加固设计论文范文10篇

时间:2023-04-11 01:21:05

加固设计论文

加固设计论文范文篇1

关键词:混凝土结构的加固砌体结构的加固钢结构加固

混凝土结构加固篇

混凝土结构的加固分为直接加固与间接加固两类,设计时可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法和配套的技术。

一、直接加固的一般方法有:

1、加大截面加固法

在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层,可增加截面有效高度,扩大截面面积,从而提高构件正截面抗弯,斜截面抗剪能力和截面刚度,起到加固补强的作用。

在适筋范围内,混凝土弯变构件正截面承载力随钢筋面积和强度的增大而提高。在原构件正截面配筋率不太高的情况下,增大主筋面积可有效地提高原构件正截面抗弯承载力。在截面的受拉区加现浇混凝土围套增加构件截面,通过新加部分和原构件共同工作,可有效地提高构件承载力,改善正常使用性能。

加大截面加固法施工工艺简单、适应性强,并具有成熟的设计和施工经验;适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固;但现场施工的湿作业时间长,对生产和生活有一定的影响,且加固后的建筑物净空有一定的减小。

2、置换混凝土加固法

该法的优点与加大截面法相近,且加固后不影响建筑物的净空,但同样存在施工的湿作业时间长的缺点;适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。

3、有粘结外包型钢加固法

外包钢加固是把型钢或钢板包在被加固构件的外边,外包钢加固钢筋混凝土梁一般应采用湿式外包法,即采用环氧树脂化灌浆等方法把型钢与被加固构佣粘结成一整体,加固后的构件,由于受拉和受压钢截面面积大幅度提高,因此正截面承载力和截面刚度大幅度提高。

该法也称湿式外包钢加固法,受力可靠、施工简便、现场工作量较小,但用钢量较大,且不宜在无防护的情况下用于600C以上高温场所;适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固。

4、粘钢加固法

钢筋混凝土受弯构件外部粘钢加固是在构件承载力不足区段(正截面受拉区、正截面受压区或斜截面)表面粘贴钢板,这样可提高被加固构件的承载力,且施工方便。

该法施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业,对生产和生活影响小,且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响,但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平;适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。

5、粘贴纤维增强塑料加固法

外贴纤维加固是用胶结材料把纤维增强复合材料贴于被加固构件的受拉区域,使它与被加固截面共同工作,达到提高构件承载能力的目的。除具有粘贴钢板相似的优点外,还具有耐腐浊、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点,但需要专门的防火处理,适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。

6、绕丝法

该法的优缺点与加大截面法相近;适用于混凝土结构构件斜截面承载力不足的加固,或需对受压构件施加横向约束力的场合。

7、锚栓锚固法

该法适用于混凝土强度等级为C20~C60的混凝土承重结构的改造、加固;不适用于已严重风化的上述结构及轻质结构。

二、间接加固的一般方法有:

1、预应力加固法

(一)预应力水平拉杆固法

预应力水平拉杆加固的混凝土受弯构件,由于预应力和新增外部荷载的共同作用,拉杆内产生轴向拉力,该力通过杆端锚固偏心地传递到构件上(当拉杆与梁板底面紧密贴合时,拉杆会与构件共同找曲,此时尚有一部分压力直接传递给构件底面),在构件中产生偏心受压作用,该作用克服了部分外荷载产生的弯矩,减少了外荷载效应,从而提高了构件的抗弯能力。同时,由于拉杆传给构件的压力作用,构件裂缝发展得以缓解、控制、斜截面抗剪承载力也随之提高。

由于水平提杆的作用,原构件的截面应力特征由受弯变成了偏心受压,因此,加固后构件的承载力主要取决于压弯状态下原构件的承载力。

(二)预应力下撑拉杆加固法

钢筋混凝土构件采用预应力下撑式拉杆加固定后,形成一个由被加固构件和下撑式拉杆组成的复合超静定结构体系,在外荷载和预应力共同作用下,拉杆中产生轴向力并通过与构件的结合点(下撑点和杆端锚固点)传递给被加固构件,抵消了部分外荷载,改变了原构件截面内力特征,从而提高了构件的承载能力

该法能降低被加固构件的应力水平,不仅使加固效果好,而且还能较大幅度地提高结构整体承载力,但加固后对原结构外观有一定影响;适用于大跨度或重型结构的加固以及处于高应力、高应变状态下的混凝土构件的加固,但在无防护的情况下,不能用于温度在600C以上环境中,也不宜用于混凝土收缩徐变大的结构。

2、增加支承加固法

增设支点加固法是通过减少受弯构件的计算跨度,达到减少作用在被加固构件上的载载效应,提高结构承载水平的目的。该法简单可靠,但易损害建筑物的原貌和使用功能,并可能减小使用空间;适用于具体条件许可的混凝土结构加固。

3、其它加固法

辅助结构加固法是采用另制的辅助构件,如型钢、钢桁架或钢筋混凝土梁,部分或全部分担被加固梁的荷载。

在支座附近加腋后,支座附近截面的有效高度提高了,因此,截面的抗弯和抗剪能力都得到提高。

三、与混凝土结构加固改造配套使用的技术一般有:

1、托换技术

系托梁(或桁架)拆柱(或墙)、托梁接柱和托梁换柱等技术的概称;属于一种综合性技术,由相关结构加固、上部结构顶升与复位以及废弃构件拆除等技术组成;适用于已有建筑物的加固改造;与传统做法相比,具有施工时间短、费用低、对生活和生产影响小等优点,但对技术要求较高,需由熟练工人来完成,才能确保安全。

2、植筋技术

系一项对混凝土结构较简捷、有效的连接与锚固技术;可植入普通钢筋,也可植入螺栓式锚筋;已广泛应用于已有建筑物的加固改造工程,如:施工中漏埋钢筋或钢筋偏离设计位置的补救,构件加大截面加固的补筋,上部结构扩跨、顶升对梁、柱的接长,房屋加层接柱和高层建筑增设剪力墙的植筋等。

3、裂缝修补技术

根据混凝土裂缝的起因、性状和大小,采用不同封护方法进行修补,使结构因开裂而降低的使用功能和耐久性得以恢复的一种专门技术;适用于已有建筑物中各类裂缝的处理,但对受力性裂缝,除修补外,尚应采用相应的加固措施。内部修补法。

内部修补法是用压力泵把胶结材料压力混凝土裂缝中,结硬后起到补缝作用,并通过其胶结性使原结构恢复整体性,该方法适用于裂缝宽度较大,对结构的整体性和安全性及耐久性等有影响,或有防水防渗等要求的裂缝的修补。

4、碳化混凝土修复技术

系指通过恢复混凝土的碱性(钝化作用)或增加其阻抗而使碳化造成的钢筋腐蚀得到遏制的技术。

5、混凝土表面处理技术

系指采用化学方法、机械方法、喷砂方法、真空吸尘方法、射水方法等清理混凝土表面污痕、油迹、残渣以及其它附着物的专门技术。

6、混凝土表层密封技术

系指采用柔性密封剂充填、聚合物灌浆、涂膜等方法对混凝土进行防水、防潮和防裂处理的技术。

7、其它技术

如结构、构件移位技术、调整结构自振频率技术等。

砌体结构篇

四、砌体结构加固方法:

砌体结构的加固分为直接加固与间接加固两类,设计时,可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法。

(一)适用于砌体结构的直接加固方法一般为:

1、钢筋混凝土外加层加固法

该法属于复合截面加固法的一种。其优点是施工工艺简单、适应性强,砌体加固后承载力有较大提高,并具有成熟的设计和施工经验;适用于柱、带壁墙的加固;其缺点是现场施工的湿作业时间长,对生产和生活有一定的影响,且加固后的建筑物净空有一定的减小。

2、钢筋水泥砂浆外加层加固法

该法属于复合截面加固法的一种。其优点与钢筋混凝土外加层加固法相近,但提高承载力不如前者;适用于砌体墙的加固,有时也用于钢筋混凝土外加层加固带壁柱墙时两侧穿墙箍筋的封闭。

3、增设扶壁柱加固法

该法属于加大截面加固法的一种。其优点亦与钢筋混凝土外加层加固法相近,但承载力提高有限,且较难满足抗震要求,一般仅在非地震区应用。

(二)适用于砌体结构的间接加固方法一般为:

1、无粘结外包型钢加固法

该法属于传统加固方法,其优点是施工简便、现场工作量和湿作业少,受力较为可靠;适用于不允许增大原构件截面尺寸,却又要求大幅度提高截面承载力的砌体柱的加固;其缺点为加固费用较高,并需采用类似钢结构的防护措施。

2、预应力撑杆加固法

该法能较大幅度地提高砌体柱的承载能力,且加固效果可靠;适用于加固处理高应力、高应变状态的砌体结构的加固;其缺点是不能用于温度在600C以上的环境中。

(三)砌体结构构造性加固与修补

1、增设圈梁加固

当圈梁设置不符合现行设计规范要求,或纵横墙交接处咬搓有明显缺陷,或房屋的整体性较差时,应增设圈梁进行加固

2、增设梁垫加固

当大梁下砖砌体被局部压碎或大梁下墙体出现局部竖直裂缝时,应增设梁垫进行加固。

3、砌体局部拆砌

当房屋局部破裂但在查清其破裂原因后尚未影响承重及安全时,可将破裂墙体局部拆除,并按提高砂浆强度一级用整砖填砌。

4、砌体裂缝修补

在进行裂缝修补前,应根据砌体构件的受力状态和裂缝的特征等因素,确定造成砌体裂缝的原因,以便有针对性地进行裂缝修补或采用相应的加固措施。

钢结构篇

五、钢结构加固方法:

钢结构加固的主要方法有:减轻荷载、改变结构计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。当有成熟经验时,亦可采用其它加固方法。

1、改变结构计算图形

改变结构计算图形的加固方法是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件,增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法;

改变结构计算图形的一般加固方法:

(1)对结构可采用下列增加结构或构件的刚度的方法进行加固:

A、增加支撑形成空间结构并按空间结构验算;

B、加设支撑增加结构刚度,或者调整结构的自振频率等以提高结构承载力和改善结构动力特性;

C、增设支撑或辅助杆件使结构的长细比减少以提高其稳定性;

D、在排架结构中重点加强某一列柱的刚度,使之承受大部分水平力,以减轻其它柱列负荷;

E、在塔架等结构中设置拉杆或适度张紧的拉索以加强结构的刚度。

(2)对受弯杆件可采用下列改变其截面内力的方法进行加固:

A、改变荷载的分布,例如将一个集中荷载转化为多个集中荷载;

B、改变端部支承情况,例如变铰接为刚结;

C、增加中间支座或将简支结构端部连接成为连续结构;

D、调整连续结构的支座位置;

E、将结构变为撑杆式结构;

F、施加预应力。

(3)对桁架可采取下列改变其杆件内力的方法进行加固:

A、增设撑杆变桁架为撑杆式结构;

B、加设预应力拉杆。

2、加大构件截面的加固

采用加大截面加固钢构件时,所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑已有缺陷和损伤的状况。

3、连接的加固与加固件的连接

钢结构连接方法,即焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择,应根据结构需要加固的原因、目的、受力状况、构造及施工条件,并考虑结构原有的连接方法确定。

钢结构加固一般宜采用焊缝连接、摩擦型高强度螺栓连接,有依据时亦可采用焊缝和摩擦型高强度螺栓的混合连接。当采用焊缝连接时,应采用经评定认可的焊接工艺及连接材料。

4、裂纹的修复与加固

结构因荷载反复作用及材料选择、构造、制造、施工安装不当等产生具有扩展性或脆断倾向性裂纹损伤时,应设法修复。在修复前,必须分析产生裂纹的原因及其影响的严重性,有针对性地采取改善结构实际工作或进行加固的措施,对不宜采用修复加固的构件,应予拆除更换。

参考书籍:

《结构可靠性鉴定与加固技术》曹双寅邱洪兴王恒华编

《混凝土结构耐久性》金伟良编

加固设计论文范文篇2

1.1现状

土石坝在我国具有悠久的历史,主要是有由当地土料和石料组成。按照高度可分为低坝、中坝和高坝,按照施工方法可分为冲填式、碾压式等。土石坝可在当地直接取材,使得水泥、钢材等其他材料大大节省,施工简单,因适应变形能力强,对地基无太高要求,且结构简单方便扩建维修。其不足之处在于由于坝身不能溢流,所以在施工导流方面作用较弱,而且施工成本相对较高。从20世纪50年代起,近代土石坝技术迅速发展,在我国许多中小型水库中都有应用。

1.2险情

首先是渗漏,主要是指坝身渗漏和坝基渗漏,对水库安全影响较大。其原因是多方面的,如基础材料质量不合格,里面杂质太多;坝身设计不合理,厚度没达到要求以至于渗径不足;坝基不合理,一旦出现不均匀沉降,在其挤压下坝基很容易变形;排水体堵塞不能发挥正常作用,甚至忽视了排水体设计;截水槽大小和工艺都不合格。其次是裂缝,出现裂缝极易导致水源流失,当达到一定量时,甚至有冲垮坝身的可能。其原因与清淤不彻底、泄洪操作不当、坝基防渗措施不合理等因素有关。此外坝体滑坡也是土石坝面临的一大险情,可能是建设不到位、勘验设计不合理、碾压不到位等因素造成。

2实际案例分析

某乡镇为加快发展速度,计划建一小型水库A,负责周围3265亩农田灌溉的工作。A水库集水面积35.6m2,总库容386万m3,以灌溉为主,另外还具有防洪、水产养殖等综合功能。大坝建设备受重视,总结以往经验,为降低大坝风险,工程采用土石坝,从当地直接取材。设计环节是前提,最终设计人员设计了帷幕和排水相结合的防渗结构形式。坝身渗漏和坝基渗漏是最为常见的险情,且危害重大,设计过程中必须考虑如何除险加固。

3关于中小型水库土石坝的除险加固设计

3.1土石坝坡加固设计

某水库在过去几十年中因断面有过数次维修,以至于抛石过高,超过了最危险滑弧的范围,以至于抗滑动力作用大大下降,反而还促进了大坝进一步滑动。在最近一次整治时,经严密商讨将部分砌石拆除并予以控制,确保不会超出最危险滑弧的范围,而且对上部陡度较大的坝坡也进行适当削减,以减小滑动力。在上游削坡减载后,原来的坝轴线会有所下降,此时坝顶高度和宽度均应满足规定要求,并做好坝顶和下游坝坡的加固工作。该工程为避免重蹈覆辙,在设计时结合实地勘察资料及工程需求对上游进行合理地设计,具有良好的抗滑力作用。而在下游坝坡加固中,因为下游坝坡通常要比上游稍抖,所以仔细选择填筑材料和坝坡形式,风化石渣料可设计为1∶2—1∶2.5。坝顶建有马道,主要为检查观测及维护工作服务,坝脚则设置有排水棱体。土石坝在使用中可能会受到各种内外界因素影响,所以按照最不利情况下的标准精确计算其承载力、耐久性等,若不符合要求则需重新设计计算,直至达到最初要求。该水库设计有放空底洞,放干水后确保其不会对灌溉产生较大影响,也不会引起大坝滑落的基础上放空水库,完成上下游的培厚加固工作,从而减轻上游削坡减载造成的防渗体破坏程度以及工程量,同时也避免了不必要的经济损失。在今后使用中如果大坝出现安全问题,同样也可采取此类方法进行解决。

3.2土石坝防渗设计

首先是对坝基、坝肩和接触带的防渗设计。对于前两处渗漏而言,适宜采用帷幕灌浆法,以纯水泥或纯水泥砂浆灌入,设置一排间距为1.5m左右的灌浆孔,深度控制在相对不透水层以下3-5m。如果是基岩破碎带,灌浆孔需要设置两排甚至更多。对于基岩和坝体的接触带渗漏而言,可在帷幕灌浆将要结束时以水泥黏土浆灌入,根据实际需要由稀到浓调整浆液浓度,并适当调整灌浆压力和粘土使用量,最终确保帷幕和坝身形成统一的整体。坝肩帷幕顶部灌至水库正常蓄水位,两边则延伸至水库正常蓄水位与相对不透水层在两岸的相交处,以提高整体的防渗性。其次是对坝体渗漏进行防渗设计。如果坝体孔隙率较大,采用其他防渗方式都很难起到理想的效果,此时可沿着坝轴线建防渗墙,墙体厚度在65-85cm间,底部深入基岩2m,余基础帷幕灌浆相连,往往能起到较好的防身效果。如果坝体局部孔隙率较大或者存在明显的渗漏薄弱面,可考虑充填灌浆法,以粘土水泥浆灌入坝体孔隙中,达到防渗目的。此外还有一种防渗设计方式,即在上游坝面铺设复合土工膜,该方式对各种原因导致的渗漏都比较适用,但在设计时需注意,复合土工膜和上游坝脚防渗体结合处不得出现防渗空挡,否则会降低防渗效果。

3.3土石坝排水设计

首先是坝体排水。大坝整治坝体排水多采用棱柱体和贴坡式排水,要注意处理好原排水体及新老排水棱体的连接设计,设计时拆除原棱体失效部分。当新增排水体距原排水体较远时,为节约排水材料,降低投资,同时又能利用原有排水体,可在两者之间设水平排水带,将其连接起来。为节约投资,同时又使棱体外观平整美观,可在干砌块石外面砌条石。其次是坝面排水。坝面排水属于常规设计,应该注意的是,如果上下游护坡采用现浇混凝土或浆砌混凝土预制块,应每2m~3m设一个排水孔,直径5cm左右,呈梅花形布置,孔内采用土工布袋作反滤层,施工方便快捷,排水孔应水平或略向下倾斜。另外,还有白蚁防治、大坝护坡设计、外观和观测设施设计等,需根据实际情况而采取相应的设计方案。

4结束语

加固设计论文范文篇3

南阁大桥主桥为双塔双索面稀索斜拉桥,中间设置挂梁,挂梁为预应力钢筋混凝土工字梁。桥跨组合为:2×35m+108m+3×35m,其中吊梁36m,桥梁全长283m。设计荷载为汽车-20级、挂车-100,于1994年建成通车。上部结构:主梁采用先简支后连续的组合式部分预应力混凝土连续梁,恒载的绝大部分为预制A类部分预应力工字梁承受。横桥向设四片工字梁,工字梁间距3.2m。索塔为H型,不设上横梁。斜拉索为双索面稀索体系,每塔设置5根拉索,分两种类型,分别由1457mm和2117mm平行钢丝组成。下部结构:主墩基础为81.5m的钢筋砼钻孔灌注桩组成的高桩承台,过渡锚墩基础为21.5m的钢筋砼钻孔灌注桩组成的高桩承台。

2病害分析

2.1表观病害

该斜拉桥技术状况评定为4类桥,影响桥梁的正常使用。主要病害有:挂梁受到过往船只的不同程度撞击,存在严重的安全隐患;全挂梁边梁出现严重纵向裂缝,局部有少量斜向裂缝;最大缝长2100cm,最大缝宽0.58mm;纵梁多处露筋锈蚀。

2.2验算和试验

在承载能力极限状态组合下,斜拉桥挂梁跨中、塔根处纵梁、35m工字梁截面抗力不满足汽车-20级和公路Ⅱ级荷载要求;在正常使用极限状态下,斜拉桥挂梁跨中、塔根处纵梁、13#-14#墩梁、35m工字梁截面缝宽度验算不满足规范要求。静载试验各工况下,主桥跨中挂梁、主桥第二跨工字梁主要测点挠度校验系数均大于规范允许值1.00,不满足规范要求;主桥纵梁主要应变测点及主桥第二跨工字梁主要应变测点校验系数均大于规范允许值1.00,也不满足规范要求;且主桥跨中35m简支挂梁裂缝测点有明显变化。综上,桥梁的刚度、强度及抗裂能力差。动载试验条件下,斜拉桥主桥和36m挂孔工字梁动载的实测值均大于理论计算值,结构整体刚度满足设计要求。

3复核模型与加固方案

一般研究桥梁结构损伤程度的校验系数是基于挂梁与主跨相邻35m工字梁作为一个整体的基础上进行考虑。本次复核认为:挂梁作为一个单独结构放置于两侧斜拉桥框架上,结构上可视为独立的简支梁受力。因此,在计算校验系数时,按简支梁考虑扣除两端位移后,以跨中与两端支座间相对位移进行考虑,这样可更真实地反映挂孔的工作状况。综上所述:(1)斜拉桥主塔、拉索及纵梁满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》中“校验系数小于1”的要求,视为工作状态尚可,不考虑加固。(2)斜拉桥挂梁校验系数为2.71和3.11,严重超出《公路桥梁承载能力检测评定规程》中“校验系数小于1”的要求,结构刚度严重不满足设计要求,本复算认为挂孔工字梁工作状况远比理论状况差。根据损伤判断,损伤系数约为0.32,显示挂梁部分的四片主梁损伤均比较严重,刚度较差,且整体性较差,加固方案采用全部更换方案。(3)复算中第一、二跨工字梁基本满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》中“校验系数小于1”的要求,且考虑检测报告中未发现该跨工字梁有相应的明显病害,故认为工字梁实际状况要好于理论状况,结构刚度满足设计要求,不考虑加固。

3.1加固设计

基于复核计算结果及检测报告,考虑到结构的安全性,宜适当降低加固标准,故加固的目标是维持原汽车-20级、挂车-100的荷载标准。根据该桥梁交通量、使用要求及结构受力情况,遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护并满足结构强度、刚度、耐久性、适用性的要求,进行本次维修加固设计。另外从美观的角度出发,维修设计时尽量做到维修后结构外观与原结构和谐一致。

3.2斜拉桥加固设计

(1)由于原挂梁工作状况较差,考虑拆除原挂孔混凝土工字梁,重新架设钢箱梁,增强挂梁的整体受荷情况,以及改善挂梁整体刚度,减轻自重,缓解恶化速度。采用钢箱梁挂梁替换现有的4片工字梁,复建原有的人行道板及栏杆,以及更换原挂梁端伸缩缝。(2)考虑到边跨工字梁工作状态尚可,仅对工字梁中出现的裂缝进行封闭或灌注处理。(3)鉴于斜拉索于2008年进行了更换,若更换挂梁时发现斜拉索锈蚀较严重则更换斜拉索,若斜拉索工作状态良好则不进行更换。

3.3钢箱梁结构设计

斜拉桥挂梁采用钢箱梁。钢箱梁顶面设置钢纤维混凝土现浇层,厚15cm(含顶板厚)。主桥挂梁为一孔34m简支钢箱梁。钢箱梁顶宽12.0m,底宽9.66m,悬臂长1.2m,箱梁外腹板处梁体净高2.2m(外轮廓尺寸)。箱梁为单箱三室结构,边、中腹板为直腹板。钢箱梁通过腹板变高形成顶板双向2%横坡,底板横向水平设置。钢箱梁主要由顶板、底板、腹板及各自的加劲肋组成,在钢箱梁中每2m设一道纵向横隔板,强横隔板和弱横隔板交错设置,以保证箱梁的整体作用。桥面板采用正交异性板,箱梁顶板纵肋为闭合截面的U形肋,肋厚6mm,肋距400mm。底板纵肋为板肋,肋厚12mm,肋距400mm,牛腿横梁内对应纵肋处设置板肋,厚16mm。箱梁腹板厚18mm,翼板顶板厚度等厚12mm,顶厚16mm。箱梁底板厚在跨中28.814m范围内为20mm,在牛腿横梁内局部加厚到22mm。底板、顶板不同板厚对接时厚度的变化都在箱外侧进行,保持箱内侧平顺。箱体及分块节段间连接全部采用焊接。为了保证桥梁的平整,钢箱梁应向上设置预拱度,具体预拱度值施工交底时提供。

4结语

加固设计论文范文篇4

集灌路分离式立交桥位于厦漳高速公路厦门段,原桥名为官林头互通I-1桥,为左右幅分离的钢筋混凝土矮墩连续刚构箱梁,桥跨组合为(20.5+2×21.5+20.5)m,全长88.30m。单幅上部结构采用单箱三室混凝土箱梁,梁高1m,顶宽12.5m,底宽6.5m,腹板厚0.40m,顶底板厚0.25m。下部结构采用薄壁墩、单排3根Φ1.2m钻孔灌注桩基础,墩梁固结。桥址区基岩埋深大于40m,基础按摩擦桩设计。该桥于1997-07月竣工通车,检测发现该桥混凝土保护层厚度与设计值相比偏薄,梁体出现结构受力的横向裂缝,加固后粘贴的玻纤布老化,局部出现脱落,技术评定为三类桥。改扩建需要将原有桥梁拼宽至8车道。主要技术标准如下:(1)设计荷载,老桥为汽—超20,挂—120;拼宽新梁为公路Ⅰ级;(2)设计车速为120km/h;(3)桥面宽度:老桥总宽26.0m,双向4车道,扩建后的桥梁总宽为42.0m,双向8车道,在老桥两侧各拼宽8.0m。(4)地震基本烈度为Ⅶ度。

2扩建方案

根据老桥现状调查、桥梁检测报告及静、动力荷载试验结果,经过综合分析,认为老桥经加固后可以继续正常运营。桥梁扩建方案为:保留老桥并采取一定的加固措施,新建结构类型相同或相近的新桥,通过翼缘板湿接缝连接新老桥梁,最后形成双向8车道的桥梁结构。

2.1结构体系分析

鉴于老桥采用墩梁固结矮墩连续刚构体系,在同跨径桥梁中比较少见,为考察箱梁病害是否结构体系的问题,是否需要利用体系转换来改善当前结构受力状态,拼宽新桥采用何种结构形式比较有利,对如下2种不同结构体系进行分析比较:体系1:维持原有结构体系不变,进行加固、拼宽;体系2:解除2个边墩的墩梁固结,维持中墩固结,进行加固、拼宽。采用midasCivil程序,以老桥为例,建立结构体系对比计算模型,主要考察箱梁边跨跨中截面、中跨跨中截面、边墩墩顶截面、中墩墩顶截面的面内弯矩以及边墩墩底推力的差异。体系1与体系2计算结果的比值为1.012~1.112,结构体系的影响对桥梁上部箱梁结构受力影响并不显著。因此,老桥加固以及新桥设计仍然采用原有的矮墩连续刚构体系,以避免老桥因体系变化导致次生病害产生,并保证活载作用下新老桥横向变形比较一致。

2.2新桥结构

新桥采用与老桥相同的跨径及上下部结构,以保证外观一致且变形协调。桥跨组合为20.5m+2×21.5m+20.5m,全长88.30m。上部结构采用单箱双室混凝土箱梁,梁高1m,顶宽8.0m,底宽5.5m,腹板厚0.40m,顶底板厚0.25m。薄壁墙式墩,墩身宽度3.0m,厚度0.6m,单排2根Φ1.2m钻孔灌注桩基础,墩梁固结;肋式台、双排4根Φ1.2m钻孔灌注桩基础。

2.3老桥加固

为确保桥梁能够安全、正常的运营,在拼宽之前,必须对老桥进行加固,以提高既有结构的承载能力、耐久性。按照“老桥老规范、新桥新规范”的原则进行维修加固,即对原桥的结构验算仍然采用85年颁布的相关规范(简称旧规范),但加固工程中涉及的材料、工艺等部分,执行最新颁布的规范(简称新规范)。除一般病害(如非结构性裂缝,混凝土表层破损、脱落,支座老化、破坏等)采用常规处治措施外,对主要病害箱梁腹板、底板裂缝,需进一步研究合理的维修加固措施。

2.3.1老桥主要病害

主要病害为箱梁腹板、底板裂缝、玻纤布老化,第4跨梁底玻纤布局部脱落,梁体出现超限宽的横向受力裂缝,梁底共13条横向裂缝,缝宽0.18~0.28mm,共计缝长22.1m。核查以往养护、桥检资料,该桥在粘贴玻纤布加固之前的主要病害为:梁侧腹板存在较多裂缝,均为竖向裂缝,右幅第1~3跨梁侧腹板裂缝部分延伸至梁底,左幅第1跨梁侧裂缝部分延伸至梁底,最大缝宽0.20mm;左幅第2跨1/4L~3/4L、第3跨1/4L~3/4L存在梁底横向裂缝,最大缝宽0.10mm。

2.3.2病害成因分析

经过综合分析,产生上述病害的主要原因如下:(1)施工措施不当,施工中混凝土震捣不密实、钢筋位置偏差、保护层过薄、养护欠妥当等,造成混凝土质量不均匀,在受到较大荷载时,沿腹板产生的表面裂缝易与受拉区裂缝相连接[。(2)腹板侧面裂缝部分从梁底向上开裂,梁底面出现横向裂缝,均与主筋垂直,属于梁受拉区出现的弯曲裂缝,说明结构抗力不足。(3)刚构桥属于超静定结构,混凝土收缩、徐变、温度变化等都会对结构产生附加应力,导致混凝土开裂。

2.3.3加固方案

综合考虑加固效果、施工便利性及加固施工过程中的通车要求等因素,在清理混凝土表面,对裂缝灌浆、封闭后,采用高强不锈钢铰线网-渗透性聚合物砂浆技术进行加固,施加预应力高强钢铰线网提高结构的承载能力,抗剪与抗弯加固的不锈钢铰线分别采用Φ3.2mm和Φ4.8mm规格,种类均为6×7+IWS,同时通过在外表面涂刷3cm厚度的配套高强渗透性砂浆增加结构的耐久性。加固前须拆除梁体表面粘贴的所有玻纤布。箱梁外侧面沿腹板全高加固,主要受力钢铰线须垂直于桥梁轴线方向,并兜向底板45cm。箱梁底板上的钢铰线网需须顺桥向布置,每跨内的钢铰线网在纵向不宜拼接,必须搭接时,在钢铰线受力方向的搭接长度应不小于80cm。施工工艺流程为:定位放线→混凝土基层处理→裁切钢铰线网片→钢铰线网片的固定与张紧→钢铰线网片节点的固定→涂刷界面剂→聚合物砂浆压抹→湿润养护。其中钢铰线网的固定和张紧是其能够立即和原结构共同受力的关键。根据设计确定的锚具位置,通过植入螺栓和粘贴钢板在构件端部固定锚具。钢铰线下料后,用专门的挤压锚具挤压套筒使其与钢丝绳成为一体,在一侧钢丝绳的一端直接穿入锚具,另一端由专门的张拉器预张紧后进行锚固,参考以往工程经验,预张拉应力取0.25~0.3倍的抗拉强度设计值。用配套专用固定销钉对钢铰线网片的各节点进行逐段钻孔锚固,使其固定在箱梁上。该项加固技术在国内许多建筑工程、桥梁工程上得到应用,实践表明加固效果良好,其主要特点如下:(1)由于高强渗透性砂浆基本为无机材料、不锈钢绞线网耐腐蚀性能好,较好地解决了混凝土结构加固后的耐久性、抗火、耐高温性能等问题,加固性能可靠;(2)钢铰线网为高强不锈钢铰线编织成网,运输及施工方便;(3)高强钢铰线强度高,其标准强度约为普通钢材的5倍,加固后结构自重增加很小,对原结构的自重影响也很小;(4)对混凝土结构进行抗弯及抗剪加固均可取得良好的加固效果,并且可以显著地提高构件刚度;(5)混凝土构件加固后的疲劳性能以及钢网、砂浆的锚固、粘结性能良好;(6)易于大面积施工,在结构加固的过程中不影响建筑物的使用,对被加固的母体表面没有平整要求,节点处理方便,更适合桥梁和楼板等混凝土结构的加固。

2.4新老桥拼接

经过多阶段比选确定箱梁拼宽设计的基本原则为“上连下不连”,其要点如下:(1)新老桥上部结构通过拼接形成整体共同受力,下部结构分离独立受力。(2)老桥箱梁翼缘板下缘钢筋无法承受翼缘板刚接后产生的正弯矩,设计采用现浇铰缝进行拼接。老桥翼缘板切除0.5m,新老箱梁之间预留0.5m的UEA钢纤维混凝土翼缘板后浇段,新老桥之间通过植筋和锯缝形成铰缝,拼接铰缝构造见图5,顶板锯缝填沥青玛蹄脂,底板填塞木条。(3)为减小拼宽部分收缩、徐变对老桥的影响,拼宽部分建成后3~6个月,再实施拼接。(4)为减小拼接后新桥基础沉降对老桥的影响,应严格控制该基础沉降,对新桥进行桩底压浆。同时,为了降低新桥的后期沉降量,尽量使沉降量发生在拼接前,新桥上部结构施工完毕后,对梁体进行加载预压,加载量不小于桥面2期恒载的重量,预压时间控制在2~3个月。

3结构受力分析

3.1分析模型及计算荷载

采用MIDASCivil对老桥加固前后、老桥和拼宽新桥在拼宽前后、拼宽纵桥向相互影响及结构抗震性能进行分析计算,有限元模型见图6。采用ANSYS进行新老桥翼缘板拼宽前后局部分析。考虑的荷载有施工临时荷载、恒载、汽车荷载、整体温差、梯度温度、基础变位、收缩、徐变、地震动等。老桥计算考虑了一定的定量退化处理。

3.2主要分析结果

(1)桥梁拼宽前,老桥在承载能力极限状态下满足规范要求,正常使用极限状态下裂缝超限,需要进行加固。现行公路桥梁加固设计规范未对上述加固方法进行规定,考虑到该方法与粘贴钢板加固法同属于复合截面加固法,钢铰线网与钢板的受力方式均设计成仅承受轴向应力作用[4-5],其加固原理、材料性能、计算假定等均类似。参照文献中2种加固方法的3种计算规定,对老桥加固进行验算,裂缝通过应变值推算,不考虑主梁侧面围套内钢铰线网片对承载力的提高作用,计算结果满足规范要求。此外,还可采用组合有限元法建立精细模型进行分析计算。(2)桥梁拼宽后,新老桥在承载能力极限状态和正常使用极限状态下的结构承载力、裂缝宽度、跨中挠度满足规范要求。拼宽后老桥的弯矩、剪力值有所增大,新桥的弯矩、剪力峰值下降。(3)新老桥翼缘板拼宽前后局部分析结果表明:拼宽后,新桥的基础变位导致新、老桥翼缘板出现横向附加弯矩,弯矩峰值在墩顶处,向跨中及桥台处逐渐减小。老桥翼缘板(每延米长度)的墩顶横向弯矩在翼缘根部大于新桥翼缘板根部的横向弯矩。基础沉降工况对拼接的影响最大,老桥抗剪略有不足,考虑到老桥翼缘板加固困难,设计除适当增加新桥桩基长度外还对桩基底部进行压浆处理,以减少基础沉降的影响。同时,为了降低新桥的后期沉降量,尽量使沉降量发生在拼接前,新桥上部结构施工完毕后,对梁体进行加载预压。(4)采用反应谱法进行抗震性能分析,桥梁采用连续刚构体系,桥墩为薄壁墩、单排桩基础,刚度适中,各墩台刚度协调,结构体系抗震性能较好,地震工况不控制设计。

4结语

加固设计论文范文篇5

梁桥加宽方式有多种,主要根据不同的桥梁结构形式来决定其连接方式。总体上看,城市桥梁中,上部结构基本为空心板、T梁、箱梁的桥梁等连接方式。而从结构特性上,一半又分为铰接和刚接两种方式。

1.1城市旧桥加宽需要解决的问题

以下问题必须考虑:(一)混凝土的收缩和徐变。在应力不变的情况下,混凝土应变随时间增加而增长的现象,为混凝土徐变。混凝土在空气中结硬时,体积会减少,这种现象称为混凝土收缩。显然新旧桥接在一起时,由于两者的收缩和徐变不一致,新桥的混凝土发生收缩、徐变,会对旧桥产生较大的附加应力。[1]因此,在纵缝连接时,合适的连接时间非常重要。而且,对于不同类型的桥梁上部结构,还需要通过实际试验和计算分析,保证预制板存放的最佳时机。一般而言,新桥空心板、T梁、连续箱梁等常规结构均采用结构整体连接方式,可以适当延长预应力张拉前的混凝土养护龄期和存梁时间,成桥后一般需要经过合理的时间后,再进行结构连接。(二)基础的不均匀沉降。和混凝土的收缩类似,旧桥的基础沉降基本定性,如何考虑和计算新桥的沉降量,保证其定型之后两者再同一高度,是很重要的问题。施工时,既要考虑到桩底沉渣,还要考虑到天然基础等,并进行计算分析,确定基础最终沉降量的大小,采取相应的技术措施。

1.2旧桥加宽后承载力和车速等问题的设计

城区旧桥加宽的很多原因在于其流量太小,形成交通瓶颈。一旦加宽,往往意味着流量增大,车速增快。这就必须考虑提升旧桥的承载能力,使得新旧桥能够保持一致。旧桥在整体加宽改造时,其承载能力是反映桥梁使用现状的一个重要技术指标。对承载能力的提高,可以从增强结构整体性入手,并遵从以下设计方法:采用合理的旧桥加固方式,对旧桥进行加固时为了保证新旧桥的承载能力基本一致,否则新旧桥加宽后,其双车道或多车道的功能,会因为旧桥的承载能力而打折扣;桥梁的横向刚度对改善结构受力影响显著,即横向刚度越大,原结构承载能力提高也越大,因此在新桥施工过程中,应注意增大横梁刚度,以期最大程度地提高旧桥承载能力;一般而言,新桥会因为边梁、次边梁及中梁等因素,分担一部分旧桥的承载力,但是必须对旧桥实施横向整体加宽改造,使得两者更协调。

对于车速,新桥可以按要求进行设计,而旧桥会受到汽车荷载等级、汽车荷载冲击力、离心力、汽车荷载引起的土侧压力、制动力等的影响。对于城市中的桥梁,其汽车载荷应充分考虑到经济实用性,不同年代,不同等级的公路,以及可能过往的车辆都是车载符合参考的依据;汽车荷载冲击力,其标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数群。一般而言,提高汽车速度,提高旧桥承载力必然引起汽车荷载冲击力、离心力、汽车荷载引起的土侧压力、制动力的增加。[2]因此,旧桥整体加宽时,必须考虑提高车速的影响,如果经过检测和理论计算分析,旧桥不能满足汽车荷载冲击力、离心力等增加的要求,则必须采取相应的加固措施。

2旧桥加固技术方法

2.1旧桥加固方法的选取原则

桥梁加固的方法有多种。对于具体的、不同的工程如何选用,应依照以下的原则:(一)经济适用性原则,采用加固方案应考虑耗费少、功效快、不中断交通、技术上可行、有较好耐久性等方面的要求。(二)安全美观性原则,补强加固是通过加大或修复桥梁构件来提高局部或整座桥梁承载能力的措施。

2.2旧桥加固过程

旧桥的加固必须遵循科学的设计方法和步骤:(一)旧桥的评价鉴定。要保证新旧梁桥最大程度的温和,需细致做以下工作:了解桥梁结构的尺寸、截面、钢筋的直径及布置;了解构件的材料性能,混凝土的强度;了解该桥过往车辆类型、吨位、实载率以及交通量,并考虑城市改造后,其交通量的变化。(二)确定加固方法。基础工作是对经济效益和地下结构做出判断。其次的工作室确定加固的方法,不同的桥梁,有不同的加固方法,以等截面悬链线钢筋混凝土双曲拱桥为例,其加固过程就可以分为[3]:①拱上建筑和桥面加,如可以拆除有腹拱圈、侧墙并挖除所有拱腔填料,以减少拱上恒载的作用,提高桥的承载力;②桥台加固,可以在两岸桥台上分别拆除部分侧墙,并现浇横挑梁与整体式钢筋混凝土桥面;③主拱圈加固维修,如在跨拱肋下缘粘贴碳纤维布,以增强拱肋的抗弯能力等;④桥墩、桥台加固,如对对桥墩墩身外侧设置一层钢筋网,并浇筑一定厚度的厚混凝土,以提高桥墩的强度和抗风化能力,或在桥台两侧侧墙设置一层钢筋网,并浇筑厚混凝土,以改善侧墙的受力性能等。

3结束语

旧桥加固和拓宽,根本上是为了适应经济的发展。但是在加固和拓宽之前,必须有充分的调研,在进行经济优化分析之后,进行详细的分析设计,如地理条件,旧桥的相关因素,并根据这些而设计不同的拓宽和加固方法,保证新旧桥的安全稳定使用。

参考文献:

[1]孟广文.关于公路旧桥拓宽设计问题的思考[J].公路交通技术.2004(6):72~75.

[2]关土华.市政桥梁整体加宽中的新旧桥协调问题浅析[J].科技资讯.2008(16):86.

[3]张哲.城市道路上旧桥拓宽加固设计方法[J].吉林交通科技.2006(4):41~43.

加固设计论文范文篇6

关键词:水库;除险加固;设计

在新中国成立后,各个行业都需要大力发展,在水利工程方面的需求量也在逐渐加大。一些水库由于长久没有维修加固,存在着各种质量病害问题,对其自身的作用发挥也有着很大影响。加上水库建造时候的材料质量比较低劣,在时间的推移下,整体的质量以及坚固程度也大大受损。加强对水库除险加固设计的方法实施,就要从多方面进行充分重视,通过理论联系实际,就能提出合理的水库除险加固设计方案。

1水库主要险要问题和除险加固设计依据

1.1水库主要险要问题分析

根据病险水库运行情况,结合地质勘察报告以及老化病害检测评估意见和工程安全复核的结果能得知,主要的险要问题包括:①水库的防洪能力相对比较低,防浪墙的基础和心墙没有紧密连接,防浪墙的基础坐落在砂壳上,一些墙体的横向裂缝问题比较突出,这就会影响防浪墙的作用发挥,对防洪的能力方面就相对比较薄弱[1];②一些大坝工程的建设过程中,坝体的压实工作上没有满足实际需求,坝体的质量相对比较差;③坝基渗漏的问题比较严重,这对大坝的整体安全性就有着很大威胁;④大坝的护坡方面的质量相对比较差,护坡石的风化问题比较突出,这也会对大坝的安全性造成直接的影响;⑤大坝的观测设备不能正常的使用,不能有效发挥检测的功能[2]。对于这些层面的问题,就要详细化的分析研究,保障水库的险要问题能有效解决。

1.2水库除险加固设计依据分析

水库险要问题的有效解决,需要充分重视除险加固技术的科学应用,在设计工作中应当严格执行设计标准和规范,保障设计的科学性。水库除险加固的设计,严格按照《水利水电工程设计洪水计算规范》以及《水工设计手册》和《水利水电工程等级划分及洪水标准》进行水库的工程等别、建筑物等级和洪水标准的确定和水文分析计算,并且结合工程地质资料进行水库除险加固设计工作[3]。在设计中应当对规范的有关规定加强重视,在设计细节上予以高度重视,对边坡的稳定最小安全系数以及溢洪道边墙抗滑和抗倾稳定安全系数等相关内容充分了解(见表1)。对水库除险加固设计工作的实施,可在具体的设计中参照相应的安全系数表进行检测,保障设计的安全稳定性。在设计后要对水库工程的质量进行评价,以及在运行管理和防洪标准、渗流安全等层面进行评价。只有这样才能有助于水库设计的安全性保障。

2水库除险加固设计方法

水库除险加固设计方法的应用中,会涉及到多个设计内容,这就需要重视设计的科学性。结合实际对水库除险加固设计的具体方法实施进行了探究,在这些方法的应用下,就能有助于水库除险加固的整体质量提高。

2.1注重准备工作的完善化

要具有科学性,将准备工作加以完善,在加固技术设计前,对水库的病险问题能有效排查,将水库的安全隐患问题明确化,这样才有利于安全隐患的针对性解决[4]。设计人员在对水库的病险问题明确后,就要对工程等别、建筑物级别、防洪标准、边坡稳定系数和抗倾稳定安全系数进行复核,注重现场勘查工作,全面收集水库建设时的设计图纸、施工资料,完善前期的准备工作。

2.2水库除险加固的测量工作和要点明确化

设计人员要对水库的整体结构有详细化的了解,这是对除险加固技术方法应用的基础保障。有的水库年代比较久远,如果不能针对性的了解水库的整体结构,就不能针对性的进行除险加固方法的实施。这就需要在测量工作方面能妥善实施,对水库的结构数据信息详细掌握,以及对水库周边的地貌以及泄洪道截面的参数等,都要进行详细的测量,然后结合实际的资料复核,确保数据信息的准确性。在对水库除险加固设计的要点方面能加以明确化,对前期数据信息进行分析,探索针对性的除险加固措施的实施,这对确保水库质量的具有重要的保障作用。

2.3对水库的坝坡和坝基采用振冲法加固

在振冲加固设计过程中,要充分重视加固范围的明确化,对上游振冲的影响因素主要体现在地震液化度以及施工过程中的水位。在加固的深度方面,就要和工程地质勘察报告的要求相适应,在对孔位的布置方面要注重。振冲孔的一般呈正方形布置[5],孔距先通过理论计算进行确定,然后在现场进行试验,确保孔距达到预期的加密效果。在具体振冲加固设计施工中,通过不加填料就地振密工艺的实施,在施工中如果出现了不易贯入的问题,就要能充分重视对造孔的速度加快方法实施,这样就能有助于施工的顺利性。

2.4对水库的防渗墙进行加固处理

防渗墙是水库的重要组成部分,对其的设计加固必须要要充分重视。具体的加固方法实施上,就可通过在上游坝肩进行构筑悬挂式混凝土防渗墙。可将防渗墙的轴线放在上游的坝肩部位,在混凝土防渗墙的厚度方面,就要结合实际的情况,各个工程选用的塑性轮防渗墙的允许坡降差别较大,从50~100不等,大多数采用60~100。将混凝土防渗墙和坝体能有效结合,坝体的弹性模量相对比较低,为能有效适应坝体的变形,混凝土防渗墙就要能通过50#塑性轮加以应用。这一加固技术的应用,在施工的工艺上比较简单化,施工的效率比较高,在工程造价方面也相对比较低。

2.5注重质量的有效控制

水库除险加固设计工作要保证科学性,这是水库的病险加固的基础,在实际设计工作实施中,就要和病险的特征紧密结合,在投资方面以安全节约的原则作为方向。设计工作中对水库的地质条件以及施工方法和料场等要素都要能充分重视,在设计方案方面进行综合化的比较以及论证[6],然后结合实际提出科学有效的加固处理方案。在施工图设计中,要求设计和施工的进度要相结合,同时加强设计服务工作,按照规定参加隐蔽工程的验收,在除险加固设计的经验总结以及交流等方面要能加强重视。水库的除险加固工程的实施,要和实际相结合,在设计文件管理工作上也要能充分重视,只有从多方面加强重视,对水库的除险加固设计目标才能有效实现。

3结束语

综上所述,水库除险加固的设计工作需要从多方面加强重视,设计过程中涉及到的内容比较多,要对每个环节加强质量控制。通过对水库除险加固设计的研究分析,通过理论联系实际,就可以提出合理的除险加固的设计方案,这样就可以有效的保障水库运行的安全性。

作者:李龙 单位:奎屯农七师勘测设计研究院

参考文献:

[1]刘金岩.庆丰水库大坝除险加固研究[D].大连理工大学,2012.

[2]钟平.基于VB的小型土石坝防渗软件开发研究[D].长沙理工大学,2013.

[3]冯涛.潍坊市嵩山水库除险加固设计方案优化研究[D].山东大学,2014.

[4]张星.狼猫山水库大坝除险加固技术方案研究[D].山东大学,2015.

加固设计论文范文篇7

1.大坝加固设计方案分析

当前大坝存在以下问题:大坝防洪能力不能满足现行规范要求;大坝溢洪道下游无消能设施;坝体左坝段局部反滤层存在渗透变形,粘土斜墙发生坍塌现象;放水隧洞进口铸铁闸门启闭机已运行多年,老化且腐蚀严重,不能正常运作。济下水库防洪能力按现行规范要求设计洪水标准采用50年一遇,校核洪水标准500年一遇。实测大坝坝顶高程、防浪墙顶部均不能满足规范要求,侧槽溢洪道下游无消能设施,冲刷严重。大坝断面抗滑稳定安全系数在各工况下能满足规范要求,但大坝上游面外观不平整,大坝结构稳定评定为B级。水库大坝渗流量较小,其渗流比降略大于容许渗流比降,反滤层出现渗透变形。现场发现集中渗漏现象,大坝稳定评价为C级。

(1)经研究分析表明,本工程坝体总体稳定性较好,下游坝坡干砌石护坡稳定性好,未出现变形,坝体堆填压实达到设计容重,反滤层设置符合要求。原坝体部分施工质量良好,能满足坝体抗滑要求。

(2)坝体防渗斜墙局部渗透性及填筑压实度不能满足规范要求。坝基主要为弱风化凝灰岩,岩石坚硬致密,节理裂隙不发育,岩体完整性好,稳定性好,能满足渗流、抗滑要求。本次勘测揭露坝体地层有:①层块石护坡、②层粉质粘土(斜墙)、③层沙砾(反滤层)、④层堆石及⑤层弱风化凝灰岩(坝基)。经过本次勘测,查明坝体填土材料的组成及分布,重点查明了粘土斜墙防渗体的分布、物理力学性质及其渗透性,为指导今后该水库的坝体防渗设计提供设计参数。

(3)大坝高程不满足规范要求。坝高复核见表1所示。2007年测得大坝坝顶高程288.1m,小于校核洪水位290.96m。防浪墙顶部高程为289.65m,计算防浪墙墙顶高程290.96m。并且根据当地水利员反映,在2006年遭受台风泰利袭击时,大水漫坝顶最大达到60cm,故现状大坝高程不满足规范要求。

针对本水库坝体存在的病害问题,提出除险加固处理措施:

(1)坝体迎水坡面护坡块石风化严重,建议在坝体加固阶段对护坡块石进行更换,或采用钢筋混凝土板或沥青混凝土护坡。

(2)根据本次勘测表明,坝体防渗斜墙局部渗透性及填筑压实度不能满足规范要求,建议对坝体的②层粉质粘土(防渗斜墙)进行灌浆加固处理,或采用复合土工膜防渗加固,灌浆加固及采用复合土工膜防渗加固的施工应严格按照水利水电的有关施工规范进行,并在施工完成后按照有关要求的灌浆加固效果进行检测。根据大坝实际情况,拟定下列八种加固方案,方案一加高大坝坝顶高程,满足泄洪要求,保证大坝安全。但加高坝顶高程可能会造成水库上游村庄淹没,造成人民群众生命财产受到威胁,且政策处理困难。方案二考虑大坝右岸山体岩石裸露,稳定,适宜开凿新的溢洪道条件,采取坝体右肩新开溢洪道。但考虑到左坝肩已开溢洪道,再对右坝肩实施开挖易造成大坝失稳。方案三大坝右岸公路边垭口处新开溢洪道,设置自控翻板闸门,孔口B=10m,闸门选择6×10m,溢洪道全长251.3m,进口段及控制段共长37m,泄水槽长130.3m,出水渠长84m,采取面流消能,消力池长32m,高1.8m。但考虑到公路段开挖泄水槽,影响交通,且会影响到附近的住户,泄水消能渠占用耕地面积,政策处理困难,费用大。方案四利用自控闸门的性能,不改变水库正常蓄水位,在老溢洪道堰体上开凿门槽,设置自控翻板闸门。沿溢洪道轴线布置6扇3×6m闸门,于闸门前布置3道移动式拦污栅栏。其施工难度在于侧槽及泄水槽石方爆破,施工时必须做好必要的防震及支护措施,以确保爆破震动在大坝规范允许范围内。因此自控闸门运用的不成熟,以及后续管理技术、物力、人力上的难度很大。方案五在坝体侧槽左肩山体开凿正槽至15m,并整理侧槽堰顶,扩大流量系数至0.45;拆除坝体左肩部分,重建溢流坝段设置5×5m闸门作为非常溢洪道使用。整理后自由溢流堰顶前沿全长50m,其中侧槽段35m,正槽段15m。非常用溢洪道5×5m。流量系数均为0.45。但小范围山体爆破,做好保护,不能影响坝体稳定。溢流堰的整理达到需求的流量系数,施工精度要求高,非常用溢洪道导水墙与粘土衔接段防渗处理难度高。方案六完全拆除侧槽并拆除左肩坝体约15m,平行坝轴线方向新建溢流堰,设置3扇6×3.5m闸门,闸底高程283.4m,闸顶高程286.9m。但该方案投资过大,管理难度大,洪水期调控难度大。方案七左肩山体开凿正槽前沿至23m,降低正常蓄水位至286.1m,并整理堰顶,扩大流量系数至0.407。但该方案由于大范围的山体爆破对坝体的稳定安全可能造成不可预知的隐患,所以爆破施工技术难度很大。方案八溢流堰左肩正槽段拓宽至15m,使侧槽溢流前沿总长达到53m,并降低侧槽溢流堰堰顶高程至285.9m。整理堰顶,扩大流量系数,达到0.502。该方案需要对溢流堰的整理,小范围爆破的保护。综合各个加固方案的优缺点分析比较,最终选取加固方案八。

2.加固设计实施

2.1工程布置及结构型式

加固后坝顶总长65.0m,坝顶高程288.1m,顶宽3m。坝顶上游侧设置L型防浪墙,采用C15砼现浇,墙身厚30cm,高1.3m,墙顶高程289.4m。拆除原坝顶砼路面及下游浆砌块石防浪墙,重新浇注C15砼路面层,路面标高288.1m,宽2.6m。坝体为土石混合坝,主要由上游坝坡砼预制块及砼护坡、大坝砌石部分、堆石部分、防渗斜墙以及反滤层、埋砌块石组成。拟加固部分为坝坡及护坡、下游坝坡堆石体、防渗斜墙部分等。由于风浪冲刷上游坝坡经常发生渗漏、坍陷等情况,本次将上游坝坡干砌石拆除,铺筑10cm厚预制块砼护坡,增强抗冲刷能力。上游坝坡以马道为界,上段坡比1:2,下段坡比1:2.5。砌石部分为坚硬新鲜的花岗岩砌筑,块石长度0.8~1.2m,块石短边不小于40cm,每块重量300公斤左右。堆石部分每块石料重量100公斤左右,孔隙率35%,设计容重1.65t/m3。设计下游坝坡放缓至1:1.3。防渗斜墙部分拟挖除原有防渗体大约3m厚,查明防渗体运行状况,然后针对渗漏点进行局部开挖、回填、夯实至开挖线。然后再填筑防渗斜墙恢复至大坝设计断面。其构成为:灰黄色、褐黄色,局部灰色,饱和,可塑,局部为软塑,中压缩性,采用当地库区内粘壤土填筑,砾石含量为5~25%,粒径一般小于2cm,土层渗透系数3.95×10-7~2.55×10-4cm/s。反滤层共设三层,第一层用粗砂,第二层用2~5cm的卵石,第三层用5~7cm的卵石,底部厚度1.0m,顶部厚度0.6m。

2.2泄水建筑物加固方案

对于泄水建筑物的加固主要采用以下三个方面措施:降低正常蓄水位至285.9m;修整溢洪道将流量系数提高到0.502;溢洪道正槽段向左侧山体开挖,增加溢洪道溢流前沿宽度至53m;

3.结语

针对水库大坝存在的病害问题,对其采取除险加固措施,可以有效地改善水库大坝运营情况。文章通过结合某水库大坝病害情况,该坝体防渗斜墙局部渗透性及填筑压实度不能满足规范要求,同时大坝高程不满足规范要求。对其溢流堰左肩正槽段拓宽至15m,使侧槽溢流前沿总长达到53m,并降低侧槽溢流堰堰顶高程至285.9m。整理堰顶,扩大流量系数,达到0.502。系统地探讨该加固方案的具体设计实施,为同类工程提供参考借鉴。

作者:杨国华单位:浙江省景宁畲族自治县水利电力勘测设计所

第二篇

1大坝加固设计

1.1坝顶超高复核

张王水库为4级土石坝,在非常运用情况下,波浪爬高的计算风速采用与大坝垂直的多年平均年最大风速,即10.0m/s,在正常运用情况下,计算风速采用与大坝垂直的多年平均年最大风速的1.5倍,即15.0m/s。设计波浪爬高值采用累计频率为5%的爬高值;设计安全加高值取0.5m,校核安全加高值0.3m。张王水库设计洪水位高于正常蓄水位,故正常运用工况采用设计洪水位作为计算静水位。工程抗震烈度Ⅶ度,则非常运用工况为校核洪水位工况和正常蓄水位遇地震工况。经计算,设计坝顶高程602.00m,不需设防浪墙。

1.2大坝加固设计

根据工程地质勘察报告和大坝安全鉴定结论,结合工程现状,确定大坝加固设计内容包括:坝体加固,对左坝段桩号B0+000—B0+030段坝顶以下10m厚的坝体采取开挖回填碾压加固;大坝坝顶铺设砂砾石路面;大坝上游坝坡面整修,设干砌石护坡;大坝下游坝坡面整修加固,铺设草皮护坡,完善排水系统;排水棱体改造。

1.2.1坝体加固

根据《运城市万荣县张王水库除险加固工程初步设计阶段工程地质勘察报告》,大坝坝体现已形成左坝段B0+000—B0+030段约30m长的陷坑段,表现为串珠状,陷坑局部直径达1.5m,深4.0m左右。坝体土稍密—密实状态,属高—中等压缩性土。坝体土干密度1.65~1.34g/cm3,平均值1.47g/cm3。大坝安全鉴定综合评价坝体填筑质量较差。设计对左坝段桩号B0+000—B0+030段坝顶以下10m厚的坝体开挖后再分层回填碾压土,分层厚度不大于250mm,压实度不低于97%。

1.2.2坝顶结构

坝顶现状无防浪墙,路面为素土路面,凹凸不平,损坏严重。根据洪水调节计算和坝顶超高复核计算结果,结合坝顶路面改造,设计坝顶高程602.00m,不需设防浪墙。坝顶设砂石路面,路面宽6.0m,路面横坡2%,坡向下游侧。坝顶下游侧设30cm×30cm的素混凝土排水沟,并与下游坝坡横向排水沟相通。

1.2.3大坝上游坝坡

现状大坝上游坝坡1∶2.5,为干砌石护坡,损坏严重。设计对大坝上游坝坡面整修,整修后坝坡为1∶2.5,设干砌石护坡。1.2.4大坝下游坝坡现状大坝下游坝坡为1∶2,1∶2.5,草皮护坡损坏严重。高程591.00m处有一马道,宽1.5m,高程585.30m有约30m宽的平台,下游坝脚处设堆石排水棱体。本次设计拟对下游坝坡面整修,根据大坝渗流稳定计算结果,将坝坡整修为1∶2,1∶4.0,1∶1.5,在高程594.00m处设一条马道,宽1.5m,在高程585.70m处为一平台,宽14.8m。为防止雨水漫流冲刷下游坡面,设草皮护坡,厚度10cm。在下游坝坡中部设一道横向排水沟和左右岸坡截水沟;在下游坝坡2条马道和排水棱体顶平台的内侧均设置纵向排水沟,共3道;在排水棱体下游坡脚处设1道纵向截水沟。排水沟采用素混凝土结构,壁厚300mm,断面300mm×300mm。截水沟采用素混凝土结构,断面型式为梯形,底宽300mm,深400mm,两边坡均为1∶1。考虑到大坝巡查及交通方便,设计在大坝下游坝坡的中部横向排水沟右侧设置1道宽1.0m的浆砌石人行台阶。

1.3排水棱体改造

大坝下游坝坡脚的堆石排水棱体损坏严重,内部砂卵石结构紧密,颗粒碎小,排水不畅。本次改造拟将其翻修,提高大坝坝体下游坡脚处的排水能力,保障大坝安全。设计在大坝下游坡脚578.30m高程以下设堆石排水棱体,排水棱体高1.6~5.1m,顶宽1.5m,堆石体内边坡为1∶1.0,外边坡为1∶1.5。排水棱体与坝体填土及坝基覆盖层间均设1.0m厚的反滤层和0.4m厚的过渡层,防止坝体土逸出进而发生渗透破坏。

1.4大坝加固后的渗流及渗透稳定计算分析

根据《碾压式土石坝设计规范》,渗流计算应包括以下两种工况:上游正常蓄水位597.00m与下游相应的最低水位575.90m(工况一);上游坝高1/3水位589.50m与下游相应的水位575.90m(工况二)。渗流计算采用北京理正岩土软件中《渗流计算分析计算》相关公式,计算方法采用有限元法。计算断面选择大坝主河槽处的最大断面(桩号B0+070)。

1.5大坝加固后的坝坡稳定计算分析

根据《碾压式土石坝设计规范》,综合工程实际情况,坝坡稳定计算应包括以下三种工况:正常蓄水位(597.00m)时的下游坝坡稳定;正常蓄水位(597.00m)遇地震时的下游坝坡稳定;坝高1/3水位(589.50m)时的上游坝坡稳定。大坝坝坡稳定计算采用北京理正岩土软件中《稳定计算分析软件》,计算方法为考虑各条块侧面间作用力的简化毕肖普法。计算断面选择大坝主河槽处的最大断面(桩号B0+070)。张王水库大坝为4级建筑物,依据《碾压式土石坝设计规范》,正常运用条件下坝坡稳定安全系数最小为1.25。在各计算工况下,大坝的坝坡稳定最小安全系数均大于坝坡稳定允许最小安全系数,坝坡稳定。大坝自建成运行50多年来,坝体垂直变形与水平变形趋于稳定。因此,该计算结果分析比较合理。

2结语

加固设计论文范文篇8

随着国家经济的发展,对使用时间较长的水库来讲极容易出现下列病害:大坝坝顶高度过低泄洪建筑能力不足,防洪标准达不到规范要求,主要原因是:水文分析不足以至于泄洪建筑设置不足,随着时间推移洪水资料与设计初值产生偏差泄洪能力不足。在汛期高水位的作用下大坝极容易出现渗漏问题,许多土石坝或多或少均会有管涌、流土的现象,混凝土坝和浆砌石还容易发生溶滤破坏。多数大坝按现行规范在结构强度、抗震和滑动稳定性上均达不到要求。大坝输水及泄洪建筑的稳定系数和结构强度也不能满足现行规范要求。机电设备和金属结构使用过度,缺少更换和维修。多数水库缺少足够的水文测报和大坝观测装置,管理设施陈旧落后,防汛道路标准低,有的水库甚至没有防汛道路。

2小河口水库主要存在问题

大坝上游坝坡水位变动区塌陷、破损严重;大坝下游坝坡纵横向排水沟破损;坝右岸下游岸坡坍塌;溢洪道进口段左右侧翼墙空箱漏水严重,左侧翼墙后土体在校核洪水位会发生渗透破坏;泄洪洞泄洪能力不足等。改建方案选取:通过查阅文献对坝坡的加固处理常用的方法有:坝坡拆除重建、对局部破坏区域进行改造、对老化部位进行局部翻新,其中已拆除重建为主。溢洪道加固主要的方法有:局部拆除重建、完全废弃重建,其中已局部重建为主。输水洞加固的方式常用的有:拆除重建水塔或对水塔进行加固、对输水洞洞身进行整体加固、对输水洞出口消能设施进行加固以及对金属结构、启闭系统改建,其中已对水塔、金属结构、启闭系统的改造为主。

3改建工程加固设计

3.1坝坡改建

坝坡采取破损段局部维修加固:对大坝上游坝坡水位变动区塌陷、破损严重的干砌石护坡进行维修;对大坝下游坝坡纵横向排水沟破损段进行维修;对大坝右岸下游岸坡坍塌部位采用浆砌石护坡处理。

3.2溢洪道改造

溢洪道部分整体拆除,部分加固改造:本次设计在空箱内设土工布反滤,上铺植草砖植草固土;本次闸室改建段桩号0+189.6~0+201.6,总长12m,闸室为闸门控制宽顶堰钢筋砼结构,为了不影响上游交通桥的稳定性,本次设计将现状闸室拆除至670.4m,以上部分全部拆除重建,新建底板与闸墩为整体结构,进口底高程671.4m,墩顶高程682.5m,底板厚2.5m,边墩厚1.5~1.2m,中墩厚1.2m,检修闸门为叠梁门,工作门为平面定轮钢闸门,闸门尺寸10×6.8m,启闭平台高程为690.8m,新建闸室段与上游交通桥及下游泄槽段侧墙顺接,缝间设BW型膨胀止水条止水;闸室与大坝间采用土料回填交通道路,路面高程682.5m,路面宽8m,断面为梯形断面,上下游边坡均为1:2,要求土料压实度≥0.95,路面采用200厚C20砼现浇;泄槽底板加固范围为0+310~0+645,即在原底板上现浇砼结构进行加固处理;侧墙0+201.6~0+210段因泄洪时拱桥严重阻水,本次设计拆除重建,侧墙采用钢筋砼扶臂挡土墙结构;侧墙加高段范围为0+210~0+295、0+427~0+645,即在原墙顶现浇砼加高;侧墙改建段范围为右0+310~0+467,即将原侧墙拆除重建,侧墙结构仍采用钢筋砼悬臂挡土墙结构;侧墙加固改建段范围为左0+320~0+427、左0+450~0+480,即在原侧墙后加30cm厚钢筋砼衬砌;泄洪洞出口侧墙延长段范围为0+340.3~0+359.3,采用钢筋砼结构,尾部为流线型。

3.3泄洪洞改造

泄洪洞拆除重建:本次设计拆除原检修平台及上部启闭机房,将检修平台由670.9m加高至678.65m,启闭平台由680.4m加高至686.35m,加高部分均为钢筋砼结构,启闭机房为砖混结构,进水塔与坝顶间新建工作桥及支撑排架,桥面高程682.5m,分为5跨,总长78m;更换闸门及启闭设备;对泄洪洞洞身漏水段0+034~0+104进行洞身反压灌浆,并对伸缩缝进行维修处理。

3.4输水洞改造

输水洞增设水塔,出口增设反滤排水设施等:进口增设进水塔,塔高36.1m,启闭机平台高程682.5m,进水塔为C25钢筋砼结构,进口底高程665.5m,孔口尺寸为1.5×1.5m,塔内设事故检修闸门,上游止水,施工采用钢筋砼沉井围堰,沉井内径8m,沉井高21.5m,壁厚1.2m;进水塔与坝顶间采用钢筋砼梁板式工作桥连接,桥长54.0m,桥面宽2.5m,共分四跨,支撑为钢筋砼排架结构;对输水洞洞身进行砼回填,并在输水洞出口增设反滤排水设施。对输水干渠节制闸及泄水闸的启闭机进行更换。

3.5机电及金属结构

溢洪道增设事故检修门和启闭设备,工作闸门、埋件、启闭设备重新设计;泄洪洞事故检修门、工作闸门、埋件和启闭机拆除更新,重新设计;输水洞进口增设事故检修闸门;输水干渠节制闸及泄水闸增设启闭设备。

3.6水情自动化测报系统

为了及时了解工程运行状态以及运行管理对于洪水预报的要求,本设计增设大坝变形观测、大坝坝体渗流、坝肩绕坝渗流等观测设施,并创建水情自动化测报系统。

4本水库改建目标

加固设计论文范文篇9

1.1水库土坝结构

水库土坝结构的修筑质量差是当前水库施工工程中常见的问题之一,这主要是因为施工人员在对水库土坝结构进行施工的过程中,没有对周围的地质情况进行全面的了解,而且所采用的施工技术和施工材料也存在着一定的质量缺陷,这就导致水库的土坝结构在使用过程中出现严重的质量问题,使大坝出现渗流的现象。

1.2水库的使用过程

水库在使用过程中,大坝坝体出现局部坍塌的情况,这就对土坝结构的稳定性,带来了严重的影响,使其水库大坝的抗滑功能和稳定性能无法满足水库工程设计的要求,从而出现了许多安全隐患,对水库的正常运行和人们的日常生活造成了严重的影响。

2土坝加固设计方案

从我国当前水库工程发展情况来看,水库土坝结构的除险加固问题,不仅对水库的正常使用造成了严重的影响,还存在着一定安全隐患,时刻威胁着人们的生命财产安全。为此,对水库土坝加固方案进行设计。目前,人们在水库土坝加固设计中所包含的内容主要有:土坝坝体加厚、坝体防渗和坝体的截渗设计等。

2.1大坝坝体培厚、坝坡放缓设计

在对大坝坝体结构进行抗滑稳定加固施工工程中,坝体边坡的抗滑稳定性不足的问题直接影响了水库的使用功能,因此,为了保障水库的正常使用,技术人员就要采用大坝坝体培厚以及边坡放缓设计,来提高大坝坝体的稳定性。不过由于在不同的水库工程施工中,其大坝结构也存在着一定的差异,而且在对其进行施工的过程中还要考虑到水库周围的地质环境等综合因素,因此采用经济、安全的设计方案对其进行施工处理是十分必要的。

2.1.1上游培厚、坝坡放缓,下游坝坡不变将原上游坝坡1:2.5、1:2.75、1:3.3三级变坡通过坝体底部培厚为1:2.75、1:3.0、1:3.50,变坡处高程分别为89.00m和77.00m,坝顶宽度保持6.0m。大坝下游坝坡原设计为1:2.5、1:2.8、1:3.2、1:1.50,保持不变。

2.1.2上游坝坡削坡放缓,下游坝坡相应培厚将原上游坝坡从高程89.00m起向上通过削坡改成1:2.75,变坡处高程为77.00m,上游坝坡为1:2.75、1:3.3二级变坡。坝顶总宽不变,大坝轴线向下游平移2.75m。下游坝坡在原坝坡基础上相应培厚,保持原坡比不变。变坡处高程分别为92.00m、83.00m、74.50m,变坡处设宽2.0m马道,马道内侧设排水沟。

2.1.3上游坝坡底部培厚、上部消坡放缓,下游坝坡相应培厚将原上游坝坡三级变坡通过底部培厚、上部消坡放缓改成1:2.75、1:3.0、1:3.5,变坡处高程分别为89.00m和77.00m,坝顶总宽保持6.0m不变,大坝轴线向下游移2.00m。下游坝坡在原坝坡基础上相应培厚,保持原坡比不变。变坡处高程分别为92.00m、83.00m、74.50m,变坡处设宽2.0m马道,马道内侧设排水沟。

2.2大坝坝体防渗设计

2.2.1冲抓套井回填粘土防渗墙作为水库大坝加固设计中最常见的一种加固方式,防渗墙的使用范围较广,施工设计方法也有很多,其中回填粘土防渗墙和沥青混凝土防渗墙是较为常见的两种施工设计方案。利用冲抓式打井机具,在土坝渗漏范围造井,用粘性土料分层回填夯实,形成一连续的套接粘土防渗墙,截断渗流通道,以起到防渗目的。此外,在回填粘土夯击时,夯锤对井壁的土层挤压,使其周围土体密实,提高堤坝质量,从而达到坝体防渗、加固的目的。采用排套井平行坝轴线布置,套井直径为1.1m,排距为0.8m,套井深入坝基强风化层内1m。

2.2.2机械造槽法修建沥青混凝土防渗墙与粘土相比,沥青混凝土的塑性更佳,防渗能力和变形能力也更强,当防渗墙出现裂缝时,沥青混凝土还可以通过自行愈合的能力来治理裂缝,因而防渗效果更佳。一般坝体在采取沥青混凝土防渗墙时,多采用机械造槽法进行施工,必要时还会与帷幕灌浆技术相结合,以确保坝体防渗体系的可靠性,提高土坝加固设计效果。

2.3劈裂灌浆

劈裂灌浆防渗机理,是沿土坝轴线的小主应力面,用一定的泥浆压力人为地劈开坝体,灌注泥浆,利用浆坝互压、泥浆析水固结和坝体湿陷密实等作用,使所有与浆脉连通的裂缝、洞穴等隐患得到充填、挤压密实,形成竖直边浆体防渗墙。同时,由于灌浆压力在坝体内部所产生的应力再分配,也能改善坝体的应力状态,促进变形稳定。劈裂灌浆按双排孔布置,孔距为4.0m,孔径为1.0mm,排距为0.5m,孔深入基岩强风化层1.0m。钻孔灌浆采用分序钻灌,这样可以使灌入的浆液平衡均匀分布于坝体,有利于泥浆排水固结,避免坝体产生不均匀沉陷和位移。施工时,先钻灌一序孔,后在序孔中间等分插灌二序孔。

2.4大坝坝基和坝肩防渗加固设计

对于水库大坝来讲,坝基的加固和坝肩的加固也十分重要。如果坝基所处位置的地质层为强风化砂岩,并且还附有一定透水能力强的残积土层,那么该大坝的坝基就非常容易出现渗漏现象,必须要对其采取有效的加固防渗措施。一般在实际的工程实践中,对于这种坝基和坝肩的防渗加固设计多采用帷幕灌浆的方法或者高压喷射灌浆的方法。灌浆的质量和相关技术参数需要结合工程的实际情况,通过一定的灌浆试验来最终确定,以保证加固设计方案的可行性与可靠性。

3结束语

加固设计论文范文篇10

桥址区地形较平缓,跨越的沟渠中部局部地段为负地形,大致呈锅底状,雨季排水较为不畅通,并经常存有死水滩,随后几日,缓慢下渗至地下深处。根据原始勘察资料,桥址区0~10.0m范围内黄土(粉土)具Ⅱ级非自重湿陷性(中等),湿陷系数δs=0.023~0.080,自重系数δzs=0.015~0.034,自重湿陷量Δzs=6.19cm,总湿陷量Δs=56.88cm,桥台基础持力层位于该地层上,虽采用0.5m厚灰土垫层进行地基处理,但处理范围仅在基础之下局部范围内,对基础周围地表水的下渗未起防水作用,从而使地表水扩散运移至基础以下湿陷性黄土之中,在荷载作用下,产生湿陷下沉。其下沉速度较为缓慢,且随季节具有一定的规律,在雨季期间,下沉较迅速,雨季后地下水下渗至地表深处时,下沉较为缓慢或停止。根据地勘报告,基底附加应力为203kPa,第一层土的平均附加应力+自重应力约为124.5kPa,大于9.4m以上土层的湿陷起始压力,故第一层土在上部荷载作用和浸水状态下,0~9.4m范围内将会产生附加湿陷变形,变形量为56.88-2.46=54.42cm。据以上综合分析,桥台地基沉降量主要由湿陷变形量和土层压缩变形量组成,其总的变形量为54.42+8.223=62.64cm,目前已沉降约33cm,完成总沉降的52.7%,以后还会继续下沉,因此对其进行加固是非常必要的。

2桥梁的加固设计

本文针对其出现的桥台整体沉降的病害提出了两个具体加固方案。

2.1方案一

a)在原两侧桥台前1.35m加设双柱式桥墩,形成(1.7+12.6+1.7)m跨径的双悬臂板结构,桥台的支撑作用慢慢消失,新的柱式墩主要起支撑主梁作用,b)铲除后期养护逐年增加的沥青混凝土,以减轻上部恒载,利用液压顶升设备将空心板抬升,恢复原桥面的设计标高。c)在墩顶原铺装层增设一层直径25mm的钢筋网用以承担墩顶负弯矩。d)墩盖梁达到设计强度后,顶升主梁,落梁于墩顶支座上,形成双悬臂结构,完成体系转换。e)将原桥的背墙和侧墙均相应进行加高,原桥台基础周围需做防水封闭处理,以防止其继续渗水下沉。

2.2方案二

a)先采用直径为127mm的钻头钻孔,钻孔按梅花型布置,孔间距为1m,钻孔深度为7m,要求钻孔必须穿透原桥的扩基底部,用直径为127mm的PVC管做护壁。b)通过PVC管将直径为110mm,长度为8m钢管桩垂直击打到原桥扩大基础底以下8m处,利用钢管桩加固原有桥位处的地基,通过桩土复合作用共同承担桥梁的上部荷载。c)为了减轻上部的自重,铲除原桥面沥青混凝土铺装25cm,利用液压顶升设备将主梁进行顶升,梁下垫增高度为25cm焊接好的槽钢,同时更换原桥支座。d)待主梁放下与支座紧密结合好后,需对桥台处进行桥面连续的施工,浇筑钢筋混凝土和沥青混凝土,重新摊铺沥青混凝土铺装层。e)原桥台基础周围需做防水封闭处理,以防止其继续渗水下沉。

3设计方案比对

针对前述桥梁病害以及现行桥梁规范,为彻底消除隐患,保证现有桥梁的正常使用,本文拟定了两个加固设计方案。

4结论