橋梁的加固與維修在工程中的應(yīng)用
2015-05-27
近年來隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加快，交通運(yùn)輸事業(yè)的高速發(fā)展，交通運(yùn)輸量大幅度增長，行車密度及車輛載重越來越大，尤其是特大型工業(yè)設(shè)備運(yùn)輸、集裝箱運(yùn)輸、礦山特種車輛及私自改裝重型車輛的運(yùn)行，都給現(xiàn)有橋梁的安全使用造成威脅。原來按舊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的荷載等級(jí)設(shè)計(jì)建造的橋梁，由于交通量的不斷增加，加之前述重型車輛的頻繁出現(xiàn)，更是造成這些橋梁雪上加霜?，F(xiàn)有道路上的橋梁由于營運(yùn)使用多年，公路橋梁中相當(dāng)一部分，特別是年代久遠(yuǎn)的低等級(jí)載荷橋梁，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足使用上的要求。橋梁是公路上的咽喉, 一旦出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞,將直接造成整條路線的運(yùn)輸堵塞或中斷,甚至威脅到過往人車的安全，為保證運(yùn)輸暢通, 橋梁的維修與加固勢在必行。
1、目前我國現(xiàn)有橋梁的狀況
從技術(shù)資料分析，大多數(shù)橋梁是三不知：①不知基底地質(zhì)；②不知基礎(chǔ)深度；③不知隱蔽部分的尺寸。從橋梁技術(shù)狀況分析，由于河床屢遭洪水沖刷，河床底部加深，橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)外露、沖空，產(chǎn)生不均勻沉降,導(dǎo)致橋臺(tái)、拱圈產(chǎn)生附加應(yīng)力而出現(xiàn)開裂，有的甚至出現(xiàn)開合現(xiàn)象；有的橋梁由于橋臺(tái)較高，受行車及臺(tái)后土壓力的作用，橋臺(tái)出現(xiàn)開裂、凸肚等病害；橋面混凝土鋪裝層由于使用時(shí)間長加之重車作用，導(dǎo)致開裂、剝落等病害。按橋梁技術(shù)狀況來評(píng)定大多屬三類橋梁.
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和重點(diǎn)工程的建設(shè)，目前公路橋梁所承受的負(fù)荷有3個(gè)特點(diǎn)：①交通量不斷增大；②重型車輛增加及超載現(xiàn)象嚴(yán)重；③超限運(yùn)輸?shù)某霈F(xiàn)和增加。按現(xiàn)在橋梁和運(yùn)輸狀況，橋梁的承載能力和通過的車輛荷載是公路與運(yùn)輸?shù)拿苤?。舊橋加固，提高舊橋的承載能力，確保交通運(yùn)輸?shù)捻樌麜惩ㄊ悄壳昂徒窈竺媾R的任務(wù)。
至目前，我國公路通車?yán)锍桃堰_(dá)約175.8萬公里，高速公里路程達(dá)2.58萬公里，躍居世界第二，建成的永久性橋梁在29萬座以上，1982年以前建成的橋梁約13.6萬座，大部分是按1972年以前部頒標(biāo)準(zhǔn)建造。絕大部分已滿足不了當(dāng)前使用上的要求，已經(jīng)成為三、四類橋梁。對(duì)于三、四類橋梁則必須進(jìn)行維修加固。否則即是一半新建，其耗資也是巨大的；八十年代末期的美國估算，40%的病危橋梁重建，耗資亦需3000億美元，造成不可能實(shí)現(xiàn)的情況。因而，加強(qiáng)橋梁養(yǎng)護(hù)、維修及病危橋梁的加固，力求充分利用，延長其使用壽命，以滿足交通運(yùn)輸發(fā)展的需要。依國內(nèi)外所積累的經(jīng)驗(yàn)表明，舊橋加固所需資金為同期新建橋梁的10～30%左右，所以說，適時(shí)合理地加固舊有橋梁，其經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。
2、橋梁檢查的種類
橋梁檢查的種類分為經(jīng)常性檢查、定期檢查和特殊檢查三種。
經(jīng)常性檢查由路段檢查人或橋梁養(yǎng)護(hù)人員進(jìn)行巡視檢查。目的是確保橋梁結(jié)構(gòu)功能正常，使結(jié)構(gòu)能得到及時(shí)的養(yǎng)護(hù)和緊急處治，對(duì)一些重大問題做出報(bào)告。該項(xiàng)檢查的特點(diǎn)是檢查人員有機(jī)會(huì)在各種天氣情況下對(duì)橋梁進(jìn)行觀察。
定期檢查是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量狀況進(jìn)行定期跟蹤的全面檢查。通常是依靠富有經(jīng)驗(yàn)專職橋梁檢查工程師，以目視觀察為主，輔以必要的工具、常規(guī)測量儀器、照相機(jī)和其他器材等手段，實(shí)地判斷病害原因，做出質(zhì)量狀況評(píng)分，并估計(jì)需要維修的范圍及方法，或提出限制交通的建議。對(duì)需要進(jìn)一步查明原因或繼續(xù)觀察的缺損部件，提出特殊檢查或下次檢查的時(shí)間要求。
特殊檢查是因各種特殊原因由專家們依據(jù)一定的物理、化學(xué)無破損檢驗(yàn)手段對(duì)橋梁進(jìn)行的全面察看、測強(qiáng)和測缺，旨在找出損壞的明確原因、程度和范圍，分析損壞所造成的后果以及潛在缺陷可能給結(jié)構(gòu)帶來的危險(xiǎn)。通常在下列四種情況下需對(duì)橋梁進(jìn)行特殊檢查：（1）有必要使用特殊設(shè)備或?qū)ｉT技術(shù)對(duì)定期檢查作補(bǔ)充時(shí)；（2）在進(jìn)行復(fù)雜和昂貴的維修前，須查出定期檢查中未能發(fā)現(xiàn)的損壞情況時(shí)；（3）在發(fā)生特殊事件后，如地震、洪水災(zāi)害、采空區(qū)塌陷、巖溶損害、撞擊事故和超重車輛過橋后；(4)需要使用特殊儀器需作特別詳細(xì)記錄的檢查，擬評(píng)定結(jié)構(gòu)實(shí)際狀況時(shí)。特殊檢查一般由現(xiàn)場檢查和實(shí)驗(yàn)室測試分析兩大部分組成。
3、橋梁的一般加固方法
3.1 塞縫灌漿
塞縫灌漿是把按一定比例配制的水泥(砂)漿、 環(huán)氧樹脂(砂)漿，通過噴漿機(jī)按一定壓力灌入結(jié)構(gòu)物縫隙內(nèi)，起到填塞裂縫、避免鋼筋銹蝕并提高結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度的作用。裂縫在橋梁病害中較為普遍，產(chǎn)生裂縫的原因很多，也很復(fù)雜。結(jié)構(gòu)物一旦出現(xiàn)裂縫，其受力截面發(fā)生應(yīng)力重分布，也就意味著受力有效截面變小，結(jié)構(gòu)應(yīng)力增大，承載能力降低。塞縫灌漿是用膠結(jié)材料把結(jié)構(gòu)的裂縫填滿，使力的作用、傳遞盡可能恢復(fù)到原狀態(tài)。
塞縫灌漿一般用于處理橋梁上、下部結(jié)構(gòu)裂縫，灌漿分為水泥漿、水泥砂漿、環(huán)氧樹脂漿、環(huán)氧樹脂、砂漿等，具體采用哪一種，應(yīng)視實(shí)際情況而定。通常水泥(砂)漿用于石砌墩、臺(tái)和拱圈裂縫，由裂縫的大小來決定灌漿中是否摻砂，采用水泥(砂)漿造價(jià)低、效果好。環(huán)氧樹脂漿一般用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物，因?yàn)殇摻罨炷翗?gòu)件產(chǎn)生的裂縫較小，易灌滿，粘結(jié)性好；環(huán)氧樹脂砂漿多用于橋面裂縫。
塞縫灌漿的通常做法是：先用1：1水泥砂漿勾縫，勾縫時(shí)須預(yù)留直徑約6―8mm的灌漿孔，孔距視裂縫寬度而定，縫寬處孔距為0．6一1.0 m，縫小處孔距為0．4―0．6m。待勾縫砂漿達(dá)到一定強(qiáng)度后即可灌漿。鋼筋混凝土梁的裂縫較小，用環(huán)氧樹脂勾縫，凡大于0．2mm的裂縫都要留孔灌漿，孔距一般為0．25一0．30m，灌漿方法與灌水泥漿大致相同。在公路舊橋加固中，塞縫灌漿是綜合處治的方法之一，用得比較普遍，通過試載及使用觀察，效果較好。
3.2上部結(jié)構(gòu)改建
在調(diào)查研究舊橋的基礎(chǔ)上，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，采用充分利用原橋進(jìn)行拼寬，利用橋臺(tái)將拱式結(jié)構(gòu)改為板式結(jié)構(gòu)的加固方法，使其滿足超限運(yùn)輸要求。
(1) 拼寬原橋
對(duì)驗(yàn)算不能滿足超限運(yùn)輸要求的舊橋，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，按實(shí)際通過的超限運(yùn)輸荷載設(shè)計(jì)拼寬橋梁，以確保超限運(yùn)輸安全。
(2) 利用原橋臺(tái)改拱式結(jié)構(gòu)為板式結(jié)構(gòu)
對(duì)于小跨徑石拱橋，由于拱圈厚度不能滿足超限運(yùn)輸要求或因地基較差發(fā)生不均勻沉降，致使拱圈開裂，降低承載能力，可采用此辦法。
3.3 舊橋下部結(jié)構(gòu)加固
橋臺(tái)特別是高度較大的橋臺(tái)，受行車荷載和土壓力作用，常見病害有橋臺(tái)開裂、凸肚，翼墻外崩、開裂、錯(cuò)位等。對(duì)于跨徑較小，水流不大的石拱橋，我們采用在橋跨內(nèi)加鋼筋混凝土框架進(jìn)行加固。
3.4舊橋基礎(chǔ)加固
橋梁基礎(chǔ)特別是天然地基上的淺基礎(chǔ)，由于埋置深度較淺，易受河水沖刷而淘空。受河水改道沖刷橋梁引道，導(dǎo)致橋臺(tái)基礎(chǔ)沖空，引道被毀。橋梁地基局部軟弱，致使橋臺(tái)發(fā)生不均勻沉降，引起橋臺(tái)開裂等。針對(duì)以上病害，我們采取對(duì)河床用漿砌片石進(jìn)行鋪砌，上游河床設(shè)置丁壩，打木樁擴(kuò)大橋臺(tái)基礎(chǔ)等方法進(jìn)行加固。
3.5橋面鋪裝層的加固
橋面鋪裝層開裂或剝離等病害，對(duì)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(duì)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(shí)由于橋面鋪裝層的破損，引起橋面平整度差，車輛通行時(shí)，使橋梁產(chǎn)生震動(dòng)，對(duì)橋梁產(chǎn)生不利影響，同時(shí)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(duì)于使用年限長、破損嚴(yán)重的采用拆除、修復(fù)的加固方案。而對(duì)于病害較輕，使用年限短，且混凝土強(qiáng)度仍符合設(shè)計(jì)要求的則先處治病害，在不降低設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)的前提下可采用加鋪瀝青碎石層的方案。
4 、結(jié)語
隨著城鄉(xiāng)一體化建設(shè)和交通運(yùn)輸事業(yè)的飛速發(fā)展，車輛載重量、車速和交通量已大為提高，在過去三、四十年所建造的低標(biāo)準(zhǔn)的、長期失養(yǎng)的農(nóng)用、公路及城市橋梁能否繼續(xù)服役并安全運(yùn)營，已成為公路和城市建設(shè)決策部門的一件大事。但是，有病害、甚至病害嚴(yán)重的危橋，如果有正確的檢查分析與診斷，以新技術(shù)、新材料給予加強(qiáng)、加固（配合必要的橋梁試驗(yàn)驗(yàn)證）一般是能夠繼續(xù)安全運(yùn)營的，并且能使其原有載重等級(jí)得到提高。此項(xiàng)檢查、分析、加固的費(fèi)用，一般只是新建橋梁費(fèi)用的15%左右。而且在加固過程中，除少量重車短期繞行之外，勿須全部中斷交通，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益極其了然。筆者認(rèn)為公路舊橋的加固比新建橋梁還難，因?yàn)榕f橋的維修加固，沒有現(xiàn)成的規(guī)范，更沒有可供使用的標(biāo)準(zhǔn)圖，橋梁的病害又錯(cuò)綜復(fù)雜，病害原因難以確定，因此，應(yīng)充分重視公路舊橋的管理工作，加大資金投入，使其保持良好的工作狀態(tài)，確保公路運(yùn)輸?shù)陌踩?br />
