淺析運(yùn)用加固技術(shù)加強(qiáng)橋梁科學(xué)管理
2015-05-22
橋梁是公路交通的咽喉，隨著橋梁使用年限的增長(zhǎng)以及橋梁負(fù)荷的日趨增大，我國(guó)很多橋梁均出現(xiàn)了破損，這些問(wèn)題已嚴(yán)重制約了公路運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展。加上不能適應(yīng)現(xiàn)在交通量飛速增長(zhǎng)，使得舊橋檢測(cè)和舊橋加固技術(shù)顯得非常迫切。因此研究如何修復(fù)這些橋梁已成為當(dāng)今橋梁設(shè)計(jì)的重要課題。根據(jù)本地橋梁的實(shí)際狀況，本人對(duì)橋梁病害的形成原因、加固的目的方法、加固的規(guī)律等方面有如下幾點(diǎn)看法：
一、橋梁現(xiàn)狀及成因
1歷史原因?qū)е聵蛄撼休d力有限
橋梁的承載能力是根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)所采用的荷載等級(jí)來(lái)確定的，早期建造的橋梁，特別是20世紀(jì)60-70年代建造的橋梁，設(shè)計(jì)荷載大多偏低。有些橋梁設(shè)計(jì)上不是很合理，結(jié)構(gòu)構(gòu)造處理不合理，橋梁在早期運(yùn)營(yíng)時(shí)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)。有些橋梁由于受施工質(zhì)量、施工技術(shù)、施工手段等的限制和影響，存在一定的技術(shù)缺陷，隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增加，其病害也逐漸顯露、發(fā)展。隨著交通置的增加和荷載等級(jí)的提高，原有橋梁已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)今交通的需要，有些橋梁已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重病害。這主要表現(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，從而導(dǎo)致橋梁的正常通行能力不能滿足要求。
2自然老化及養(yǎng)護(hù)及加固措施不夠
有些橋梁的技術(shù)缺陷則是由于養(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，致使橋梁本身自重過(guò)大，承載力相對(duì)提高較小或未提高：橋面排水處理不當(dāng)，橋面滲水：又如支座維修不當(dāng)，改變了整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)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。早期公路橋梁的設(shè)計(jì)齡期為50年，隨著時(shí)間的推移，已建橋梁會(huì)不斷損壞和老化，其承載力、剛度、延性和穩(wěn)定性不斷下降，這是一個(gè)不可改變的客觀規(guī)律。
二、橋梁加固具體方法
加固，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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。舊橋加固方法可綜合為以下幾類。
1結(jié)構(gòu)性加固
體外預(yù)應(yīng)力加固法。體外預(yù)應(yīng)力法的加固原理是在梁的下緣受拉區(qū)設(shè)置預(yù)應(yīng)力材料，通過(guò)張拉對(duì)梁體產(chǎn)生偏心預(yù)應(yīng)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(yīng)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(yù)應(yīng)力拉桿加固法和外部預(yù)應(yīng)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(duì)橋上交通的影響，甚至可以在有限開(kāi)放交通的情況下組織施工，因此近年來(lái)國(guó)內(nèi)工程實(shí)例較多。如301國(guó)道盤錦立交主線橋和盤錦立交WH匝道橋的加固。但加固后體外預(yù)應(yīng)力筋的防腐問(wèn)題一定程度上增加了后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，因此，一般不是公路部門的首選加固方法。
碳纖維加固技術(shù)是近幾年內(nèi)才由國(guó)外引進(jìn)的一種新技術(shù)，因其強(qiáng)度高，耐腐蝕，且施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中。如廣深高速公路福田互通立交橋加固、107國(guó)道(深圳段)洋涌河大橋加固。然而，由于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(yīng)用受到限制。
增大截面與配筋加固法。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(dá)到提高橋梁承載能力的目的。然而，由于增大截面法在施工過(guò)程中全部的作業(yè)需在梁底進(jìn)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(fèi)用并不太大，但以上因素制約了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用，一般用于T型截面梁的加固維修。如河南南陽(yáng)桐柏淮河大橋加固。
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(guò)改變橋梁結(jié)構(gòu)受力體系以達(dá)到提高結(jié)構(gòu)整體承載能力的目的，是一種變被動(dòng)為主動(dòng)的加固方法。這種技術(shù)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(diǎn)。但該加固方法施工改造時(shí)一般要涉及到橋面鋪裝的再處理，增加了改造費(fèi)用且加固效果受負(fù)彎矩區(qū)施工質(zhì)量的影響較大，目前極少單獨(dú)采用。如2003年湖北鄂州涂家咀連續(xù)拱橋(LO=70m)加固、2005年福建蔣樂(lè)積善連續(xù)拱橋(LO=30m)加固。
此外，結(jié)構(gòu)性加固方法還有增設(shè)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非結(jié)構(gòu)性加固
鋼纖維混凝土修復(fù)橋面鋪裝層。對(duì)橋面鋪裝層的嚴(yán)重破損，可考慮采用鋼纖維混凝土修復(fù)。這種材料具有高強(qiáng)度、抗裂能力強(qiáng)，抗沖擊耐磨耗等性能，可延長(zhǎng)橋面的使用壽命，在不增加橋梁恒載的情況下，改善梁的結(jié)構(gòu)受力性能。
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(yīng)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(wú)縫伸縮縫，在中小行橋梁上也得到廣泛使用。
3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(jìn)行加固。但是對(duì)于實(shí)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(shí)可重點(diǎn)從回填硬土或者對(duì)地基進(jìn)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(shè)一根樁，并通過(guò)植筋擴(kuò)大承臺(tái)，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(guò)植筋后，外抱箍微膨脹混凝土。
目前，在很多橋梁加固改造中，同一座橋梁，針對(duì)不同的部位、不同的構(gòu)件、不同的改造原因同時(shí)采用了幾種不同的方法。如宜賓馬鳴溪金沙江大橋的加固，采用了增加構(gòu)件加固法、粘貼鋼板加固法、碳纖維加固法、橋面層補(bǔ)強(qiáng)加固法；西藏尼木大橋的加固，采用了粘貼鋼板加固法、碳纖維加固法、橋面層補(bǔ)強(qiáng)加固法：紹興斗門大橋的加固，采用了增加構(gòu)件加固法、橋面層補(bǔ)強(qiáng)加固法等等。
實(shí)踐表明，采用適當(dāng)?shù)募庸碳夹g(shù)和拓寬措施，對(duì)恢復(fù)和跳高舊橋的承載能力及通行能力，延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，以滿足現(xiàn)代化交通運(yùn)輸?shù)男枰强尚械?。這樣既可節(jié)省大量投資，收到良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，又可通過(guò)加固和改造舊橋、危橋消除交通安全隱患。因此，對(duì)舊橋的加固改造受到了各國(guó)的重視，提出了各種加固技術(shù)措施。找出適合于我國(guó)公路橋梁的加固技術(shù)，并推廣應(yīng)用，是提高我國(guó)公路橋梁加固技術(shù)提供可靠的保證。
