锚杆和碳纤维在铁路既有桥梁墩台加固设计中应用.docVIP

锚杆和碳纤维在铁路既有桥梁墩台加固设计中应用 　　 摘要：锚杆和碳纤维分别是工程施工中常应用的技术和材料。锚杆具有体积小、重量轻、携带方便、操作简单、施工作业面小、安全等特点，被广泛应用于边坡加固、隧道施工、煤矿坑道作业中；碳纤维具有轻质、高强、抗腐蚀、耐老化、耐久性好、物理性能稳定等诸多优点，其抗拉强度是同等截面钢材的7-10倍。 　　此两种材料在铁路既有桥梁墩台加固改造 　　中图分类号： TU74 文献标识码： A 　　工程概况 　　京沪上行线某桥为3-12.0m钢筋混凝土π型梁桥，建于1961年。该桥桥台为U型桥台，材质为浆砌片石，其中上海方桥台前墙出现前倾趋势，且外边墙出现2-5mm左右的裂纹。该桥大修前采用临时枕木垛支点支撑。 　　考虑到浆砌片石材质的结构有结构整体性差、抗拉抗剪切能力差、抗压好的特点，经过对该桥台的整体观察分析，桥台前墙前倾及外边墙出现较大裂纹的现象，说明桥台整体出现较严重的破坏：经过多年的静动荷载破坏，桥台被破坏成两部分。 　　这种病害在铁路桥梁大修中非常严重，对该桥台的改造刻不容缓。 　　加固改造设计方案的确定 　　（一）桥梁大修意义和方案选择的基础 　　桥梁大修改造不同于桥梁基建或者更新改造工程。桥梁基建或更新改造工程，投资较大，对既有铁路运输影响也比较大。就桥梁工程而言，采用基建工程或更新改造工程模式时，一般采用拆除既有病害桥梁并且新建桥梁的方式；而大修改造一般不采用这种大规模投资、大规模改造方式，而是尽量减少投资，采用一定有效方式尽量延长既有桥梁使用寿命的效果。 　　并不是桥梁大修改造不进行大型改造设计施工，用通俗的话说，桥梁大修施工就是要在投资有限的情况下追求最佳“性价比”，当然这所有选择的前提是“安全第一”。 　　以上是作者从事桥梁大修施工、设计十多年来，对该项工作的个人浅见，也是该工程最终采用锚杆技术和碳纤维布加固方案的根本所在。 　　（二）方案的选择 　　本桥台改造设计，可采用两种方法： 　　方案一是全面改造既有桥台，即为将该U型浆砌片石桥台改造成为混凝土T型桥台。因为U型桥台虽然有节省材料的优点，但也有着容易出现病害和使用寿命较短的缺点，故新建铁路桥台基本不再采用该类型桥台，而是采用T型桥台。 　　但是采用T型桥台后，既有梁体就不再适用，并且北京方桥台和中间2处桥墩同时应该进行改造，该设计方案虽然能够全面解决病害问题，该方案概算投资不低于260万，并且对运输影响巨大。对于桥梁大修年度总投资而言，本处采用大型桥梁大修改造的费用将会相对压缩其他项目投资，虽然可以进行最加投资，但在没有全面研究讨论其他设计方案前，该方案只可作为备选方案，但非最佳方案。 　　方案二是采用 “小型外科手术”的方法对该桥进行改造，延长结构寿命，节省整体投资。这种 “小型外科手术”就是采用锚杆和碳纤维对病害桥台进行加固。该方案概算投资仅为5万多元。 　　在投资比较上孰优孰劣，显而易见，但采用锚杆和纤维布的这种加固方案是不是合理，还要进一步进行分析。 　　（三）采用锚杆和纤维布加固桥台的合理性、可行性分析 　　该结构的病害产生的原因：多年荷载，特别是列车动荷载冲击造成桥台后土体对台前墙压力增大，加上浆砌片石桥台的整体性差，最终造成桥台的断裂。所以根据以上原因分析，只要采取以下措施，就能将此桥台病害进行整治：1、采取减小或抵消桥台后土体压力的措施；2、修复加固断裂桥台，使桥台恢复良好地整体工作状态。根据锚杆和纤维布两者的特点，只要在合适位置设置一定数量及长度的锚杆，采用一定措施用碳纤维布将桥台进行包裹加固，即可对病害进行整治消除。 　　锚杆的设计使用方法 　　锚杆施工对周围环境破坏很小，很适合在既有结构物加固改造使用。根据病害桥台外观观察分析，其外边墙上部至桥台前墙底端有2-5mm宽的贯通性裂纹，说明桥台整体断裂成两段，台后填土肯定也会随之裂成两大块而产生一定的空隙。 　　考虑到以上情况，该设计在桥台布置锚杆情况如下： 　　1、在桥台胸墙两侧位置，位于距台垫石顶到台顶距离1/3和2/3处，分别对称布置锚杆两根；其中布置于1/3处锚杆长度采用18m，有效长度10m，水平夹角15°，2/3处的锚杆采用植筋胶固定于桥台边墙内，作用为将破损桥台 　　2、桥台前墙纵向和横向位置的1/3和2/3处，分别布置4根锚杆， 　　3、锚杆材料均采用φ32mm精轧螺纹钢，并作达克罗防腐处理；锚杆有效长度采用M30高压水泥砂浆灌注，其直径为20cm；锚杆外端设锚头和Q235锚垫板并作防腐处理；植筋胶采用慧鱼植筋胶。水泥砂浆达到设计强度后，需锚杆施加预应力，应力值为50KN。 　　碳纤维的设计使用方法 　　碳纤维布有强度高，重量轻的特点，用于既有结构加固时，其产生的附加重量可以忽略不