淺析橋梁加固的思路和方案
2015-08-04
隨著公路交通，近年來，特別是快速發(fā)展的高速公路，與國民經(jīng)濟(jì)的同步上升的汽車保有量，汽車日益重型化、大型化，公路運輸量不斷增長， 越來越大的公路橋梁壓力，已有不少橋梁發(fā)生裂縫、老化、破損等現(xiàn)象。為保證正常運營，舊橋的加固和檢測工作顯得特別重要。
一、橋梁加固的目的
為確保正常運營， 橋梁建成以后，檢查維修與養(yǎng)護(hù)必須加強(qiáng)經(jīng)常性的進(jìn)行。隨著重載車輛和交通量不斷增加， 交通運輸?shù)陌l(fā)展，因此要求進(jìn)行合理而有效的加固對原有橋梁，來提高通過荷載和能力標(biāo)準(zhǔn)。
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1、提高原有橋梁的承載能力與通過能力。
2、確保橋梁工程的完整、安全、耐久與適用。
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1、完善基礎(chǔ)資料， 掌握橋梁結(jié)構(gòu)狀況，為加固提供必要條件。
2、經(jīng)濟(jì)費用。一般來說，為新建費用的10% ～30%的加固費用，即加固應(yīng)優(yōu)先考慮。
3、盡量減少中斷交通或不中斷交通。
4、要一次性加固好， 對已發(fā)現(xiàn)的缺陷，不留后患。應(yīng)按規(guī)范進(jìn)行加固設(shè)計。
5、應(yīng)盡可能減至最低對原有橋梁結(jié)構(gòu)的損傷。
6、耐久適用、技術(shù)可靠、養(yǎng)護(hù)方便。
二、橋梁加固的思路
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一般來說，包括日常養(yǎng)護(hù)加固、維修和改建三個內(nèi)容的橋梁加固工作。橋梁維修和加固養(yǎng)護(hù)所起的作用是不同的，橋梁保持正常運營狀態(tài)的預(yù)防性和保護(hù)性的工作是維修養(yǎng)護(hù)， 而從承載受力的角度加固來進(jìn)行處理的。不能滿足橋梁繼續(xù)使用的要求，有三種情況如下：
1、使用一定年限之后， 橋梁出現(xiàn)結(jié)構(gòu)陳舊破損、老化，影響到它原有設(shè)計能力而不能正常運行，為了使之恢復(fù)承載能力到原有設(shè)計，必須予以修補(bǔ)。
2、由于當(dāng)初設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低， 雖然橋梁基本完好，交通發(fā)展經(jīng)過一段時期后，橋下凈空或荷載標(biāo)準(zhǔn)對新交通的需要不能滿足，為了適應(yīng)新的交通需對其加強(qiáng)。
3、橋梁結(jié)構(gòu)基本完好，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)合理。但如果有某種特殊要求，橋梁原設(shè)計沒有包括在內(nèi)的結(jié)構(gòu)變化或荷載，而臨時需要加強(qiáng)的。
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一般可采用如下的步驟，對舊橋進(jìn)行加固：
1、檢查橋梁損壞情況及現(xiàn)狀。
2、調(diào)查橋梁現(xiàn)有交通狀況及歷史技術(shù)資料。
3、進(jìn)行分析比較并提出改建或加固方案。
4、付諸實施確定的方案，即進(jìn)行改建或加固施工。
三、橋梁加固方案
一般來說橋梁加固方案，可以考慮增大截面抗力或減少內(nèi)力的方法。
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1、橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法
鋼筋混凝土層加鋪一層在梁頂上，一般先將舊橋面鑿除，使其與原主梁形成整體，達(dá)到增大主梁抗壓強(qiáng)度和有效高度，橫向分布系數(shù)橋面荷載改善，從而橋梁的承載能力的目的得到提高。
2、增大配筋和截面加固法
當(dāng)梁的剛度、強(qiáng)度、抗裂性和穩(wěn)定性能不足時，通常采用增加配筋、增大截面、提高配筋率的加固方法。在梁的側(cè)面和底面這種方法是增配主筋，加大尺寸，提高梁的抗彎強(qiáng)度和有效高度，從而使橋梁的承載力提高。
3、錨噴混凝土加固法
使用高速噴射機(jī)械，到已錨固好鋼筋網(wǎng)的受噴面上將新混凝土混合料噴射，鋼筋混凝土凝結(jié)硬化形成，從而增加橋梁的補(bǔ)強(qiáng)鋼筋和受力斷面，結(jié)構(gòu)的整體性得到加強(qiáng)，使其承受更大的外荷載作用。
4、鋼板（復(fù)合纖維） 粘貼加固法
主梁承載能力不足， 當(dāng)交通量增加，可采用錨栓及粘結(jié)劑等， 在混凝土結(jié)構(gòu)的薄弱部位或受拉緣將復(fù)合纖維或鋼板粘貼錨固，使其與結(jié)構(gòu)形成整體，代替增設(shè)的補(bǔ)強(qiáng)鋼筋以復(fù)合纖維或鋼板，主梁的承載能力達(dá)到提高的目的。
5、受力體系改變結(jié)構(gòu)加固法
此法是橋梁承載能力的目的達(dá)到提高，通過受力體系改變結(jié)構(gòu)。如現(xiàn)澆混凝土簡支梁的墩頂處，變?yōu)檫B續(xù)體系，承載力提高，主梁的內(nèi)力減小。
6、體外預(yù)應(yīng)力加固法
此法實質(zhì)是作為施力工具用鋼絞線、高強(qiáng)度鋼絲或粗鋼筋等鋼材，施加體外預(yù)應(yīng)力對橋梁上部結(jié)構(gòu)，抵消部分外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力用預(yù)加力產(chǎn)生的反彎矩，從而達(dá)到其極限承載力提高并舊橋使用性能改善的目的。該法顯著加固效果，有較強(qiáng)的適應(yīng)性， 經(jīng)濟(jì)效益明顯，橋梁加固正在被廣泛的應(yīng)用。
7、縱梁增設(shè)加固法
具有承載能力足夠的情況下，并安全性能好在墩臺地基，舊梁與新梁相連接， 可采用增設(shè)承載剛度大和能力高的新縱梁，共同受力。在新增縱梁后由于荷載的重新分布在橋梁結(jié)構(gòu)中，使所受荷載原有梁中得以減少，由此使加固后的橋梁剛度和承載能力得到提高。當(dāng)位于原梁的兩側(cè)或一側(cè)增設(shè)的縱梁時，則還有加寬的作用。
8、增大拱圈截面加固法
當(dāng)為變截面或等截面的石、混凝土或磚等實體板拱的拱橋主拱圈時，且下部構(gòu)造基本完好，同時泄水面積與橋下凈空容許部分減少時，可采用錨噴或澆注混凝土的方法在原主拱圈底面增設(shè)一層新拱圈，使結(jié)構(gòu)的承載力得到提高。
?。ǘ┙Y(jié)構(gòu)加固橋梁下部的方法
1、擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法
當(dāng)基礎(chǔ)埋深太淺或承載能力不足，而墩臺又是混凝土或磚石剛性實體基礎(chǔ)時，可以考慮加固基礎(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積的方法，使基礎(chǔ)的承載力提高。
2、樁基增補(bǔ)加固法 當(dāng)樁的深度不足，而基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)時，均能采用樁基增補(bǔ)加固法，均是一種有效的加固方法；另外當(dāng)墩臺基礎(chǔ)未下至堅硬層，或墩臺基底下有軟臥層時，墩臺發(fā)生沉陷。
3、墩臺拓寬方法
靠懸臂加寬墩臺蓋梁部分， 利用舊橋基礎(chǔ)，以加寬安裝的上部結(jié)構(gòu)。只加寬墩臺上部的蓋梁， 采用此法墩臺加寬時，舊橋墩臺基礎(chǔ)必須穩(wěn)定、完好，且需經(jīng)過驗算承載能力后才能采用。
四、橋梁加固后的檢測
加固后需要對橋梁進(jìn)行觀察和檢測，才可以對加固的效果評估。常規(guī)的檢測方法是利用動載試驗和靜載試驗，將加固設(shè)計的計算結(jié)果與試驗結(jié)果進(jìn)行對比，對加固成功與否進(jìn)行判斷橋梁。
（一）動載試驗方案
使運用檢測車在不阻斷交通的情況下，采用跑車、跳車法對該橋梁進(jìn)行受迫振動或激勵振動，量測橋梁的振動頻率或固有振動頻率、振幅、阻尼；在無荷載的情況下，對該橋梁的固有振動頻率、阻尼、振幅量測采用自然脈動法；設(shè)置垂直傳感器和水平橫向傳感器于主橋的中跨位置的一側(cè)，然后量測主、副橋的固有振動阻尼、振幅、頻率采用自然脈動法；在交通阻斷的情況下，設(shè)置垂直傳感器和水平橫向傳感器于主橋的中跨位置的一側(cè)，量測主、副橋的固有振動頻率、振幅、阻尼、動力系數(shù)采用跳車、跑車法，如表2。
?。ǘ╈o載實驗方案
利用檢測車對主橋?qū)ΨQ性測試，主要測量邊跨最大正彎矩工況，第 2 跨最大正彎矩工況，4號墩最大負(fù)彎矩工況。
靜載測試截面應(yīng)變實測值與理論值如下圖所示，截面梁底應(yīng)變實測平均值為 40.7με，理論值為 54.5με，相應(yīng)校驗系數(shù)為 40.7με/54.5με≈0.747，符合規(guī)范的要求；最大的應(yīng)變測點（2號測點）的相對殘余應(yīng)變約為 8.1，符合規(guī)范的要求。
截面最大正彎矩工況撓度的實測平均值與理論值如下圖所示，滿載時撓度實測平均值為3.78 mm，理論值為 4.70 mm，相應(yīng)校驗系數(shù)是 3.78 mm/4.70 mm≈ 0.804，符合規(guī)范的要求；撓度最大測點（2號測點）的相對殘余變形為3.9，符合規(guī)范的要求。
總之，近年來隨著我國快速發(fā)展的公路運輸，一個研究橋梁維修、養(yǎng)護(hù)和加固的熱潮已經(jīng)出現(xiàn)，為了避免舊橋出現(xiàn)失修、老化，甚至是發(fā)生塌橋事故，橋梁加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，橋梁加固中的技術(shù)難題長期不懈地研究，做好橋梁加固這項難度高、系統(tǒng)性強(qiáng)的工作，現(xiàn)在已經(jīng)顯得尤為重要。
