公路橋梁加固技術(shù)淺析
2015-04-14
0 引言
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，作為快捷運(yùn)輸?shù)墓?，也日新月異地發(fā)生著變化。作為連接道路的橋梁，起著至關(guān)重要的作用。公路橋梁是公路的咽喉，更是跨江河、山谷及線路(公路、鐵路、水渠)等礙的重要結(jié)構(gòu)物，近十年來(lái)我國(guó)橋梁建設(shè)進(jìn)入了最輝煌時(shí)期，建成了一大批構(gòu)新穎、技術(shù)復(fù)雜、現(xiàn)代化品位的橋梁，設(shè)計(jì)和施工水平己躋身于國(guó)際先進(jìn)平。公路橋梁造價(jià)昂貴，因此，人們?cè)跇蛄航ㄔO(shè)過(guò)程中，總是采取各種措施，千方百計(jì)確保工程質(zhì)量。盡管如此，公路橋梁長(zhǎng)期在自然環(huán)境（大氣腐蝕、溫度、濕度變化）和使用環(huán)境（荷載作用與頻率的增加、材料與結(jié)構(gòu)的疲勞）的作用下，總會(huì)逐漸產(chǎn)生損壞現(xiàn)象，這是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的過(guò)程。
現(xiàn)役橋梁中，建于20 世紀(jì) 80 年代以前的占有很大比例，經(jīng)多年超負(fù)荷使用，致使橋梁存在嚴(yán)重的病害，降低了橋梁的現(xiàn)有承載力，因此在交通運(yùn)輸中制約了車輛的順利流動(dòng)。若全部重新建造這些橋梁，不僅需要大量的資金，建設(shè)周期長(zhǎng)，并且在施工中交通不暢，造成嚴(yán)重的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失。因此，維修和加固舊橋便成為一個(gè)亟待研究解決的問題。
1 橋梁加固原因
1.1設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)偏低，承載能力不足
舊橋梁原有的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，不能滿足經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展及車輛通行要求。公路橋梁的設(shè)計(jì)荷載已由汽車―6級(jí)、 汽車― 8級(jí)、 汽車―13級(jí)發(fā)展到汽車―15級(jí)、 汽車―20級(jí)及汽車―超 20級(jí)，并且仍有繼續(xù)增大的趨勢(shì)。隨著交通量的增加和荷載等級(jí)的提高，原有橋梁己經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)今交通的需要，絕大多數(shù)橋梁處于“帶病”工作狀態(tài)，急需進(jìn)行加固改造，提高設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)重載交通需要。
1.2通行能力不足
通行能力不足主要表現(xiàn)在橋面寬度不足；橋梁平面線形、縱斷面線形標(biāo)準(zhǔn)太低；橋上通車凈空或橋下通車凈空不足。公路網(wǎng)中半永久性橋梁臨時(shí)性橋梁為數(shù)不少，承載能力普遍偏低，抵抗自然災(zāi)害能力差，急需進(jìn)行改造。
1.3 超負(fù)荷使用
按路線等級(jí)或者預(yù)期設(shè)計(jì)荷載等級(jí)來(lái)說(shuō)，這一部分設(shè)計(jì)荷載等級(jí)并不低， 但由于一些特殊的原因，橋梁使用荷載大大超出設(shè)計(jì)荷載，致使橋梁長(zhǎng)期在超重荷載作用下運(yùn)營(yíng)。
1.4 人為及自然因素引起結(jié)構(gòu)的損壞
比如超出設(shè)計(jì)的洪水、泥石流、冰凍、地震、強(qiáng)風(fēng)、船舶撞擊，河道不恰當(dāng)開挖等，引起橋梁結(jié)構(gòu)的局部損壞。
1.5 設(shè)計(jì)、施工缺陷
有些橋梁設(shè)計(jì)上不是很合理，在早期的運(yùn)營(yíng)階段其缺陷并不明顯，運(yùn)營(yíng)一定時(shí)間后，病害逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。由于受施工質(zhì)量、施工技術(shù)、施工手段等方面的影響，使橋梁存在一定的技術(shù)缺陷，隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增加，其病害也逐漸在發(fā)展。
1.6 養(yǎng)護(hù)維修及加固措施不當(dāng)
有些橋梁的技術(shù)缺陷是由于養(yǎng)護(hù)維修不恰當(dāng)引起的。比如橋面維修增加過(guò)大的恒載，致使橋梁負(fù)擔(dān)加重；又如支座維修不當(dāng)，約束了承重結(jié)構(gòu)的變形等。有些橋梁則是加固不當(dāng)引起的。比如加固施加的預(yù)應(yīng)力大小或者位置不恰當(dāng)，引起結(jié)構(gòu)的二次病害；又如結(jié)構(gòu)體系改變不合理，致使結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位應(yīng)力超限等。
2 橋梁加固原則
2.1 經(jīng)濟(jì)適用性原則
采用加固方案應(yīng)考慮耗費(fèi)少、功效快、不中斷交通、技術(shù)上可行、有較好耐久性等方面的要求。
2.2 整體性原則
無(wú)論采取哪種方法加固，都應(yīng)特別注意新加部分與原有部分的結(jié)合，要采取相應(yīng)的措施使其結(jié)合為一個(gè)整體，共同承受外部荷載作用。
2.3 安全美觀性原則
補(bǔ)強(qiáng)加固是通過(guò)加大或修復(fù)橋梁構(gòu)件來(lái)提高局部或整座橋梁承載能力的措施。因此橋梁加固一般以不更改原結(jié)構(gòu)形式為原則，在兼顧經(jīng)濟(jì)性的前提下，只有在較復(fù)雜的情況下，才可考慮更改結(jié)構(gòu)形式。
3 橋梁加固常用方法
橋梁加固，就是通過(guò)一定的措施使構(gòu)件乃至整個(gè)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。這些措施包括直接針對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的，如體外預(yù)應(yīng)力，改變了結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)，使其回到原設(shè)計(jì)狀態(tài)或者更適應(yīng)新的要求；有些措施是針對(duì)截面的，即通過(guò)提高截面某一方面的承載力強(qiáng)度（如抗剪強(qiáng)度），從而改善整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載力水平。
3.1 上部結(jié)構(gòu)加固
3.1.1體外預(yù)應(yīng)力加固法
當(dāng)梁式橋需要對(duì)橋梁主要受力結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時(shí)，可在梁體外部設(shè)置鋼筋或鋼絲束，并施加預(yù)應(yīng)力，以改善橋梁的受力狀況，達(dá)到提高橋梁承載能力的目的。該方法主要適用情況有：當(dāng)混凝土梁中預(yù)應(yīng)力筋或普通鋼筋嚴(yán)重銹蝕及其他病害造成結(jié)構(gòu)承載力下降；用于控制梁體裂縫及鋼筋疲勞應(yīng)力幅度；適用于高應(yīng)力狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)，尤其是大型結(jié)構(gòu)的加固等情況。
3.1.2 增大截面和配筋加固法
增大截面加固法又稱外包混凝土加固法。它是增大構(gòu)件截面和配筋，提高構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和抗裂性，也可用來(lái)修補(bǔ)裂縫等。加固中應(yīng)將新、舊鋼筋焊接，或用錨桿連接補(bǔ)強(qiáng)鋼筋和原構(gòu)件。該方法廣泛用于梁橋及拱橋拱肋的加固。
3.1.3 改變結(jié)構(gòu)受力體系的加固法
這種加固、改造方法是通過(guò)改變橋梁結(jié)構(gòu)受力體系，達(dá)到提高橋梁的承載能力的目的。它的基本原理是以減少控制截面的內(nèi)力為目的進(jìn)行加固。改變結(jié)構(gòu)體系加固常用的方法有：在簡(jiǎn)支梁下增設(shè)支架或橋墩；把簡(jiǎn)支梁和簡(jiǎn)支梁加以連接，即簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)改變?yōu)檫B續(xù)梁結(jié)構(gòu)；在梁下增設(shè)鋼桁架等加勁或疊合梁；在拱橋上增設(shè)鋼梁等。
3.1.4 粘貼復(fù)合材料加固法
粘貼復(fù)合材料加固法是用粘結(jié)劑將具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕、耐疲勞的符合材料粘貼到橋梁需要加固的部位上，以提高橋梁承載力和剛度的一種加固方法。粘貼復(fù)合材料加固法具有以下的優(yōu)點(diǎn)：
(1) 復(fù)合材料有很高的抗腐蝕能力和對(duì)被加固結(jié)構(gòu)的保護(hù)能力，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。
(2) 復(fù)合材料強(qiáng)度高，外粘貼加固用量少。
(3) 復(fù)合材料質(zhì)輕，幾乎不改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的外形和尺寸。
(4) 施工周期短，操作簡(jiǎn)單。
(5) 加固時(shí)噪音小、灰塵少，對(duì)結(jié)構(gòu)使用環(huán)境影響較小。
該方法已經(jīng)被視為梁式橋加固補(bǔ)強(qiáng)、提高承載能力，尤其是當(dāng)高度受限制時(shí)的首選加固方法。其中碳纖維布(片)加固方法是此類加固方法中工程使用最為廣泛的。
3.1.5 橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法
橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法是將橋面上原有的橋面經(jīng)過(guò)處理后，重新澆筑鋼筋混凝土補(bǔ)強(qiáng)層，使其與原有橋跨結(jié)構(gòu)形成組合結(jié)構(gòu)。此方法既能修補(bǔ)已有裂縫、車轍、 臃包等損壞的橋面板，又能增加原先梁板的有效高度，增加梁板的抗彎能力，改善鉸結(jié)梁板的荷載橫向分布，提高橋梁的荷載能力。
3.2 橋梁墩臺(tái)與基礎(chǔ)加固
3.2.1擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法
橋梁基礎(chǔ)擴(kuò)大底面積的加固，稱為擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法。此法適用于基礎(chǔ)承載力不足或埋深太淺，而墩臺(tái)又是磚石或混凝土剛性實(shí)體基礎(chǔ)時(shí)的情況。擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積應(yīng)由地基強(qiáng)度驗(yàn)算確定，當(dāng)?shù)鼗鶑?qiáng)度滿足要求而缺乏僅僅表現(xiàn)為不均勻沉降變形過(guò)大時(shí)，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積的加固，主要由地基變形計(jì)算來(lái)加以選定。擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法施工比較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是它必須使新老基礎(chǔ)連成一體共同承受上部荷載，故加固費(fèi)用較高，而且加固效果也不易控制。
3.2.2 筋混凝土套箍或護(hù)套加固法
當(dāng)橋梁墩臺(tái)由于基礎(chǔ)埋置深度不夠，或因施工質(zhì)量控制不嚴(yán)等原因，導(dǎo)致墩臺(tái)開裂破損，可采用鋼筋混凝土圍帶或鋼箍進(jìn)行加固。加固時(shí)一般在墩身上中下分設(shè)三道圍帶，其間距應(yīng)大致相當(dāng)于橋墩側(cè)面的寬度。
3.2.3 橋臺(tái)新建輔助擋土墻加固法
由于橋臺(tái)臺(tái)背水平土壓力過(guò)大，引起橋臺(tái)傾斜，應(yīng)設(shè)法采取平衡橋臺(tái)后壁的土壓力處理，在臺(tái)背后面建一擋墻，以抵御過(guò)大的壓力。
4 結(jié)論
橋梁加固維修直接關(guān)系到道路的運(yùn)營(yíng)狀況，加固效率的高低直接關(guān)系到道路中斷運(yùn)營(yíng)時(shí)間的長(zhǎng)短。為了適應(yīng)公路交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展需求，保證橋梁結(jié)構(gòu)安全 滿足使用功能，需要對(duì)大量的危舊橋梁進(jìn)行改造或加固。隨著研究的不斷深入，舊的加固方法更加完善，同時(shí)新的加固技術(shù)不斷涌現(xiàn)，為橋梁加固方案的選擇者提供了更廣闊的空間。遵循橋梁加固、改造工作的共性，結(jié)合橋梁的特殊性，改善橋梁的服務(wù)性能和延長(zhǎng)其使用壽命，使舊橋繼續(xù)發(fā)揮其固有的使用功能，以保證公路交通暢通無(wú)阻。
