橋梁是公路交通的咽喉,其使用功能的好壞直接影響整條線路的暢通,現(xiàn)有公路由于受到當時局限的設計、材料、施工加固等各方面的影響嚴重制約了公路運輸事業(yè)的發(fā)展,加上不能適應現(xiàn)在交通量飛速增長,特別是橋梁的承載能力和通過的車輛荷載之間的突出矛盾。使得舊橋檢測和舊橋加固技術顯得非常迫切。
1、加固目的
隨著我國國民經(jīng)濟的日益發(fā)展,交通運輸量的迅速增長.截止至2008年,我國危橋總數(shù)達1萬余座。若將其全部拆除重建 不僅要耗費大量資金,而且工期也較長;若有計劃、有步驟的對現(xiàn)有舊橋進行加固改造,橋梁加固后 可以延長橋梁的使用壽命,用少量的資金投入.使橋梁能滿足交通量的需求,還可以緩和橋梁投資的集中性,為國家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟和社會效益。因此,加固設計必須本著“牢固可靠、簡便耐用、經(jīng)濟適用” 的基本原則。
2、加固方法
加固,簡單來說.就是通過一定的措施使構(gòu)件乃至整個結(jié)構(gòu)的承載能力及其使用性能得到提高,以滿足新的要求。舊橋加固方法可綜合為以下幾類:
2.1結(jié)構(gòu)性加固
增大截面與配筋加固法。該方法適用于鋼筋混凝土和預應力混凝土受彎構(gòu)件、鋼筋混凝土受壓構(gòu)件的加固。增大截面與配筋加固法一般采用在梁底面或側(cè)面加大尺寸,增配主筋,以提高主梁截面的有效高度,從而達到提高橋梁承載能力的目的。新增混凝土構(gòu)件需比原構(gòu)件混凝土提高一級,厚度不宜小于15cm,加固鋼筋直徑不小于12mm,不宜大于25mm。由于增大截面法在施工過程中全部的作業(yè)需在梁底進行,施工難度較大且施工質(zhì)量難以控制,因此,盡管在某些情況下費用并不太大,但以上因素制約了該技術的廣泛應用一般用于T型截面梁的加固維修。
體外預應力加固法。該方法是通過增設體外預應力索(包括鋼絞線、高強度鋼絲束和精軋螺紋鋼筋)對既有混凝土梁體主動施加外力,以改善原結(jié)構(gòu)的受力情況。體外預應力法的加固原理是在梁的下緣受拉區(qū)設置預應力材料.通過張拉對梁體產(chǎn)生偏心預應力,在此偏心壓力作用下,使梁體發(fā)生上拱,抵消部分自重應力 減小了結(jié)構(gòu)變形和裂縫寬度、改善了結(jié)構(gòu)受力,能夠較大幅度的提高結(jié)構(gòu)承載力。目前常用下?lián)问筋A應力拉桿加固法和外部預應力鋼絲束加固法兩種。在合理安排施工流程的情況下,該方法可最大限度地減少對橋上交通的影響,甚至可以在有限開放交通的情況下組織施工,但加固后體外預應力筋的防腐問題一定程度上增加了后期養(yǎng)護費用,因此,一般不是公路部門的首選加固方法。
粘貼鋼板加固法。粘貼鋼板加固法是采用粘結(jié)劑和錨栓將鋼板粘貼錨固于混凝土結(jié)構(gòu)受拉面或其它薄弱部位,使鋼板與加固混凝土結(jié)構(gòu)形成整體, 以達到提高結(jié)構(gòu)承載能力的目的。該方法具有基本不改變原結(jié)構(gòu)的尺寸、施工簡單、技術可靠、短期加固效果較好且工藝成熟等優(yōu)點,近些年來在鋼筋混凝土橋梁的加固維修中為公路部門廣泛采納,是近幾年應用最多的加固方法。
粘貼纖維復合材料加固法。該方法適用于鋼筋混凝土受壓柱, 以提高延性、耐久性的加固:也可用于梁,板的加固。碳纖維加固技術是近幾年內(nèi)才由國外引進的一種新技術,具有強度高,耐腐蝕,且施工簡便等優(yōu)點,但碳纖維本身的一些缺陷,如脆性、耐火性不好等,使得這種材料的應用受到限制。
改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法。改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法是通過改變橋梁結(jié)構(gòu)受力體系以達到提高結(jié)構(gòu)整體承載能力的目的是一種變被動為主動的加固方法。該種加固方法包括增設支撐結(jié)構(gòu)加固和簡支變連續(xù)加固。這種技術具有提高結(jié)構(gòu)承載力,增大結(jié)構(gòu)剛度,減小撓度等優(yōu)點。但該加固方法施工改造時一般要涉及到橋面鋪裝的再處理,增加了改造費用且加固效果受負彎矩區(qū)施工質(zhì)量的影響較大,目前極少單獨采用。
此外,結(jié)構(gòu)性加固方法還有增設主梁加固法、錨噴混凝土加固法和增加橫向聯(lián)系加固法等。
2.2非結(jié)構(gòu)性加固
橋面鋪裝的加固。橋面鋪裝層產(chǎn)生開裂或剝離,對于鋼筋混凝土梁板橋容易使鋼筋銹蝕,減弱橋梁的橫向整體性:對于石拱橋,由于橋面雨水下滲,
加大了拱上填料的含水量,使拱圈出現(xiàn)滲水現(xiàn)象等;同時由于橋面鋪裝層的破損,引起橋面平整度差,車輛通行時,使橋梁產(chǎn)生震動,對橋梁產(chǎn)生不利影響,同時又加重了橋面鋪裝層的病害。根據(jù)橋梁的具體情況,采用不同的加固方法,對于使用年限長 破損嚴重的采用拆除、修復的加固方案。而對于病害較輕,使用年限短,且混凝土強度仍符合設計要求的則先處治病害,在不降低設計荷載標準的前提下可采用加鋪瀝青碎石層的方案。
伸縮縫的更新改造。在橋梁維修中,以下幾種類型伸縮縫的使用是較成功的。SFP “三防”型伸縮縫在大型橋梁上的應用情況良好,仿毛肋伸縮縫在大、中型橋梁的大量使用,效果明顯TST、FG系列橋梁無縫伸縮縫,在中小行橋梁上也得到廣泛使用。
橋梁混凝土裂縫的修補。橋梁混凝土裂縫分為結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫。應先分析裂縫的成因.對于結(jié)構(gòu)性裂縫應經(jīng)過計算分析確定結(jié)構(gòu)加固方案 裂縫修補方法有表面封閉法:適用于寬度小于O.15mm的裂縫處理:自動低壓滲注法:適用于數(shù)量較多、寬度在0.1~0.15mm間的裂縫處理:壓力灌注法:適用于較深、寬度
的裂縫處理。
2.3U型橋臺加固
預應力錨索框架法。該加固法采取在u型橋臺前墻和兩側(cè)墻外加套40厘米的鋼筋混凝土,并在兩側(cè)墻增設水平預應力索對錨和前墻增設地錨的方案。該方案適用于不能中斷交通又無法架設便橋的高橋臺病害修復。
錨桿配合鋼筋混凝土抱箍法。該加固法采取臺腔與橋臺基礎持力層進行壓漿固化,再打入錨桿與槽鋼抱箍,最后在u型橋臺前墻和兩側(cè)墻外加套2 5厘米的鋼筋混凝土,新舊墻體采用錨桿連接形成整體。該方案適用于地基承載力不足,且施工處理不到位,造成橋臺前墻下沉。
2.4橋墩加固
橋梁下部結(jié)構(gòu)加固的主要目的是提高橋墩的整體承載能力。如橋墩發(fā)生了結(jié)構(gòu)性損傷,可以用外包混凝土、粘貼鋼板或碳纖維的方法進行加固。但是對于實體橋墩等橫向剛度比較大的結(jié)構(gòu),其狀態(tài)變化主要是由地基所引起,此時可重點從回填硬土或者對地基進行注漿等方法提高其約束橋墩的能力,提高橋墩的整體承載能力。抬樁就是通常使用的一種有效的加固方法,即在舊樁的兩側(cè)各增設一根樁,并通過植筋擴大承臺,共同受力。另一種樁基加固方法是鋼筋混凝土套箍。由于下部樁基施工等原因,造成樁基縮徑,采用的加固方法是清除樁體虛浮物,通過植筋后,外抱箍微膨脹混凝土。對于墩臺基礎沖刷過大的情況,可采用拋石、砌石防護、板樁防護、上游設導流壩、下游設攔砂壩等措施。
3、加固方案選擇
可以根據(jù)橋位地形、水文、自然狀況: 橋梁現(xiàn)狀分析研究結(jié)論: 施工技術水平;能否封閉交通;預期加固效果;資金投入量等幾個方面選擇加固方案。
合理的加固方案是將上述加固方法優(yōu)化組合,體現(xiàn)出加固效果及經(jīng)濟效益。應注意以下兩點:不同的加固方法有對應的設計計算方法:加固后的橋梁結(jié)構(gòu)承載能力提高幅度受原結(jié)構(gòu)的制約,如原結(jié)構(gòu)配筋率、截面尺寸等,不可能無限制地提高承載能力。
4、加固效果評價
橋梁加固應在不斷總結(jié)經(jīng)驗和技術進步的基礎上形成專門規(guī)范,同時要重視對加固后的橋梁進行檢測和觀察,以確定加固的效果。橋梁加固后的上部結(jié)構(gòu)通常是用靜載或動載試驗,將試驗結(jié)果與加固設計的計算結(jié)果進行對比,來判斷橋梁加固成功與否。但對下部結(jié)構(gòu)而言,不方便進行荷載試驗,通過其頻率變化來定量評估橋墩的加固效果。
橋梁的加固維修技術是最近興起的一門新技術,為了指導橋梁加固技術的應用,需提出一整套完整的實用性公路橋梁檢測、評定與加固成套的技術規(guī)范,為我國公路危舊橋的改造提供技術支持,確保危舊橋的改造工作科學合理、經(jīng)濟安全,使得橋梁加固做到“有法可依”。