關(guān)于公路橋梁加固新技術(shù)的探討
2013-08-05 來源：筑龍網(wǎng)
前言
近年來，伴隨我國經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸?shù)娘w速發(fā)展，交通運(yùn)輸量大幅度的不斷增長．公路橋梁負(fù)荷越來越重。以往所修建的橋梁，到現(xiàn)在為止都發(fā)生了不同程度的病害，如橋面破損、伸縮縫損壞、橋頭跳車、梁板或拱體裂縫、混凝土剝落、鋼筋鋼索銹蝕、鋼結(jié)構(gòu)裂紋銹爛、擋墻傾斜錯(cuò)位、錐坡下挫坍塌、墩臺(tái)基底沖空、橋頭路基沖塌、河床護(hù)底沖翻以及河道被沖刷嚴(yán)重變遷而危及橋頭路基等。直接影響了橋梁的正常功能，也縮短了橋梁的使用壽命，甚至威脅著過往人車的安全。因此合理的對(duì)現(xiàn)有舊橋進(jìn)行加固改造，提高承載力，不僅能滿足新時(shí)期公路交通運(yùn)輸?shù)男枰?而且還可以為國家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
1、公路橋梁加固的重要性
在公路橋梁使用期間內(nèi)，任何橋梁都會(huì)成為舊橋。由于橋梁是建在大地上的特殊產(chǎn)品，不僅受自然環(huán)境的影響（如大氣腐蝕、溫度、濕度變化等），而且還受到使用環(huán)境的影響，難以避免產(chǎn)生損壞現(xiàn)象。這使橋梁的維修、養(yǎng)護(hù)、加固、改造已成為必然。從經(jīng)濟(jì)上分析，橋梁加固可以節(jié)省大量投資，收到良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。采用適當(dāng)?shù)募庸碳夹g(shù)和拓寬措施，不僅可以避免因拆除舊橋與重建新橋而增加工程費(fèi)用，同時(shí)也恢復(fù)和提高了舊橋的承載能力及通行能力。延長橋梁的使用壽命，滿足現(xiàn)代化交通運(yùn)輸?shù)男枨?。同時(shí)橋梁的改造和加固，不僅可以提高公路橋梁的通行能力和服務(wù)水平，而且在更大程度上能夠消除交通安全隱患。從發(fā)展中分析，舊的公路橋梁加固有利于促進(jìn)橋梁建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。既滿足現(xiàn)代人的需求以不損害后代人滿足需求的能力，使經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源和環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展。
2、體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)
體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的實(shí)質(zhì)是以粗鋼筋鋼絞或高強(qiáng)鋼絲等鋼材作為施力工具，對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)施加體外預(yù)應(yīng)力，以預(yù)加產(chǎn)生的反彎矩抵消部分外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，從而達(dá)到改善舊橋使用性能并提高其極限承載能力的目的。
2．1技術(shù)原理
體外預(yù)應(yīng)力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(duì)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，能夠較大幅度地提高結(jié)構(gòu)承載力。與通常的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)相比，預(yù)應(yīng)力筋與原結(jié)構(gòu)只在錨固點(diǎn)與梁連接．類似于無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。目前體外預(yù)應(yīng)力加固是采用較多的加固方法之一．特別在大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁和連續(xù)T構(gòu)箱梁橋的加固。體外預(yù)應(yīng)力筋錨固在梁端或中間橫隔梁上，跨間用轉(zhuǎn)向塊調(diào)整預(yù)應(yīng)力筋的角度，以適應(yīng)橋梁的受力要求。
2．2技術(shù)特點(diǎn)
體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)與普通預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)相比，其結(jié)構(gòu)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
?。?）設(shè)計(jì)方面體外預(yù)應(yīng)力鋼筋可以設(shè)計(jì)為不可更換的，也可以設(shè)計(jì)成可更換、可補(bǔ)拉的。可更換的體外力筋 便于維修、加固、養(yǎng)護(hù)。
（2）施工方面體外預(yù)應(yīng)力加固舊橋構(gòu)造簡單，簡化了施工：由于梁肋中不設(shè)管道，避免了截面削弱：體外配筋方式取消管道灌漿工序可實(shí)現(xiàn)全年施工，對(duì)處于寒冷地區(qū)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
?。?）使用方面降低了鋼筋束的摩阻損失，預(yù)應(yīng)力筋利用效率高，力筋應(yīng)力變化幅值小，對(duì)抗疲勞有利。體外預(yù)應(yīng)力加固混凝土橋梁在我國的推廣應(yīng)用，為解決工程上長期困擾的混凝土耐久性問題提供了可能，橋梁耐久性的提高，使用壽命的延長。例如301國道盤錦立交主線橋和盤錦立交WH匝道橋．采用的都是體外預(yù)應(yīng)力法進(jìn)行加固，改善了橋梁的整體使用性能，延長了橋梁的使用壽命。為橋梁養(yǎng)護(hù)管理及加固補(bǔ)強(qiáng)帶來可觀的直接經(jīng)濟(jì)效益，其間接和長期經(jīng)濟(jì)效益也相當(dāng)顯著。
體外預(yù)應(yīng)力體系布置較為靈活，不僅可用來加固簡支梁橋和連續(xù)梁橋，還可用來加固拱橋和剛構(gòu)橋等；不僅可用來改善梁的抗彎性能，還可用來改善構(gòu)件的抗剪性能；不僅可用來進(jìn)行整體橋梁加固，而且可用于橋梁局部加固；不僅可用來加固橋梁的梁部結(jié)構(gòu)，也能用于加固橋墩及索塔等部位，具有良好的加固效果及， 闊的應(yīng)用前景。但由于對(duì)預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失，因此，在設(shè)計(jì)中需對(duì)預(yù)應(yīng)力損失進(jìn)行合理的估計(jì)和計(jì)算，并在施工時(shí)采取措施以減少預(yù)應(yīng)力損失。
3、高強(qiáng)復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)
高強(qiáng)復(fù)合纖維主要有芳倫纖維及碳纖維（FRP），碳纖維材料在橋梁加固工程中應(yīng)用非常廣泛，技術(shù)比較成熟。
3．1技術(shù)比較
在結(jié)構(gòu)受拉區(qū)或抗剪薄弱區(qū)域，直接粘貼纖維加固方法采用的較多。就實(shí)際工程中大量遇到的承載力加固而言，采用在受拉區(qū)直接粘貼碳纖維布的被動(dòng)加固方法。后加補(bǔ)強(qiáng)材料是不能充分發(fā)揮作用的。計(jì)算表明，對(duì)原梁高度較小、配筋率較大的情況，加固設(shè)計(jì)以混凝土壓應(yīng)變達(dá)到極限值控制設(shè)計(jì)，在極限狀態(tài)下，后加補(bǔ)強(qiáng)材料的應(yīng)力僅為700—800MPa，此值只相當(dāng)碳纖維抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的（21．2%一24．2%）；對(duì)原梁高度較大、配筋率較小的情況，加固設(shè)計(jì)以原梁鋼筋應(yīng)變達(dá)到極限值0．01控制設(shè)計(jì)，在極限狀態(tài)下 后加補(bǔ)強(qiáng)材料的應(yīng)力也只有2000MPa左右，此值相當(dāng)碳纖維抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的60%。由于受原梁變形限制，在極限狀態(tài)下高強(qiáng)復(fù)合纖維的高抗拉性能根本無法充分發(fā)揮作用，造成一種極大的浪費(fèi)。而且 不加分析的盲目增加后補(bǔ)強(qiáng)材料的用量。加固后構(gòu)件可能發(fā)生超筋脆性破壞，設(shè)計(jì)是不安全的。
3．2技術(shù)原理
碳纖維加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在建筑結(jié)構(gòu)物表面，當(dāng)結(jié)構(gòu)荷載增加時(shí)，二者共同工作，提高構(gòu)件承載力．從而達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)的目的。碳纖維加固技術(shù)性能是否能夠達(dá)到要求的關(guān)鍵是碳纖維材料與混凝土基材的粘結(jié)性能能否保證。為了提高碳纖維材料的利用效率及增強(qiáng)舊橋加固效果，對(duì)碳纖維材料施加預(yù)應(yīng)力是一種有效的辦法。碳纖維預(yù)應(yīng)力加固的作用原理是利用錨固粘貼于被加固梁體上的碳纖維布條（或板條）對(duì)梁體施加預(yù)應(yīng)力，改善加固梁的受力狀態(tài)，其關(guān)鍵技術(shù)是解決適應(yīng)于橋梁現(xiàn)場施工的預(yù)應(yīng)力纖維布（或板1的張拉、錨固問題。
3．3技術(shù)特點(diǎn)
高強(qiáng)復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)與其他預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)相比具有幾個(gè)特點(diǎn)：
?。?）施工方面
在加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)中可以充分利用其高強(qiáng)度、高彈性模量的特點(diǎn)來提高混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力和延性。改善其受力性能，達(dá)到高效加固修補(bǔ)的目的。其施工便捷、工效高、沒有濕作業(yè)，不需大型施工機(jī)具，施工占地少，施工效率高。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，粘貼FR是粘貼鋼板施工工效的4～8倍。FRP輕質(zhì)柔軟，易貼附，與粘貼鋼板相比其施工質(zhì)量更易保證。
（2）結(jié)構(gòu)方面線膨脹系數(shù)與混凝土接近，保證了溫度變化時(shí)，F(xiàn)RP與混凝土可以協(xié)同工作。不增加構(gòu)件的自重和體積。FRP質(zhì)量輕且厚度很薄，經(jīng)加固修補(bǔ)后的構(gòu)件，基本上不增加原結(jié)構(gòu)的自重和尺寸．也就不會(huì)減少建筑物的使用空間。
?。?）使用方面可廣泛用于各種結(jié)構(gòu)類型（如建筑物、構(gòu)筑物、橋梁隧道、涵洞、煙囪等）、各種結(jié)構(gòu)形狀f如矩形、圓形、曲面結(jié)構(gòu)等1、各種結(jié)構(gòu)部位f如梁、板、節(jié)點(diǎn)、拱、殼、墩等）的加固修補(bǔ)，且不改變結(jié)構(gòu)形狀及不影響結(jié)構(gòu)外觀。
試驗(yàn)表明：碳纖維、玻璃纖維和芳綸纖維具有良好）的耐腐蝕性和耐久性，可以抵抗建筑物中經(jīng)常遇到的酸、堿、鹽等對(duì)結(jié)構(gòu)的腐蝕。使用此材料加固后，不僅不需要對(duì)其進(jìn)行定期維護(hù)，而且其本身更可以對(duì)內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)起到保護(hù)作用。例如位于107國道f深圳段）的洋涌河大橋由于一輛超高集裝箱貨柜車撞擊后在被撞區(qū)形成了多道裂縫，呈輻射狀，甚至很多斜向裂縫延至梁肋頂部，并且有混凝土松散、脫落、鋼筋被剪斷等破壞情況。加固時(shí)采用在梁體底板和粱肋粘貼碳纖維布的方法后，使結(jié)構(gòu)恢復(fù)了承載力，后經(jīng)觀察，達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)的目的。
4、結(jié)束語
總之，加強(qiáng)既有橋梁的補(bǔ)強(qiáng)加固、保障公路橋梁的安全運(yùn)營已成為交通管理部門關(guān)注的重點(diǎn)。預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)是現(xiàn)代公路橋梁施工領(lǐng)發(fā)展速度最快、用途最廣的一門科學(xué)技術(shù)。然而，預(yù)應(yīng)力加固施工工藝相對(duì)較復(fù)雜，要求預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)施工的專業(yè)性強(qiáng)，在實(shí)際施工中存在諸多質(zhì)量問題。所以要切實(shí)抓好每道工序、每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，確保公路交通暢通無阻。
