淺析橋梁加固的有效方法
2015-07-23
前言
作為交通干線的重要組成部分，橋梁的使用性能對整個交通的暢通性有直接影響作用，在經(jīng)濟迅速發(fā)展，公路交通的運輸量大大增加的背景下，受材料、設(shè)計、施工等方面的影響，很多橋梁已滿足不了現(xiàn)有荷載的受力要求，影響橋梁荷載的原因有：一、重型車輛的超載現(xiàn)象較為突出；二、交通運輸量呈明顯增長；三、建筑構(gòu)件、材料等的老化；四、諸多地質(zhì)災(zāi)害的影響等。橋梁的承載能力是有限的，部分橋梁不堪重負出現(xiàn)了沉陷、裂紋等破損現(xiàn)象，基于道路安全考慮，應(yīng)對橋梁進行加固。
1、橋梁加固的原因
在上個世紀(jì)末期，橋梁的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)較低，而隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，交通運輸量猛增，運輸與橋梁間的矛盾也日益明顯，有些橋梁橋面寬度不夠，縱斷面、平面的現(xiàn)行設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)較低，橋梁上通車的凈空能力不足，通行能力無法達到要求。另外在進行橋梁的施工時由于勘測不到位，對施工中的基礎(chǔ)深度、基底地質(zhì)等情況無法掌握，若遇上洪水沖刷，橋墩基礎(chǔ)沖空外露，產(chǎn)生不規(guī)則的沉降，拱圈、橋臺會因為附加應(yīng)力裂開，加之經(jīng)濟發(fā)展下重型車輛的增加以及較為突出的超載現(xiàn)象的影響，橋梁的安全受到了更加嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。如果將這些橋梁推倒重建，會耗費大量的物資，以及較長的工期，同時也會影響橋梁的正常使用。反之，當(dāng)前多數(shù)交通發(fā)達的國家已將新建橋梁放在了次要位置，而把橋梁建設(shè)的重心放在了對橋梁的改造加固之上，本著“經(jīng)濟簡便、可靠牢固、適用耐用”的原則，加強對現(xiàn)有橋梁承載力的研究，有計劃、有步驟將現(xiàn)有的橋梁進行改造加固，既可以延長橋梁的使用壽命，及時有效地為現(xiàn)代道路交通提供服務(wù)，又能夠以少量的資金來改善交通情況，并給社會帶來巨大的經(jīng)濟效益。
2、橋梁加固的方法 加固，簡單來說，就是通過一定的措施使構(gòu)件乃至整個結(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。
2.1結(jié)構(gòu)性加固 ①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，通過張拉對梁體產(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橋上交通的影響，甚至可以在有限開放交通的情況下組織施工，因此近年來國內(nèi)工程實例較多。但加固后體外預(yù)應(yīng)力筋的防腐問題一定程度上增加了后期養(yǎng)護費用，因此，一般不是公路部門的首選加固方法。 ②粘貼鋼板或碳纖維（CFRP）加固法。粘貼鋼板加固法是采用粘結(jié)劑和錨栓將鋼板粘貼錨固于混凝土結(jié)構(gòu)受拉面或其它薄弱部位，使鋼板與加固混凝土結(jié)構(gòu)形成整體，以達到提高結(jié)構(gòu)承載能力的目的。該方法具有基本不改變原結(jié)構(gòu)的尺寸、施工簡單、技術(shù)可靠、短期加固效果較好且工藝成熟等優(yōu)點，近些年來在鋼筋混凝土橋梁的加固維修中為公路部門廣泛采納，是近幾年應(yīng)用最多的加固方法。 碳纖維加固技術(shù)是近幾年內(nèi)才由國外引進的一種新技術(shù)，因其強度高，耐腐蝕，且施工簡便等優(yōu)點，目前已廣泛應(yīng)用于實際工程中。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。 ③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程中全部的作業(yè)需在梁底進行，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。④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改變橋梁結(jié)構(gòu)受力體系以達到提高結(jié)構(gòu)整體承載能力的目的，是一種變被動為主動的加固方法。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。但該加固方法施工改造時一般要涉及到橋面鋪裝的再處理，增加了改造費用且加固效果受負彎矩區(qū)施工質(zhì)量的影響較大，目前極少單獨采用。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。
2.2非結(jié)構(gòu)性加固 ①鋼纖維混凝土修復(fù)橋面鋪裝層。對橋面鋪裝層的嚴(yán)重破損，可考慮采用鋼纖維混凝土修復(fù)。這種材料具有高強度、抗裂能力強，抗沖擊耐磨耗等性能，可延長橋面的使用壽命，在不增加橋梁恒載的情況下，改善梁的結(jié)構(gòu)受力性能。 ②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系列橋梁無縫伸縮縫，在中小行橋梁上也得到廣泛使用。
2.3Ｕ型高橋臺加固 ①預(yù)應(yīng)力錨索框架法。該加固法采取在Ｕ型橋臺前墻和兩側(cè)墻外加套４０厘米的鋼筋混凝土，并在兩側(cè)墻增設(shè)水平預(yù)應(yīng)力索對錨和前墻增設(shè)地錨的方案。該方案適用于不能中斷交通又無法架設(shè)便橋的高橋臺病害修復(fù)。 ②錨桿配合鋼筋混凝土抱箍法。該加固法采取臺腔與橋臺基礎(chǔ)持力層進行壓漿固化，再打入錨桿與槽鋼抱箍，最后在Ｕ型橋臺前墻和兩側(cè)墻外加套２５厘米的鋼筋混凝土，新舊墻體采用錨桿連接形成整體。該方案適用于地基承載力不足，且施工處理不到位，造成橋臺前墻下沉。
2.4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行加固。但是對于實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，此時可重點從回填硬土或者對地基進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，并通過植筋擴大承臺，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，通過植筋后，外抱箍微膨脹混凝土。
3、橋梁加固的方案選擇 加固方案與諸多因素有關(guān)，?？紤]的主要因素:①橋梁結(jié)構(gòu)型式；②橋位地形、水文、自然狀況；③橋梁現(xiàn)狀分析研究結(jié)論；④施工技術(shù)水平；⑤能否封閉交通；⑥預(yù)期加固效果；⑦資金投入量等。 合理的加固方案是將上述加固方法優(yōu)化組合，體現(xiàn)出加固效果及經(jīng)濟效益。應(yīng)注意以下兩點：不同的加固方法有對應(yīng)的設(shè)計計算方法；加固后的橋梁結(jié)構(gòu)承載能力提高幅度受原結(jié)構(gòu)的制約,如原結(jié)構(gòu)配筋率、截面尺寸等，不可能無限制地提高承載能力；
4、橋梁加固效果評價 橋梁加固應(yīng)在不斷總結(jié)經(jīng)驗和技術(shù)進步的基礎(chǔ)上形成專門規(guī)范，同時要重視對加固后的橋梁進行檢測和觀察，以確定加固的效果。橋梁加固后的上部結(jié)構(gòu)通常是用靜載或動載試驗,將試驗結(jié)果與加固設(shè)計的計算結(jié)果進行對比，來判斷橋梁加固成功與否。但對下部結(jié)構(gòu)而言，不方便進行荷載試驗，通過其頻率變化來定量評估橋墩的加固效果。 橋梁的加固維修技術(shù)是最近興起的一門新技術(shù),為了指導(dǎo)橋梁加固技術(shù)的應(yīng)用，需提出一整套完整的實用性公路橋梁檢測、評定與加固成套的技術(shù)規(guī)范，為我國公路危舊橋的改造提供技術(shù)支持，確保危舊橋的改造工作科學(xué)合理、經(jīng)濟安全,使得橋梁加固做到“有法可依”。
5、結(jié)束語
總之，如今橋梁加固已成為工程關(guān)注的重點，現(xiàn)在主要的橋梁問題多集中在低級公路橋梁上，加固主要對象也是中小橋梁，面對我國橋梁技術(shù)的快速發(fā)展，進一步提高橋梁維護以及加固改造的水平有著深刻的現(xiàn)實意義。
