危橋加固的施工方法及其關(guān)鍵技術(shù)研究
2015-06-11
1 引言
近年來，我國早期修建的橋梁，因建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低和大荷載、重型車輛等加速老化的因素，出現(xiàn)了大量的病橋和危橋。具體表現(xiàn)為破損嚴(yán)重和承載能力的日益下降、使用性能嚴(yán)重惡化和安全性能的大大降低。
橋梁是確保現(xiàn)代交通暢通的咽喉，是高速公路貫通的關(guān)鍵，因此，對橋梁結(jié)構(gòu)加固、維修和補強機理進行深入的研究，切合實際地引進代表時代進步的現(xiàn)代橋梁加固改造的技術(shù)、新型材料和先進設(shè)備，并從實際出發(fā)加以科學(xué)有效的應(yīng)用，不僅可以改善橋梁的使用性能，延長橋梁的使用壽命，還可以提高社會效益，使橋梁更好地滿足現(xiàn)代公路交通運輸?shù)男枰?br />
2 國內(nèi)外危橋加固技術(shù)研究狀況
國際上歷來重視舊橋危橋的加固維修，相繼組織專家學(xué)者投入了大量的人力物力對舊橋加固技術(shù)進行探索和研究。早在上個世紀(jì)八十年代初，在具有重大國際影響的《IBC國際橋梁會議》年會上，就對成員國提出了針對六項橋梁方面的重大問題進行研究的要求：
對現(xiàn)有橋梁的實際承載能力的評估和對安全度如何正確進行評價的問題；
如何對橋梁進行檢查并發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生的破損及異?，F(xiàn)象，正確地評價和鑒定橋梁結(jié)構(gòu)物的損壞程度，因地制宜地采用合理的加固和維修方法的問題；
對橋梁結(jié)構(gòu)損壞與加固維修技術(shù)的實際應(yīng)用問題；
如何正確合理采用維修加固新的技術(shù)、新方法的問題；
橋梁設(shè)計與加固維修管理技術(shù)之間的繼承關(guān)系，即如何把加固維修中暴露和發(fā)現(xiàn)的問題，納入到今后橋梁設(shè)計和工藝的優(yōu)化中；
橋梁維修加固的未來展望，即維修加固方法如何適應(yīng)未來的橋梁建設(shè)，并提出更為科學(xué)合理的加固維修管理方法和策略的問題。
在一些發(fā)達國家，呈現(xiàn)了橋梁等工程結(jié)構(gòu)的維修和加固費用已達到或超過新建工程的投資的狀況，如美國90年代用于舊工程結(jié)構(gòu)維修和加固上的投資已占據(jù)建設(shè)時期總投資量的近50％，英國為70％，而德國則達到了80％以上。對舊橋、危橋加固和維修技術(shù)的探索、加固工藝的研究己經(jīng)成為世界性的熱點關(guān)注課題。資料表明，目前，發(fā)達國家已將舊橋的加固與維修作為橋梁建設(shè)的重點，被放在國民經(jīng)濟發(fā)展的首要位置。
我國橋梁橋齡一般在30年左右，許多橋梁已經(jīng)開始發(fā)生老化、裂縫等現(xiàn)象，危橋數(shù)目逐年增多，嚴(yán)重地制約了國民經(jīng)濟的發(fā)展，舊橋的維修與加固問題己被逐年提到議事日程上來。
3 橋梁加固方法選用原則
橋梁加固方法的選擇，應(yīng)遵守以下原則
在確定加固方案之前，須先對地形橋型進行考察，既考慮不中斷交通的技術(shù)上的可行性，也要考慮耗費少、見效快和較好的耐久性等方面的要求；
補強加固和維修是通過對橋梁構(gòu)件的加大或修復(fù)，進而提高橋梁局部或整座結(jié)構(gòu)承載能力的措施來實現(xiàn)的。因此橋梁加固維修工作應(yīng)在兼顧經(jīng)濟的前提下，以不更改原橋梁設(shè)計風(fēng)格和結(jié)構(gòu)形式為原則，如在特殊的較為復(fù)雜的情況下,必須對結(jié)構(gòu)形式進行更改時，應(yīng)首先進行相關(guān)評估和論證；
選擇橋梁加固方式時，應(yīng)借鑒已完成的補強加固的橋梁成功的經(jīng)驗，對舊橋現(xiàn)狀、承載能力減弱的程度以及加固維修后投放使用的交通量等進行綜合分析和判斷；
全面分析橋梁結(jié)構(gòu)，選擇最為適宜的一種或多種加固方式，當(dāng)由于特殊原因需要采用擴大或增加橋梁構(gòu)件斷面的方法對橋梁進行加固和維修前，應(yīng)對增加部分與原有部件的結(jié)合效果進行測評。
4 幾種主要橋梁加固方法及其關(guān)鍵技術(shù)分析
4.1 體外預(yù)應(yīng)力橋梁加固
體外預(yù)應(yīng)力加固是采用高強鋼絲等鋼材，作為產(chǎn)生反彎矩用以抵消外荷載內(nèi)力的施力工具, 對橋梁上部結(jié)構(gòu)進行外預(yù)應(yīng)力的施加，用以提高橋梁極限承載能力而達到改善舊橋使用性能的目的。
4.1 設(shè)計與施工技術(shù)
體外預(yù)應(yīng)力鋼筋可以采用可更換的、不可更換的、可補拉的等形式多樣的便于維修、加固和便于日后養(yǎng)護的設(shè)計方法；
因體外預(yù)應(yīng)力加固舊橋構(gòu)造的施工工藝和方法相對簡單，而且其無需管道灌漿的體外配筋方式，大大簡化了施工工序，可實現(xiàn)對橋梁的全年施工，而不受寒冷地區(qū)的限制，很好地解決了長期以來困擾橋梁加固的混凝土耐久性問題；
體外預(yù)應(yīng)力體系以其相對靈活的工藝設(shè)計，在所加固的橋梁類型上，不僅可用以簡支梁橋和連續(xù)梁橋的加固，還可用以拱橋和剛構(gòu)橋的加固；在性能上，可同時改善橋梁的抗彎性能和構(gòu)件的抗剪性能；而且還可以對橋梁的梁部結(jié)構(gòu)、橋墩及索塔等部位進行加固。由于預(yù)應(yīng)力筋張拉時會產(chǎn)生一定的預(yù)應(yīng)力損失而給施工帶來偏差，因此，對預(yù)應(yīng)力損失進行準(zhǔn)確合理和計算,并在施工中采取相應(yīng)的措施用以減少預(yù)應(yīng)力損失是體外預(yù)應(yīng)力橋梁加固設(shè)計的關(guān)鍵。
4.2 粘貼鋼板加固法
粘貼鋼板加固法是將鋼板與混凝土，采用膠體等粘接物將其連接的結(jié)構(gòu)加固方法。它具有施工快速、現(xiàn)場作業(yè)面積不大的特點，而且僅產(chǎn)生少量抹灰的特性，使其對施工和生活影響較小。加固后對原橋梁外觀和無顯著影響。但加固效果的好壞優(yōu)劣很大程度上受制于膠粘劑的物理和化學(xué)性能、施工工藝以及加固人員的操作水平。
4.3 粘貼碳纖維加固法
該法是通過環(huán)氧樹脂將碳纖維粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)的受拉表面，使具備高抗拉強度碳纖維與原橋梁受損面形成新的受力整體，共同承受荷載，從而使橋梁結(jié)構(gòu)達到了加固和補強效果。
碳纖維增強聚合物由環(huán)氧樹脂同高抗拉強度的碳纖維束粘貼而成。采用碳纖維片進行橋梁工程加固具有以下優(yōu)點：
碳纖維片的抗拉強度約為普通鋼材的10倍；
碳纖維片具有高強質(zhì)輕等物理特性；
碳纖維片具有良好的抗酸、抗堿、抗鹽等化學(xué)特性，其自身的防腐耐蝕性和可抵抗各種惡劣環(huán)境腐蝕的特點，大大提高了被加固橋梁結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性和使用壽命；
碳纖維片具備橋梁生存環(huán)境所需的溫度穩(wěn)定性、耐水性、抗紫外線和抗老化性能等；
碳纖維片密度相對較小，其較輕的自重，不會增加橋梁的自重，且柔性好、易于裁剪；
因無需過多的施工機構(gòu)和大型機械設(shè)備，所以加固時，施工簡便，易于操作；
施工時間短，經(jīng)濟性好；
碳纖維加固適合于梁、板、柱、橋墩、橋梁等各種不同結(jié)構(gòu)部位的加固和維修。
4.4 新型材料的使用
材料科學(xué)的日益成熟和發(fā)展，為橋梁加固行業(yè)提供的性能優(yōu)良的材料，除了引人注目的碳纖維加強塑料，另一種被廣受關(guān)注的新型加固材料是加固用高性能混凝土。同碳纖維加強塑料相似，加固用高性能混凝土被應(yīng)用于橋梁加固工程也始于上個世紀(jì)80年代。它最早由挪威科學(xué)家提出，20世紀(jì)90年代我國引進后，國內(nèi)專家學(xué)者經(jīng)過長達十多年的探索，如今，我國的高性能混凝土研究已日趨成熟，而且已被成功地運用于危橋加固與維修。
5 結(jié)論
我國的危橋加固與維修起步較晚，加固技術(shù)的發(fā)展相對滯后。加強對現(xiàn)有危橋的加固和維修，是保障公路橋梁的安全運營和促進國民經(jīng)濟快速發(fā)展的重點課題。從實際出發(fā)、準(zhǔn)確地對橋梁病害成因進行分析以及制定科學(xué)合理的加固維護措施，已成為新時期保持橋梁良好的使用功能和確保公路交通暢通重要手段。
