關(guān)于橋梁加固技術(shù)的分析
2015-07-13
隨著我國(guó)公路交通事業(yè)的快速發(fā)展,各級(jí)公路的交通量均不斷增加,特別是各種超限車輛對(duì)公路橋梁造成的損害,使得近幾年我國(guó)的危橋數(shù)量呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。橋梁加固是隨著日益增長(zhǎng)的交通運(yùn)輸業(yè)而產(chǎn)生并隨其發(fā)展的新課題,它很好地處理了新工程與舊工程的銜接,是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)保障。因此,橋梁加固技術(shù)的發(fā)展意義相當(dāng)重大。同時(shí),各種新型材料以及粘結(jié)劑的發(fā)展,新方法的運(yùn)用,使得橋梁加固的對(duì)象更廣,施工更方便快捷,效果更明顯,并推動(dòng)著橋梁加固技術(shù)的不斷成熟和完善。
1 現(xiàn)階段橋梁主要技術(shù)缺陷
1.1 橋梁的使用年限長(zhǎng),接近其使用壽命。我國(guó)在20世紀(jì)60年代～70年代修建的橋梁,大部分仍在服役,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。
1.2 超負(fù)荷使用。交通業(yè)競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇導(dǎo)致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),加速了橋梁的損壞。我國(guó)目前超載現(xiàn)象十分嚴(yán)重,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了當(dāng)年的設(shè)計(jì)車流量,致使沿線道路及橋梁均遭到了不同程度的破壞。
1.3 設(shè)計(jì)、施工的先天不足以及各種不利作用(如碳化、氯離子侵入、酸侵蝕、鹽害等)使得橋梁結(jié)構(gòu)的混凝土及鋼筋腐蝕嚴(yán)重。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。有些橋梁由于受施工質(zhì)量、施工技術(shù)、施工手段等方面的影響,存在一定的技術(shù)缺陷,隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增加,其病害也在逐漸發(fā)展。
1.4 設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)偏低,承載能力不足。橋梁承載能力是根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)所采用的荷載等級(jí)來(lái)確定的。而荷載等級(jí)又是由各個(gè)時(shí)期國(guó)家頒布的公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范所規(guī)定的。隨著交通量的增加和荷載等級(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。
1.5 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。
1.6 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、浮冰、冰凍、地
震、強(qiáng)風(fēng)、船舶撞擊、河道不恰當(dāng)開(kāi)挖、橋梁基礎(chǔ)下的巖溶、礦山坑道等,引起橋梁結(jié)構(gòu)的局部損壞。
1.7 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。有些橋梁則是加固不當(dāng)引起的。
2 常用加固技術(shù)綜述
我國(guó)開(kāi)始對(duì)舊橋加固技術(shù)進(jìn)行研究,總的看來(lái),混凝土橋梁上部結(jié)構(gòu)加固方法從加固原理和適用特點(diǎn)上可分為五類。
2.1 改變結(jié)構(gòu)受力體系
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。改變結(jié)構(gòu)體系實(shí)現(xiàn)的方式主要有兩種:
2.1.1通過(guò)增加新的附加構(gòu)件；
2.1.2 通過(guò)改變承重構(gòu)件的邊界條件。新增構(gòu)件往往會(huì)改變?cè)Y(jié)構(gòu)的外觀,減小橋下凈空,影響通航,在實(shí)際加固工程中較少采用。但是該法由于加固效果較好,目前也常用作解決臨時(shí)通行超重車輛的一種加固措施。實(shí)際加固工程中較多采用的是通過(guò)改變承重構(gòu)件的邊界約束條件來(lái)改變結(jié)構(gòu)的傳力體系,例如把簡(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)等。
2.2 承重構(gòu)件增減
通過(guò)增設(shè)縱梁或者拓寬橋面等辦法分擔(dān)原構(gòu)件的活載,達(dá)到提高承載力的目的。包括新增加主梁、增設(shè)縱梁拓寬橋面等。拓寬的橋面不僅可以有效的減小單個(gè)主梁荷載通行的集度,同時(shí)新增縱梁和原主梁之間還可以通過(guò)增加輔助橫梁來(lái)改善荷載的橫向分布問(wèn)題。
2.3 增大構(gòu)件的截面
通常采用的增大構(gòu)件截面的方法有以下幾種:
2.3.1 橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法,主要用于主梁剛度不夠,橋面板承載力不足,或鉸接梁、板的鉸縫不能有效傳力。在梁頂上加鋪一層鋼筋混凝土層,一般先鑿除舊橋面,使其與原有主梁形成整體,達(dá)到增大主梁有效高度和抗壓截面強(qiáng)度,改善橋梁荷載橫向分布能力,從而達(dá)到提高橋梁的承載能力的目的。該法用工量較大,工期較長(zhǎng),并有可能對(duì)原結(jié)構(gòu)(如主梁等)造成一定的損傷。
2.3.2 增大截面與配筋加固法是通過(guò)增大構(gòu)件截面面積或配筋率以提高鋼筋混凝土梁的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的加固方法。該方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。但該方法會(huì)使上部結(jié)構(gòu)恒載增加,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,需要現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。
2.3.3 錨噴混凝土加固法,較多用于加固砌體墩臺(tái)、護(hù)坡等砌體工程。錨噴混凝土加固法是從隧道施工中轉(zhuǎn)化而來(lái)的加固方法,但由于施工工藝要求較高且存在一個(gè)新舊混凝土的銜接問(wèn)題,加上施工過(guò)程中需要封閉交通,施工過(guò)程對(duì)環(huán)境影響較大。
2.4 外加預(yù)應(yīng)力體系
外加預(yù)應(yīng)力體系是利用預(yù)應(yīng)力索產(chǎn)生的反向預(yù)矩,能較大幅度地減小恒載下的構(gòu)件變形與應(yīng)力水平,屬一種主動(dòng)加固法。其優(yōu)點(diǎn)是在自重增加很小的情況下,能夠大幅度改善和調(diào)整原結(jié)構(gòu)的受力狀況,提高承重結(jié)構(gòu)的剛度、抗裂性能。由于承重結(jié)構(gòu)自重增加小,故對(duì)墩臺(tái)及基礎(chǔ)受力狀況影響很小?？晒?jié)省對(duì)墩臺(tái)及基礎(chǔ)的加固,對(duì)橋梁營(yíng)運(yùn)影響較小,可在不限制通行的條件下加固施工。缺點(diǎn)是會(huì)導(dǎo)致超靜定結(jié)構(gòu)發(fā)生內(nèi)力重分布、轉(zhuǎn)向塊和錨固點(diǎn)存在著巨大的集中力、易受環(huán)境的影響,需要做防腐處理。
2.5 增補(bǔ)加勁材料
采用經(jīng)濟(jì)梁高和經(jīng)濟(jì)配筋率的混凝土受彎構(gòu)件,其受壓區(qū)混凝土比受拉區(qū)鋼筋具有更多的強(qiáng)度空間,可通過(guò)增補(bǔ)拉區(qū)加勁材料的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)承載力的提高。傳統(tǒng)的外貼加勁材料加固法主要指粘貼鋼板法,隨著碳纖維,預(yù)應(yīng)力碳纖維材料的出現(xiàn),采用高強(qiáng)輕質(zhì)的材料進(jìn)行外貼加固愈來(lái)愈成為工程加固的研究熱點(diǎn)。這種加固方法的特點(diǎn)是:不需要破壞被加固的原結(jié)構(gòu)的尺寸,施工工藝簡(jiǎn)單,施工質(zhì)量較容易控制,施工工期短。
3 橋梁加固改造基本要求
3.1 采用加固方案之前,須先考慮經(jīng)濟(jì)效益好、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。
3.2橋梁加固后,無(wú)論結(jié)構(gòu)性能、承載能力,還是耐久性方面都能達(dá)到使用上的要求。
3.3橋梁加固一般以不改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)形式為原則,采用加大受力截面或者修復(fù)原來(lái)橋梁構(gòu)件,或者采用其他措施來(lái)提高橋梁的承載能力。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。
3.4了解和判斷橋梁下部結(jié)構(gòu)的承載能力冗余度,以滿足加固后所增加橋梁的自重和活載對(duì)基礎(chǔ)的要求。
3.5 橋梁加固的方式,必須考慮舊橋現(xiàn)狀、承載能力減弱的程度以及日后交通量,最好參考已經(jīng)成功完成補(bǔ)強(qiáng)加固的橋梁的施工。
3.6 在選定橋梁加固方案時(shí),還應(yīng)考慮到以下因素:加固設(shè)施的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用、加固時(shí)交通阻礙造成運(yùn)輸上的損失、加固技術(shù)的耐久性、施工安全性以及對(duì)環(huán)境的干擾程度等。這些因素都不能忽視。
4 結(jié)語(yǔ)
隨著我國(guó)改革開(kāi)放的深入進(jìn)行,國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,交通事業(yè)日新月異。一大批20世紀(jì)80年代以前修建的公路橋梁已不適應(yīng)交通運(yùn)輸發(fā)展的需要。面對(duì)數(shù)量如此龐大的舊橋、危橋,如全部推倒重建,既不科學(xué),更不現(xiàn)實(shí)。舊橋加固改造是一個(gè)全球性的問(wèn)題,引起了世界各國(guó)的高度重視,并提到了刻不容緩的議事日程上來(lái)。如同世界眾多國(guó)家一樣,我國(guó)橋梁維修、養(yǎng)護(hù)、加固與改造也已提到了橋梁建設(shè)的議事日程。
