城市混凝土橋梁常用加固方法研究
2015-08-04
引言
隨著我國城市化進程的發(fā)展，交通運輸量大幅度提高，貨運干道上的城市橋梁，隨著交通量的大幅提高，以及超載現(xiàn)象的影響，部分城市橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不同程度的損壞，需進行必要的檢測加固，以期恢復(fù)其正常使用功能，本文分析了對現(xiàn)役橋梁進行結(jié)構(gòu)安全評估的評價體系，總結(jié)城市混凝土橋梁常用加固方法。
橋梁結(jié)構(gòu)體系的劣化與損傷
1.1橋梁結(jié)構(gòu)體系劣化的原因
由于項目周期、人員專業(yè)素質(zhì)等原因可能造成設(shè)計不合理、結(jié)構(gòu)截面尺寸和鋼筋配置不符合力學要求、施工質(zhì)量達不到設(shè)計要求、 建筑材料使用不當、品質(zhì)不良等問題，這些問題使橋梁在使用初期就存在質(zhì)量隱患。橋梁在使用過程中，混凝土的收縮、徐變現(xiàn)象以及預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力損失不可避免，造成裂縫產(chǎn)生、構(gòu)件強度降低；同時，環(huán)境中有害的化學物質(zhì)會對結(jié)構(gòu)造成侵蝕，導(dǎo)致混凝土強度降低，鋼筋產(chǎn)生銹蝕。此外，交通超載、車輛與船舶的撞擊損壞、橋面磨損等人為因素經(jīng)常發(fā)生；嚴寒酷暑的溫度影響、洪水的沖擊、地震造成的破壞也不可避免
1.2橋梁結(jié)構(gòu)體系損傷與劣化現(xiàn)象
橋梁結(jié)構(gòu)體系的損傷與劣化現(xiàn)象是多種原因形成的，近兩年筆者負責了合肥市市政大修橋梁的加固設(shè)計任務(wù)，經(jīng)過檢測和調(diào)查發(fā)現(xiàn)，混凝土橋梁構(gòu)件主要存在如下病害：
?。?）由于支座支承面不平整或預(yù)埋鋼板下澆筑砼時空氣無法排出， 砼凝固后收縮， 與鋼板產(chǎn)生空隙及預(yù)制板梁底翹曲等原因， 造成支座脫空
（2）施工時橋臺填料壓實度不足導(dǎo)致橋臺不均勻沉降， 且澆筑大體積混凝土時沒有控制好水化熱的影響， 引起橋臺側(cè)墻出現(xiàn)斜向裂縫；
?。?）由于支座偏壓或脫空， 鉸縫受剪破壞及橋面鋪裝的防水性能差， 部分梁板出現(xiàn)滲水結(jié)晶現(xiàn)象；
?。?）由于施工時模板位置或鋼筋放樣不到位， 后期混凝土的碳化、 剝落， 導(dǎo)致保護層厚度變薄或鋼筋外露， 另外， 鉸縫處漏水對梁板的腐蝕作用造成板體混凝土保護層厚度不足， 普遍小于20mm；
?。?）由于鉸縫破壞， 梁板處于單板受力狀態(tài) ，承載能力不足， 板底裂縫明顯， 部分結(jié)構(gòu)鋼筋外露；
混凝土橋的技術(shù)狀況的評定
在橋梁維修加固之前，應(yīng)詳細評估其結(jié)構(gòu)現(xiàn)有強度是否能夠承受實際荷載，以判定橋梁承載能力的安全性。而在耐久性方面，應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)損傷、材質(zhì)劣化、施工缺陷等狀況與周圍環(huán)境條件，合理判斷結(jié)構(gòu)的使用壽命。下表是我國對現(xiàn)役橋梁技術(shù)狀況的評定標準：
混凝土橋梁補強加固方法
3.1加大截面加固法。增大截面加固法是在原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上再澆筑一定厚度的鋼筋混凝土，這是對鋼筋混凝土橋加固的一種常用的改造技術(shù)。增大混凝土截面一般采用兩種方式，一種是加厚橋面板;另一種是加大主梁梁肋的高度和寬度。該法施工工藝簡單、適應(yīng)性強，并具有成熟的設(shè)汁和施工經(jīng)驗，適用于較小跨徑的T梁橋或板橋的加固。采用此法加固后橋梁剛度明顯提高，承載能力也能取得較好的效果。該法也有明顯的缺點，比如混凝土構(gòu)件的體積增大、自重增加、施工周期加長、施工空間大等。
3.2粘貼鋼板加固法。以樹脂粘接鋼板與混凝土的結(jié)構(gòu)加固法，被用于建筑、工廠、橋梁等土木工程中。該法施工快速、現(xiàn)場無濕作業(yè)或僅有抹灰等少量濕作業(yè)，對生產(chǎn)和生活影響小，且加固后對原結(jié)構(gòu)外觀和原有凈空無顯著影響，但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平。適用于承受靜力作用且處于正常濕度環(huán)境中的受彎或受拉構(gòu)件的加固。
3.3粘貼碳纖維增強塑料加固法。粘貼碳纖維加固技術(shù)采用專門的樹脂將碳纖維粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)受拉表面時碳纖維與原結(jié)構(gòu)形成新的受力整體，碳纖維與鋼筋共同承受荷載，降低了鋼筋應(yīng)力，從而使結(jié)構(gòu)達到了加固和補強效果。粘貼碳纖維加固技術(shù)的主要特點是:幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重和截面尺寸，不改變凈空高度，施工方便，對原結(jié)構(gòu)幾乎不會造成新的損傷，具有良好的耐腐蝕性、耐久性和抗疲勞性能，根據(jù)受力分析可進行多層粘貼進行補強，其方向性也可以靈活掌握。此外碳纖維質(zhì)地柔軟，加固后可用混凝土砂漿涂敷，或根據(jù)要求涂裝各種顏料，修復(fù)補強不留痕跡?？稍诓桓淖兘Y(jié)構(gòu)外型的前提下補強各種混凝土結(jié)構(gòu)物，包括抗彎、抗剪、抗壓、抗疲勞、抗震、抗風、控制裂縫和撓度的擴展，增加結(jié)構(gòu)的延性。
3.4體外預(yù)應(yīng)力加固法。體外預(yù)應(yīng)力加固法是指對布置于承載結(jié)構(gòu)主體之外的鋼束張拉而產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力的后張法。體外預(yù)應(yīng)力體系由體外預(yù)應(yīng)力孔管、漿體、錨固體系和轉(zhuǎn)向塊等部件組成。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)能大大縮短施工工期。但加固后對原結(jié)構(gòu)外觀有一定影響，且不宜用于混凝土收縮徐變大的結(jié)構(gòu)。
3.5噴凝土加固法。噴凝土加固法是在原有結(jié)構(gòu)上噴涂一層高品質(zhì)的混凝土，以恢復(fù)對鋼筋的保護，提高已剝離或變質(zhì)的混凝土強度，提供美觀表面的功能，是目前常用的維修加固方法。
3.6置換混凝土加固法。該法的優(yōu)點與加大截面法相近，且加固后不影響建筑物的凈空，但同樣存在施工的濕作業(yè)時間長的缺點。適用于受壓區(qū)混凝土強度偏低或有嚴重缺陷的梁、柱等混凝土承重構(gòu)件的加固。
3.7有粘結(jié)外包型鋼加固法。該法也稱濕式外包鋼加固法，特點是受力可靠、施工簡便、現(xiàn)場工作量較小。適用于使用上不允許顯著增大原構(gòu)件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。
3.8錨栓錨固法。該法適用于混凝土強度等級為C20~C60的混凝土承重結(jié)構(gòu)的改造、加固，不適用于已嚴重風化的上述結(jié)構(gòu)及輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。
3.9增加支承加固法。該法簡單可靠，但易損害建筑物的原貌和使用功能，并可能減小使用空間。適用于具體條件許可的混凝土結(jié)構(gòu)加固。
結(jié)語
對于現(xiàn)役出現(xiàn)病害的城市橋梁，如能采取有效的加固維修措施，恢復(fù)和提高它們的承載能力，消除安全隱患，使其能夠繼續(xù)服役，將會帶來巨大的社會和經(jīng)濟效益。因此，我們應(yīng)高度重視城市橋梁的管養(yǎng)工作，加大資金投入，使其保持良好的工作狀態(tài)。橋梁安全評估和加固補強必將成為橋梁工程中的一門新興學科，推動橋梁工程發(fā)展。
