨徑不可過大；要求用較大噸位千斤頂，對橋面局部壓力較大，有可能損傷梁體。工作原理

支撐位置在橋面上，支撐面為頂升梁相鄰跨的梁體。在頂升梁上綁扎鋼帶，安置鋼梁，以相鄰跨梁體為支撐基礎，配合頂升設備，抬升梁體。.629.7支座更換方法端部整體頂升法

.639.7支座更換方法端部整體頂升法優(yōu)點

對橋下通車影響不大，可自由通行，能滿足橋下不中斷交通的要求。與采用少數大噸位的千斤頂相比較，無須為應力集中設置過大的傳力桿及橫梁。缺點

對橋跨下的地基基礎要求較高，需建頂升基礎，工序時間長，工期較長。

工作原理

以地面為支撐，在墩臺兩側建立頂升基礎，然后用貝雷梁、槽鋼、螺栓連接成受力鋼梁（也可用鋼管墩作為傳力構件），受力鋼梁上架千斤頂，在梁兩端同步整體頂升。.649.7支座更換方法鞍型支架法

.659.7支座更換方法鞍型支架法優(yōu)點

施工方便，該方法不受河床地質、橋下水深和橋梁高度的限制。缺點

頂升過程中蓋梁會發(fā)生偏心受壓現象和局部承壓過高的現象以及支架變形過大的現象，頂升前須嚴格的驗算。工作原理

用橋墩本身做支撐在蓋梁上搭設支架，設計成“鞍型支架”，放置千斤頂來頂升梁體。

.669.7支座更換方法鋼扁擔梁法

.679.7支座更換方法鋼扁擔梁法優(yōu)點

對橋下場所無要求，適用于多種橋梁類型，整個起梁過程都在橋上進行，不影響橋下通航、通車要求。

缺點

鋼扁擔梁結構設計較為復雜，需進行專門計算；要求用較大噸位千斤頂，對橋面局部壓力較大，有可能損傷梁體。

工作原理

支撐位置在橋面上，支撐面為頂升梁相鄰跨的梁體。在頂升梁上打孔，綁扎鋼帶，安置鋼扁擔梁，以相鄰跨梁體為支撐基礎，配合頂升設備，抬升梁體。

.689.7支座更換方法扁型千斤頂法

.699.7支座更換方法扁型千斤頂法

優(yōu)點

機具設備很少，成本低廉；工序簡單，施工快速，中斷交通時間很短；對橋下場所無要求，適用于多種橋梁類型。缺點

由于扁型千斤頂的特殊構造，導致其行程較短，可能需要多次頂升才能到位。工作原理

把超薄的液壓千斤頂安放在主梁與蓋梁的狹小的空間內，直接頂升梁體。.709.7支座更換方法

上述六種橋梁支座更換方法各自有不同的優(yōu)缺點，適應不同的環(huán)境，更換方法上各有長處?，F針對高墩簡支轉連續(xù)梁橋提出三種新的支座更換方法：鋼蝴蝶梁法、鋼套箍法和氣囊頂生法。.719.7支座更換方法鋼蝴蝶梁法

.729.7支座更換方法鋼蝴蝶梁法

優(yōu)點充分利用蓋梁這個平臺，施工方便，無大型機具設備；對環(huán)境的適應能力很強，不受河床地質、橋下水深和橋梁高度的限制。缺點