淺談城市橋梁的加固技術(shù)
2015-08-17
許多城市的橋梁，通過(guò)多年的運(yùn)行，不少橋梁出現(xiàn)了這樣那樣的問(wèn)題：橋面破損、結(jié)構(gòu)裂縫、承載能力不足、傾斜、沉降嚴(yán)重等等，都嚴(yán)重影響著橋梁功能的正常發(fā)揮。因此，及時(shí)對(duì)城市橋梁進(jìn)行加固、修復(fù)、改造、完善，對(duì)保證城市交通通行、人們財(cái)產(chǎn)、人身安全等具有十分重要的作用。
一、城市橋梁加固的特點(diǎn)
城市橋梁的加固不同于新建橋梁，它是一項(xiàng)極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，須以原有基礎(chǔ)為立足點(diǎn)，綜合分析其客觀條件，此外，加固結(jié)構(gòu)多為新舊組合結(jié)構(gòu)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)需要考慮其協(xié)調(diào)性和整體性，在加固施工時(shí)還要充分考慮到原有結(jié)構(gòu)物的影響。問(wèn)題橋梁的質(zhì)量因含有不確定因素，很難深入檢查其質(zhì)量，施工起來(lái)不安全；橋梁加固施工常常缺乏廣闊的場(chǎng)地，其施工現(xiàn)場(chǎng)總是較為擁擠、狹窄，這也給施工帶來(lái)了不便；另外，還要重視現(xiàn)有交通的暢通性，即在工程的進(jìn)行過(guò)程中，盡量不中斷或少中斷交通。
二、城市橋梁加固的基本要求
鑒于橋梁加固工程的客觀特殊性，其實(shí)施過(guò)程應(yīng)從多方面加以重視，遵循多方面的要求：經(jīng)濟(jì)上，為了使直接經(jīng)濟(jì)效益和間接經(jīng)濟(jì)效益更加明顯，加固費(fèi)用總體上低于新建結(jié)構(gòu)的費(fèi)用；盡量減小對(duì)城市交通方面的影響；還應(yīng)該充分考慮環(huán)境因素，為了適應(yīng)一定的景觀要求，外觀上協(xié)調(diào)新舊兩部分；最為重要的，就是技術(shù)方面，因固定的客觀條件，方案設(shè)計(jì)與施工組織，其技術(shù)要求都非常高，因此，要充分利用原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件，盡量減少對(duì)原有結(jié)構(gòu)的損傷，滿足各項(xiàng)使用要求，保證工程的可靠、安全、耐久；施工組織和方案設(shè)計(jì)，要盡量保證施工便捷、快速；還要充分考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的折減，以便在處理新舊結(jié)構(gòu)時(shí)，保證兩者的整體一致性。
三、城市橋梁加固的設(shè)計(jì)原則
城市橋梁結(jié)構(gòu)若出現(xiàn)明顯病害并影響行車安全，必須予以加固，其改造設(shè)計(jì)要遵循以下原則：首先要認(rèn)真調(diào)查原橋的詳實(shí)現(xiàn)狀，分析其具體病害，評(píng)定其結(jié)構(gòu)狀態(tài)；其次，加固設(shè)計(jì)應(yīng)緊密結(jié)合施工方法，確保新舊結(jié)構(gòu)連接可靠，協(xié)調(diào)發(fā)展；嚴(yán)格遵照《公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》，使得加固后的橋梁在使用荷載時(shí)，新結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度、裂縫寬度限值等都滿足各項(xiàng)規(guī)范要求；驗(yàn)算加固結(jié)構(gòu)的承載力時(shí)，結(jié)構(gòu)的截面積，即為實(shí)際有效截面積，因?yàn)榧庸滩糠值膽?yīng)變滯后，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)載加固時(shí)的實(shí)際受力情況；若加固后結(jié)構(gòu)重量增大，則應(yīng)驗(yàn)算被加固結(jié)構(gòu)及橋梁基礎(chǔ)；結(jié)構(gòu)計(jì)算取決于結(jié)構(gòu)上的實(shí)際受力狀況；若進(jìn)行超靜定結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算，則考慮結(jié)構(gòu)變形、實(shí)際荷載偏心、溫度等因素造成的附加內(nèi)力。
四、城市橋梁加固的工作步驟及注意事項(xiàng)
維修加固舊橋的步驟主要有：調(diào)查橋梁的現(xiàn)狀并分析病害；查閱橋梁的相關(guān)歷史資料，并分析現(xiàn)有交通狀況；提出維修加固方案，并對(duì)其予以分析比較；最后確定方案并將其實(shí)施。
加固維修城市橋梁的過(guò)程中，有幾個(gè)問(wèn)題需要注意：
?。?）準(zhǔn)確判斷原有橋梁的實(shí)際承載能力，提供可靠的依據(jù)，更好地服務(wù)于技術(shù)改造設(shè)計(jì)；（2）認(rèn)真分析承載力不足的病因及橋梁病害，以便采取更好的措施；（3）某些橋梁雖只做上部構(gòu)造的加固，也要深入調(diào)查研究其下部構(gòu)造的承載能力和現(xiàn)狀；（4）加固后需要評(píng)定其承載力，對(duì)加固效果進(jìn)行檢驗(yàn)，并定期觀測(cè)，認(rèn)真做好每次記錄，為今后更好地改造橋梁技術(shù)積累經(jīng)驗(yàn)；（5）加固設(shè)計(jì)盡量保證通車便利，不中斷交通，盡可能做到施工和通車同時(shí)順利進(jìn)行。
五、城市橋梁加固的手段
1.加固前的裂縫修補(bǔ)工作
結(jié)構(gòu)的病害多發(fā)生在裂縫上，當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫后，其美觀性和耐久性均受到嚴(yán)重影響。故裂縫的修補(bǔ)十分重要，常用的方法有：
（1）表面處理或表面噴漿法。在微裂縫的表面上涂抹防水材料和填料，如聚合物水泥膏、彈性涂膜防水材料及水泥填料等。若裂縫寬度發(fā)生變化，考慮到結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境，應(yīng)使用延性大的材料；若裂縫表面經(jīng)鑿毛處理過(guò)，可以噴射一層強(qiáng)度高并且密實(shí)的水泥砂漿，該保護(hù)層可封閉裂縫，在噴射前，需除去結(jié)構(gòu)表面的剝離部分，用水沖洗清潔后即可噴漿。
?。?）填充法。填充法多適用于比較寬的裂縫（0.5mm以上），先沿裂縫鑿一條深槽，再嵌補(bǔ)各種粘結(jié)材料到槽內(nèi)。若鋼筋砼結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生銹蝕，要先除去鋼筋上的銹，再涂抹防銹底涂料，最后充填密封材料。
?。?）注漿法。當(dāng)向裂縫中注入水泥或樹(shù)脂類材料時(shí)，可用腳踏或手動(dòng)式輸液泵。為了更好地控制注入量，我們多采用低壓低速注入法。為了增強(qiáng)裂縫部位的整體性，注漿法也可以與鋼抓釘并用。
（4）粘貼鋼板封閉法。若鋼筋混凝土構(gòu)件出現(xiàn)主拉應(yīng)力裂縫，可在處理完裂縫后，在裂縫處粘貼鋼板，并用膨脹螺栓在鋼板上加壓，注意使鋼板的粘貼方向與裂縫方向保持垂直。
2.橋梁結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的加固技術(shù)
?。?）橋梁上部構(gòu)造加固增強(qiáng)技術(shù)
①橋梁上部構(gòu)造加固增強(qiáng)技術(shù)
根據(jù)橋梁的承載能力的減弱程度和今后的使用要求，梁橋上部構(gòu)造的加固主要有以下幾種方式：
a.擴(kuò)大原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面。為了提高結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，可以采取增大構(gòu)件的截面面積，達(dá)到加固目的。
b.外部預(yù)應(yīng)力加固法。在新增構(gòu)件或原有的構(gòu)件上施加適當(dāng)?shù)某跏紤?yīng)力，達(dá)到加固目的。依據(jù)預(yù)應(yīng)力材料不同，可分為外部預(yù)應(yīng)力鋼束法和預(yù)應(yīng)力拉桿加固法。
c.改變?cè)Y(jié)構(gòu)的受力體系法。為了減少梁內(nèi)控制截面峰值彎矩、提高承其載能力，可以通過(guò)改變橋梁結(jié)構(gòu)體系，達(dá)到加固目的?？梢园押?jiǎn)支梁橋變成連續(xù)梁橋，或是在簡(jiǎn)支梁下增設(shè)支撐與橋墩，還可以在梁下增設(shè)鋼析架等疊合梁或加勁梁。
d.外貼粘貼法。為了提高結(jié)構(gòu)承載能力，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件外部，通過(guò)粘合劑把鋼板、型鋼、玻璃鋼等材料粘貼加固。但需要保證結(jié)構(gòu)受力的可靠傳遞，粘貼鋼板、型鋼或玻璃鋼的中間不得斷開(kāi)，兩端須有可靠錨固，表面需要涂刷防銹漆并用環(huán)氧樹(shù)脂封閉。
e.增加主梁法。若橋梁的墩、臺(tái)地基穩(wěn)定，只是部分主梁的承載能力不能滿足要求，或者是橋?qū)挼葞缀纬叽绮粔?，可通過(guò)增設(shè)剛度大和承載能力高的主梁，使之與舊梁共同受力，這樣車輛荷載的橫向分布系數(shù)就會(huì)降低。
②拱橋上部構(gòu)造加固增強(qiáng)技術(shù)
a.套箍法。若拱橋主拱圈出現(xiàn)嚴(yán)重側(cè)墻外鼓和縱向裂縫，則可以采用這種方法。即在拱圈上加設(shè)由鋼拉桿和鋼板組成的板筋箍套，具體的實(shí)施過(guò)程為：將帶有螺栓孔的鋼板緊貼在空腹式的拱圈側(cè)面，拱腹和拱背增加兩三根帶螺絲的鋼拉桿；為了克服下拉桿因自重而下?lián)希啥嘣O(shè)幾道U錨桿；而對(duì)于跨中實(shí)腹段，可將上拉桿布置于之前鑿開(kāi)的橋面層之下。上、下拉桿均安設(shè)好以后，即可收緊螺栓，側(cè)墻和拱圈的套箍作用力會(huì)變大。
b.錨噴混凝土加固法。對(duì)于拱頂填料薄的實(shí)腹式拱橋和磚、砼、石鋼筋砼空腹式拱橋可采用這種方法。實(shí)施之前，需除掉混凝土及其它浮層，再用鑿毛處理并清洗干凈，鋼銷打入后，布設(shè)鋼筋網(wǎng)，噴射一層砼即可。
c.橋臺(tái)后加孔減載和增設(shè)抗滑水平支撐加固法。對(duì)于修建在軟弱地基上的雙曲拱橋，若出現(xiàn)拱座沉陷位移，上部構(gòu)造出現(xiàn)拱軸線變形，便可采用這種方法。此法可抵抗拱橋的水平推力，對(duì)受損部位進(jìn)行修補(bǔ)，從而提高橋梁的強(qiáng)度。具體做法有：加強(qiáng)拱腳部位受損的拱圈（或拱肋）；修建臺(tái)后支撐梁，以抵抗拱橋的水平推力；臺(tái)后兩端各增加小跨徑引橋。
?。?）橋梁下部構(gòu)造加固增強(qiáng)技術(shù)
?、贁U(kuò)大基礎(chǔ)加固法。若基礎(chǔ)埋置太淺或承載力不足，且墩臺(tái)是磚石或砼剛性實(shí)體式，這種方法較為實(shí)用。為了擴(kuò)大基礎(chǔ)的承載面積，可以在剛性實(shí)體式基礎(chǔ)的周圍加石砌砼，需要注意的是：在拓寬范圍內(nèi)必須先打樁圍堰；挖堰內(nèi)土壤時(shí)，要保證舊墩臺(tái)的安全，新舊基礎(chǔ)結(jié)合要牢固，可以在施工時(shí)增設(shè)錨固鋼筋。
②人工地基加固法。
若橋梁基礎(chǔ)下面的天然土基松軟，不易承受大荷載，或基礎(chǔ)出現(xiàn)沉降，可采用人工注漿法或砂樁法。注漿法是在墩、臺(tái)中心打入管樁或直向鉆孔，通過(guò)管孔及孔眼，用力將各種漿液或加固劑注入土層中，漿液凝固會(huì)把原有松散的土結(jié)為防滲性能的整體，堵塞巖石裂縫。砂樁法加固既是將木樁或鋼管打入基礎(chǔ)四周的軟弱土層中，拔出后再灌入干燥的粗砂，凝成砂樁。
③增補(bǔ)樁基加固法。為了增加基礎(chǔ)穩(wěn)定性，提高基礎(chǔ)承載力，還可以在樁式基礎(chǔ)周圍打入鋼筋砼預(yù)制樁或補(bǔ)加鉆孔樁。此法適用于樁式基礎(chǔ)加固的場(chǎng)合。對(duì)單排架樁式橋墩加固時(shí)，若在樁間加樁，就應(yīng)對(duì)原有蓋梁進(jìn)行加固；若原樁距較小，可增加兩排樁在原排架的兩側(cè)，成為三排式的墩樁。若橋臺(tái)承載力不足，可在臺(tái)前增加一排樁并澆筑蓋梁，增澆的蓋梁可單獨(dú)受力，也可與舊蓋梁、舊樁及新樁連接在一起，以分擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載。
六、結(jié)束語(yǔ)
總之，城市橋梁出現(xiàn)各種病害，不僅會(huì)威脅到行車安全，降低橋梁的壽命，還會(huì)影響市容環(huán)境，所以我們一定要充分重視對(duì)城市橋梁的加固改造工作。應(yīng)在日常中加強(qiáng)對(duì)橋梁的檢測(cè)和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并采取經(jīng)濟(jì)合理的加固措施，提高橋梁的質(zhì)量，保證城市交通的安全暢通。
