¿Cuáles son las medidas de reparación y refuerzo de cimentaciones y pilas de puentes?

1 Pasos y principios básicos del refuerzo de puentes

En términos generales, el refuerzo de puentes incluye la reconstrucción de puentes existentes y la reparación de puentes dañados. Entre ellos, la renovación de los puentes existentes generalmente se debe al aumento del volumen de tráfico, la mejora de los estándares de carga de diseño y la ampliación del ancho de las vías de las carreteras, lo que hace que algunos puentes no puedan cumplir con los requisitos de transporte actuales. La reparación de puentes enfermos generalmente se debe al envejecimiento de los materiales del puente, operación y mantenimiento inadecuados, etc. , provocando que algunos puentes se dañen y deban repararse. El refuerzo de puentes, al igual que el diseño de puentes, no solo debe cumplir con las especificaciones de diseño y cumplir con los principios de viabilidad tecnológica, racionalidad económica y seguridad estructural, sino que también debe pasar por ciertos procedimientos y pasos. Este es el llamado diseño conceptual de refuerzo.

1. Cuando la estructura del puente no pueda cumplir con los requisitos de seguridad estructural o uso normal debido a fallas o daños estructurales, deberá reforzarse. El contenido y alcance del diseño del refuerzo debe determinarse en función de las conclusiones de la evaluación y los requisitos presentados por el cliente, y puede incluir todo el puente, secciones de carretera designadas o componentes específicos.

2. modelo de análisis económico para la reparación, refuerzo y reconstrucción de puentes existentes. Mediante análisis y comparación, seleccionar un plan que sea técnicamente factible, económicamente razonable y que tenga poca interferencia con el tráfico existente para garantizar la operación segura del puente reconstruido; >

3. Después de comprender las conclusiones de la evaluación y el análisis económico del puente según sea necesario, después de que el puente existente pueda cumplir con los requisitos del servicio mediante refuerzo y reparación, se propondrá un plan de diseño de refuerzo del puente;

4. Para puentes y puentes extragrandes, cuando es necesario reforzar los componentes principales que soportan carga, debe haber ≮2 planes de diseño de refuerzo. Seleccione el mejor plan de refuerzo mediante comparación de planes y evaluación económica;

5. El diseño y la construcción de barras de acero no deben dañar la estructura original tanto como sea posible, conservar los componentes con valor de uso y evitar el desmantelamiento o reemplazo innecesarios;

6. con el método de construcción, y se deben tomar medidas efectivas para garantizar que la conexión entre las estructuras antiguas y nuevas puedan funcionar juntas.

7. El diseño del refuerzo debe calcularse en función del daño real de la estructura;

8. Durante la construcción del refuerzo, la interferencia a los vehículos y peatones sobre y debajo del puente. minimizarse y tomar las medidas necesarias para reducir la contaminación del medio ambiente circundante;

9. Durante el proceso de construcción, si se encuentran defectos graves en partes ocultas de la estructura original o estructuras de ingeniería relacionadas, la construcción debe ser minimizada. detenerse inmediatamente y trabajar con los diseñadores del plan de refuerzo. Realizar investigaciones y tomar medidas efectivas antes de continuar con la construcción;

10. Durante el período de construcción del refuerzo, se deben tomar medidas de monitoreo de seguridad para garantizar la seguridad del personal y las estructuras.

En definitiva, en el diseño de armaduras de hormigón, primero debemos aclarar el principio de armadura y conseguir que sea "fuerte, duradero, económico y aplicable".

2 Métodos de refuerzo de puentes

En pocas palabras, el refuerzo consiste en utilizar determinadas medidas para mejorar la capacidad de carga y el rendimiento de los componentes e incluso de toda la estructura para satisfacer nuevos requisitos. Estas medidas incluyen apuntar directamente a toda la estructura, como el pretensado externo, cambiar el estado tensional de la estructura para devolverla a su estado de diseño original o adaptar a nuevos requisitos algunas medidas están dirigidas a secciones, es decir, aumentando la capacidad portante; y resistencia de una determinada sección (como la resistencia al corte) para mejorar el nivel de capacidad de carga de toda la estructura.

Se deben adoptar diferentes métodos de refuerzo según la causa, la ubicación y el esquema del tipo de puente existente. En la actualidad, los métodos de refuerzo comúnmente utilizados de la superestructura del puente incluyen: refuerzo pretensado externo, refuerzo de conversión del sistema, refuerzo de componentes adicionales, refuerzo de placa de acero pegada, refuerzo de fibra de carbono, refuerzo de la plataforma del puente, etc.; La subestructura incluye el método de refuerzo de cimientos expandido, el método de refuerzo de inyección de lechada a alta presión, etc. Los métodos de refuerzo anteriores se presentan de la siguiente manera:

2.1 Refuerzo de la superestructura del puente

2.1.1 Método de refuerzo pretensado externo El principio de refuerzo del método de pretensado externo es establecer la tensión zona en el borde inferior de la viga Material pretensado, las vigas se pretensan excéntricamente mediante tensado. Bajo esta presión excéntrica, los arcos de la viga, que compensan parte de la tensión del peso propio, reducen la deformación estructural y el ancho de la grieta, mejoran la tensión estructural y pueden aumentar en gran medida la capacidad de carga estructural. En comparación con las estructuras de hormigón pretensado habituales, los tendones pretensados ​​sólo están conectados a las vigas en los puntos de anclaje con la estructura original, de forma similar a las estructuras pretensadas no adheridas. Este método puede mejorar y ajustar en gran medida la condición de la estructura original y aumentar la rigidez y la resistencia a las grietas de la estructura sin aumentar su propio peso. Este método no sólo es adecuado para el refuerzo temporal cuando pasan vehículos pesados, sino que también puede utilizarse como medida de refuerzo permanente para mejorar la capacidad de carga del puente.

Las principales ocasiones de aplicación de este método son las siguientes: cuando las barras de acero pretensadas o barras de acero ordinarias en vigas de hormigón están severamente corroídas y otras enfermedades causan que se reduzca el nivel de carga de la estructura; es necesario aumentar el puente; se utiliza para controlar las grietas en las vigas y la amplitud de la tensión de fatiga de las barras de acero, adecuado para estructuras sometidas a altas tensiones, especialmente para el refuerzo de estructuras grandes;

Los métodos de pretensado externo comúnmente utilizados actualmente incluyen el método de refuerzo con tirante pretensado de soporte inferior y el método de refuerzo de cordón de acero pretensado externo.

El puente de la línea principal de la Carretera Nacional 301 Panjin Interchange y el puente de rampa Panjin Interchange WH están reforzados con un método de pretensado externo, lo que mejora el rendimiento general del puente y extiende su vida útil.

2.1.2 Método de renovación y refuerzo del sistema Cambiar el sistema estructural para reforzar un puente antiguo generalmente significa agregar componentes adicionales o llevar a cabo una transformación técnica para cambiar el sistema de tensiones y el estado de tensiones del puente, reduciendo así las tensiones. de los componentes portantes. Resistencia, mejorar el rendimiento del puente y lograr el propósito de aumentar la capacidad de carga.

Esta tecnología tiene las ventajas de mejorar la capacidad de carga estructural, aumentar la rigidez estructural y reducir la deflexión.

Los métodos comúnmente utilizados incluyen: convertir puentes en arco a métodos de construcción con arco de vigas; convertir puentes tipo viga a métodos de sistemas compuestos de arco de vigas; convertir métodos continuos de soporte simple en vigas simplemente apoyadas; soportado primero y luego tablero continuo Método del sistema para agregar pilares auxiliares, etc. Los esquemas de refuerzo anteriores tienen diferentes formas, pero la esencia del refuerzo es la misma, es decir, el puente reforzado agrega nuevos puntos de apoyo, acorta la luz calculada de la viga y mejora la capacidad de carga de la estructura.

El Puente Daxi en la ciudad de Yong'an, provincia de Fujian, es un puente de arco de doble curvatura de 9 hoyos construido a principios de la década de 1970. El tipo de puente es un puente de arco continuo de 22,10 m + 25,60 m + 7 x 22,10 m, y la carga de diseño es -13 para automóviles y -60 para remolques. Debido al aumento del volumen de tráfico, los puentes han sufrido grandes daños y cargas durante su funcionamiento. En 2002, la ciudad de Yong'an inspeccionó el puente y los resultados de la inspección mostraron que mediante medidas de refuerzo, el puente podía cumplir con los requisitos del nivel de carga del vagón 20 y del nivel de carga del remolque 100. El plan de refuerzo adopta el método de transformar el puente de arco continuo en un sistema constructivo de arco de vigas. Durante el refuerzo y la renovación, primero se quitaron las paredes laterales, las protecciones del arco y los rellenos del arco, y la parte posterior del arco principal quedó completamente expuesta. En segundo lugar, se reforzaron el fondo y los pies del arco principal y se utilizó hormigón colado in situ para aumentar su sección transversal. Luego se conectan los pilares del arco de vientre alto y la plataforma del puente simplemente apoyada se construye de acuerdo con el puente de vigas y losa, lo que no solo reduce la carga del arco principal, sino que también mejora la capacidad de carga del arco principal. Tras su refuerzo y transformación, tras varios años de uso, ha demostrado ser muy eficaz. Hay muchos ejemplos similares, como el puente de arco continuo de Tujiazui (L0=70 m) reforzado en Ezhou, Hubei en 2003, y el puente de arco continuo de Jianglejishan (L0=30 m) reforzado en la provincia de Fujian en 2005.

2.1.3 Agregar métodos de refuerzo de componentes. Los métodos para aumentar el refuerzo de los componentes incluyen principalmente agregar vigas longitudinales para aumentar la capacidad de carga o ensanchar y reconstruir, y agregar particiones transversales para fortalecer las conexiones laterales. Cuando la base del pilar del puente tiene un buen rendimiento de seguridad y capacidad de carga, y la superestructura está básicamente intacta, pero su capacidad de carga no puede cumplir con los requisitos y es necesario ensanchar la plataforma del puente, se pueden usar nuevas vigas longitudinales con mayor capacidad de carga. La capacidad y la rigidez se utilizan generalmente para conectar las vigas nuevas y antiguas entre sí y soportar la misma fuerza. Si es necesario ampliarlo, será necesario ampliar los pilares y estribos.

Los métodos comúnmente utilizados se pueden dividir en: agregar vigas longitudinales para refuerzo (sin ensanchar la plataforma del puente); agregar vigas laterales para refuerzo; transformación técnica de ensanchamiento bilateral de transformación técnica; .

El puente Shaoxing Doumen es un puente de arco rígido (L0=40 m) construido en la década de 1980. Después de más de 20 años de uso, han aparecido muchas enfermedades, especialmente cuando los camiones pesados ​​cruzan el puente. A través de la investigación y análisis de las enfermedades del puente en 2004, se encontró que las vigas eran demasiado delgadas (el diseño original era vigas huecas de paredes delgadas), lo que era la razón principal de las sacudidas de los vehículos pesados ​​que cruzaban el puente. Durante el proceso de refuerzo y renovación, se agregaron 8 vigas macizas de hormigón armado a cada pata del arco principal y 4 vigas macizas de hormigón armado a la línea diagonal. Después de la renovación, el puente sigue intacto. El puente ya no tiembla cuando lo cruzan vehículos pesados ​​y funciona con total normalidad.

El puente del río Tongbai Huaihe en Nanyang, Henan, adopta una solución técnica de agrandar las nervaduras laterales para reforzar y ensanchar las estructuras superior e inferior al mismo tiempo, mejorando la capacidad de carga de la estructura. Desde que se completó el refuerzo, el puente está en buenas condiciones y tiene buenos efectos visuales.

2.1.4 Método de refuerzo de placas de acero encoladas El refuerzo de placas de acero encoladas es un método que utiliza adhesivo para unir placas de acero a los bordes de tracción o partes débiles de la estructura de hormigón armado para formar una parte integral con la estructura. mejorando así la capacidad de carga de la viga. Si se utilizan pernos de anclaje para anclar la placa de acero a la viga, también llamado método de placa de acero con pernos de anclaje, entonces la placa de acero se puede engrosar adecuadamente. La fijación de placas de acero sobre la superficie del hormigón tensado puede aumentar la rigidez a la flexión de la estructura de hormigón, reducir la deflexión de la estructura y limitar el desarrollo de grietas. Además, las placas de acero se pueden cortar de acuerdo con los requisitos de diseño durante la construcción, de modo que la resistencia a la flexión, compresión y corte de los componentes de acero adheridos se pueda ejercer de manera efectiva, la tensión será uniforme y no habrá concentración de tensión en el concreto. Además, este método también tiene las ventajas de una construcción simple y rápida, no afecta la forma estructural, tiene un bajo costo de refuerzo, no reduce el espacio libre del puente y agrega poca carga. La desventaja es que la calidad y durabilidad del adhesivo son los principales factores que afectan el efecto de refuerzo.

El puente Guangzhou Dongpu es un enorme puente que cruza el río Perla. Se completó y abrió al tráfico en 1998. El tipo de puente del canal principal es de 106,6 m+2x 160 m+106,6 m, y el tipo de puente del canal auxiliar es de 51 m+3x80 m+51 m. Las medidas específicas son reparar la superficie de concreto de la pieza reparada para suavizarla; frotar la superficie de concreto de la pieza reparada y la superficie de la placa de acero tratada con acetona o xileno para eliminar la grasa y el polvo de la superficie de unión; superficie de unión uniformemente con adhesivo líquido a base de epoxi; use madera cuadrada, acero en ángulo y pernos de fijación para presionar uniformemente la placa de acero durante el tiempo requerido y retire los materiales utilizados para presionar la pintura de curado con brocha; placa de acero. El trabajo de refuerzo del puente ya se ha completado y el efecto de refuerzo es bueno.

2.1.5 Método de refuerzo de fibra de carbono La tecnología de refuerzo de fibra de carbono se refiere al uso de adhesivo de alto rendimiento para pegar tela de fibra de carbono en la superficie de la estructura del edificio. Cuando aumenta la carga estructural, los dos trabajan juntos para aumentar la capacidad de carga de los componentes, logrando así el propósito de refuerzo. Las propiedades mecánicas de los materiales compuestos de fibra son que su tensión y deformación son completamente lineales y no hay límite elástico ni zona plástica. Debido a que la fibra de carbono tiene excelentes propiedades físicas y mecánicas, como alta resistencia, peso ligero, resistencia a la corrosión y resistencia a la fatiga, así como las ventajas de una velocidad de construcción rápida, un período de construcción corto y una fácil garantía de calidad de unión, la fibra de carbono es una opción ideal. Material para reforzar puentes antiguos.

El rendimiento del material de unión en el método de refuerzo de fibra de carbono es la clave para garantizar que la fibra de carbono y el hormigón trabajen juntos, y también es el eslabón débil en el método de transmisión de fuerza de los dos. Por lo tanto, el material de unión debe tener suficiente rigidez y resistencia para asegurar la transmisión de la fuerza de corte entre la fibra de carbono y el hormigón, y debe tener suficiente tenacidad para evitar que el hormigón se agriete y provoque un fallo de la unión frágil. En comparación con otros métodos de refuerzo, el uso de fibra de carbono para fortalecer el puente antiguo puede cambiar mínimamente la distribución de tensiones de la estructura original y garantizar que la fuerza sea la misma que la de la estructura original dentro del rango de carga de diseño.

Aparecieron muchas grietas en la parte inferior de las vigas de placas huecas de hormigón con formas especiales fundidas in situ del puente de paso elevado de Futian en la autopista Guangzhou-Shenzhen, lo que provocó la corrosión de las barras de acero en las placas y redujo la capacidad portante del puente. Después del descubrimiento, se utilizó tela de fibra de carbono como refuerzo. Las medidas específicas son tratar la superficie de concreto en la grieta, quitar las partes sueltas de la superficie de las barras de acero hasta que quede expuesta la capa estructural de concreto, pulirla y usar un secador de pelo potente o acetona para eliminar completamente el polvo. en la superficie para que esté seca y limpia. Luego, estrictamente de acuerdo con la proporción de mezcla y los requisitos del proceso proporcionados por el fabricante, la superficie de concreto tratada se pinta con imprimación y la tela de fibra de carbono se corta y pega de acuerdo con los requisitos de diseño. Después del refuerzo, se restableció la capacidad portante del puente y se observó que el efecto de refuerzo era bueno. Hay muchos ejemplos similares, como el refuerzo del paso elevado de Chunshen Road de la autopista Shenfengjin, el refuerzo del puente del río Yangyong de la carretera nacional 107 (sección Shenzhen), etc.

2.1.6 Método de refuerzo del tablero del puente El método de refuerzo del tablero del puente consiste en aumentar la altura efectiva de la viga principal colocando una capa de hormigón armado en la superficie superior de la viga (piso del puente) para formar una conjunto con la viga principal original. Es un método común y eficaz para aumentar la rigidez general del tablero del puente y mejorar la capacidad de carga del puente. Para reducir la carga muerta de la capa de refuerzo, el pavimento original del tablero del puente a menudo se cincela, de modo que los puentes viejos y nuevos puedan combinarse bien y soportar tensiones juntos.

En la actualidad, en muchos proyectos de refuerzo y reconstrucción de puentes, se utilizan varios métodos diferentes para el mismo puente según diferentes partes, diferentes componentes y diferentes motivos de modificación. Por ejemplo, el puente sobre el río Mamingxi Jinsha en Yibin se refuerza mediante métodos como agregar componentes, pegar placas de acero, refuerzo de fibra de carbono y refuerzo de cubierta; el puente Nimu en el Tíbet se refuerza pegando placas de acero, refuerzo de fibra de carbono y refuerzo de cubierta; . El refuerzo del puente Shaoxing Doumen adopta métodos como agregar componentes y fortalecer la plataforma del puente.

2.2 Pila de puente y refuerzo de cimentación

2.2.1 Método de refuerzo de cimentación expandida El método de refuerzo que expande el área inferior de la cimentación del puente se denomina método de refuerzo de cimentación expandida. Este método es adecuado para situaciones en las que la capacidad portante de los cimientos es insuficiente o los cimientos son demasiado poco profundos y los pilares son entidades rígidas o cimientos de mampostería u hormigón. Cuando el asentamiento desigual de los cimientos estructurales es grande y el suelo de los cimientos es relativamente sólido, se puede utilizar el método de cimientos expandidos como refuerzo. Para el problema de la capacidad de carga insuficiente de la base en la parte inferior de la base expandida, se puede hincar una cierta cantidad de pilotes debajo de la base expandida para mejorar la capacidad de carga de la base. Los parámetros de los pilotes se seleccionan según el cálculo de la deformación de la base. Ampliando el método de refuerzo de cimientos, la construcción es relativamente simple. La desventaja es que los cimientos nuevos y antiguos deben combinarse para soportar la carga superior, por lo que el costo del refuerzo es alto y el efecto del refuerzo es difícil de controlar.

2.2.2 Método de refuerzo de inyección por chorro de alta presión Inyección por chorro de alta presión, es decir, primero use un taladro para perforar el tubo de inyección con una boquilla en la posición predeterminada de la capa de suelo, y gire y se levanta a cierta velocidad, mientras que el lodo o el agua se expulsa de la boquilla en forma de flujo de alta presión, impactando y destruyendo la capa de suelo. El flujo de alta presión corta y aplasta la capa de suelo, dispersándola en forma granular. Una parte se saca del hoyo con barro y agua, y la otra parte se mezcla con el barro. A medida que la suspensión endurece, la composición adquiere cierta fuerza y ​​resistencia. El método de refuerzo por pulverización a chorro se utiliza ampliamente. La calidad de la base reforzada es buena, el costo es bajo, el efecto de refuerzo es obvio y la construcción es conveniente. En la actualidad, se ha convertido gradualmente en uno de los métodos de tratamiento más utilizados para los cimientos de pilares de puentes en mi país.

2.2.3 El método de refuerzo con placa de acero pegada y el método de refuerzo con fibra de carbono también se pueden utilizar para mejorar la rigidez del muelle y mejorar la resistencia a la flexión, compresión y corte del muelle. El método y mecanismo de refuerzo son consistentes con 2.1.4 y 2.1.5 y no se describirán nuevamente aquí.

3 Selección del esquema de refuerzo

El esquema de refuerzo está relacionado con muchos factores, por lo que es muy importante elegir un esquema de refuerzo razonable. Generalmente se consideran los siguientes factores:

1. Tipo de estructura del puente;

2. Topografía, hidrología y condiciones naturales del sitio del puente;

3. el puente;

4. Nivel de tecnología de construcción;

5. ¿Se puede cerrar el tráfico?

6. Efecto de refuerzo esperado;

7.

Si está definido:

Recomendación: β > 0,9, reforzar el tablero del puente;

β=0,7-0,8 Colocar placas de acero y cambiar el sistema por refuerzo. .

β=0,6-0,7, pretensado exterior, reforzado con fibra de carbono.

Cuando se realizan ensanchamientos y refuerzos al mismo tiempo, es aconsejable conectar la parte ensanchada con el puente original en su conjunto para dar pleno juego a la función de descarga de la parte recién añadida.

Los métodos de refuerzo comúnmente utilizados anteriormente se pueden utilizar y optimizar de manera integral para reflejar mejor el efecto de refuerzo y los beneficios económicos, pero también se deben tener en cuenta los siguientes puntos:

(1) Refuerzo diferente Los métodos son los métodos de cálculo de diseño correspondientes;

(2) La mejora de la capacidad de carga de la estructura del puente reforzado se ve afectada por la estructura original.

Restricciones estructurales, como relación de refuerzo estructural original, dimensiones de la sección transversal, etc.

, la capacidad de carga no se puede mejorar infinitamente;

(3) Para el cálculo del refuerzo de estructuras complejas de puentes de gran luz, el método de elementos finitos es generalmente una herramienta eficaz para analizar la estructura general. El método de elementos finitos debe considerarse efectos no lineales.