2011-980西部公路桥梁水下结构加固成套技术研究与示范 - 图文(3)

基础钢筋锈蚀水下检测照片，钢筋锈蚀使得纵筋、箍筋有效面积降低，结构的安全性能受到严重威胁。

（a）某桥墩保护层剥落和钢筋外露 （b）某桥水下桩基础钢筋锈蚀

图3-1 桥梁水下结构的典型病害

同时，地震也常常引起桥梁水下结构的损伤，在“5.12”汶川地震中，都江堰紫坪铺水库坝址上游4.2km处庙子坪岷江特大桥受损较为严重，部分桥墩墩底出现环向裂缝，水下检测结果显示“主墩墩底裂缝较宽，裂缝环向基本连通，最大裂缝宽度0.8mm”，对桥梁的安全和耐久性影响严重，该裂缝位于水面以下约50m，修复加固难度极大。如采用传统双壁钢围堰进行施工，围堰底部的压强大于5个大气压，制作这样的钢围堰，造价极高，难度很大，所以主墩的修复必须寻求水中无排水施工方法。

当前，桥梁水下结构由于各种原因造成的病害、损伤缺陷、地震引起的破坏或既有抗震能力不足的修复与加固所面临的关键问题就是水下环境对施工所形成的困难。水下结构加固的传统方法基本上都需要弃水、防水处理，该种方法所必须的围堰、基础防渗和基坑排水往往耗费大量的时间和费用，并且施工过程中占用航道空间，社会影响大，尤其对交通运输繁忙的河道，加固过程中的间接影响更是不可

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估量。因此，如何简化水下桥墩的加固工艺、缩短施工工期、降低水下结构加固对河道交通的影响，一直是工程技术人员面临的一个棘手问题。

3.3 项目研究市场需求前景、推广应用领域

根据有关部门的统计，截止到2007年，我国各类桥梁约有五十二万座，每年开工建设的桥梁约为一万余座。这其中相当数量的桥墩及桩基础等属于水下结构，随着时间的推移，河床的冲於、水质的变化，桥梁水下结构出现的问题会越来越多，需要维修处治的也会越来越多。而在以往的工程实践中，传统的水下加固技术难度大、费用高，很多水下加固项目进行困难，本项目的研究成果将极大的降低施工难度，减少水下结构加固费用，因此，将具有广泛的市场需求前景与广阔的推广应用领域。 3.4 拟达到的技术水平

本课题通过研究一系列水下结构快速维修加固技术，使得水下结构加固技术有所突破，达到或超过国外同类技术的水平。

本课题研究成果具有较强的实用性，以期达到合理利用有限资金满足水下结构加固的需求，实现最大限度的降低水下结构维修加固的成本。通过对本项研究成果的推广应用，使得水下结构维修加固工作向专业化发展，提升我国水下结构维修加固的技术水平。 3.5 在国民经济发展中的作用

由于我国西部环境的特点，桥梁水下结构常常由于各种原因造成病害、损伤缺陷，或既有抗震能力不足，面临修复与加固，而传统的

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水下加固技术难度大、费用高，社会影响大，本项目的研究成果极大地减少了水下加固费用和施工难度。

由于桥梁水下结构作为整个桥梁的重要承重构件，一旦出现安全问题，后果不堪设想，因此桥梁水下结构加固成套技术的研究成功与全面推广应用，将对国民经济发展赖以支撑的交通运输网络起到保驾护航的作用。

4．项目研究、开发实施方案 4.1拟解决的关键技术问题

(1) 基于西部若干典型桥梁病害调查，研究水下结构病害对结构性能影响的评估技术，建立病害桥梁的安全性能评价方法；

(2) 开发、优化与选择各项水下结构加固技术的材料与材料制品，包括水下不分散树脂、水下不分散砂浆、FRP网格等；

(3) 以无排水施工为前提，提出各水下结构加固技术的施工工艺与计算方法，确立其指标要求及其评价验收方法。 4.2 主要研究内容

4.2.1基于西部若干典型桥梁的水下结构病害调查分析及性能评价 (1) 西部若干典型公路桥梁水下结构病害调查分析

以西部若干典型公路桥梁水下结构为调查对象，搜集桥梁水下结构（桥墩、桩基础等）的相关设计资料，调查水下结构的病害情况，确立有效数据的提取准则，对现场典型病害进行分类及分级，记录病害部位、钢筋锈蚀程度、裂缝宽度、混凝土剥落程度、碳化深度、强度等，建立病害桥梁水下结构的工程信息、气候条件、环境状况、交

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通量、交通荷载等结构信息，分析病害桥梁水下结构病害的主要原因，研究并建立病害桥梁水下结构病害与结构内外部参数的对应关系，为其性能评价及加固的设计与施工等确立基础。 (2) 西部若干典型公路桥梁水下结构的性能评价

建立西部若干典型桥梁水下结构在结构使用荷载和环境作用等内外部参数作用下的性能衰减关系，建立基于结构耐久性的桥梁水下结构剩余寿命评价技术；进行西部若干典型桥梁水下结构的细部有限元分析，研究钢筋锈蚀、混凝土保护层剥落、裂缝、截面缩小等病害对病害桥梁水下结构的承载力、刚度、变形能力的影响规律，提出桥梁水下结构病害对耐久性、剩余寿命、承载力等结构性能影响的评估技术。

4.2.2公路桥梁水下结构加固成套技术研究 (1) 水下不分散混凝土加固技术

基于水下不分散混凝土实现水下结构的无排水施工，研究待加固水下结构水下表面处理技术，研究水下裂缝、缺陷修补技术，确定相应技术工艺的评价方法；以水下不分散混凝土的施工性能、粘结强度需求为目标，优化水下不分散混凝土的配合比设计；通过大量试验，研究水下不分散混凝土无排水加固水下混凝土结构的力学性能，提出其理论计算方法，主要包括水下加固构件在典型荷载下的承载力计算；研究水下植筋工艺与指标要求及其评价验收方法；研究水下不分散混凝土加固水下结构的施工工艺，包括钢筋网水下拼接工艺、钢模板拼装与下沉工艺、水下不分散混凝土浇筑工艺等，研究提出不分散混凝土与旧结构的粘结性能指标要求；针对不同的结构形式与加固目

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的，确立水下不分散混凝土加固水下结构的构造措施；提出相应的技术指标要求。

(2) FRP网格缠绕加固技术

开发桥梁水下结构加固用的FRP网格制品，优化FRP网格产品形式（包括表面处理方式、经纬向纤维用量比及网格间距等），建立其力学性能与参数之间的模型关系；优化选择适用于FRP网格加固水下结构的水下不分散树脂及水下不分散砂浆，使其具备水下适用的物理力学特性及耐久性能；利用FRP网格解决FRP在水下结构加固领域施工困难的难题，研究FRP网格加固水下结构的施工工艺，建立FRP网格加固水下结构的承载力及耐久性计算模型，针对不同水下结构类型、形状，研究FRP网格水下加固实现的施工技术措施；研究FRP网格水下加固各项关键工艺施工过程的监测方法、质量控制方法与评价指标，提出FRP网格加固水下结构的技术验收方法。 (3) FRP-钢复合管静力压入加固技术

压入钢管加固水下结构面临着钢管的耐久性难题，通过压入钢管与FRP的复合使得外部FRP为内部钢管提供抗腐蚀保护，并有效阻止内部钢管的局部屈曲提高其加固效果，研究钢管与FRP的复合工艺与工序，包括现场树脂快速固化技术、改善界面粘结的技术措施等；研究复合管节段的可靠拼装技术；针对静力压入施工技术，研究开发不同水下结构类型与土质条件下，经济有效的可靠反力传递装置；研究土质条件、截面大小与静压力的关系；研究复合管与加固结构之间填充材料的可靠灌注工艺；通过对比试验与理论分析，提出复合管加固水下结构的计算与设计方法；研究静力压入FRP和钢复合管加固水下结构的施工过程的监测方法、质量控制方法与评价指标，提出其

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