淺析道路橋梁結構病害與加固方法
2015-07-09
1 橋梁病害及分析
1.1 病害衡量標準
定性地衡量改建前、后橋梁剛度及承載能力提高程度，目前常用“剛度提高度”和“承載能力提高度”兩個指標。兩者反映的是全橋狀況，前者指全橋剛度提高了的倍數(shù)，后者指全橋承載能力提高了的倍數(shù)。
1.2 常見病害
1.2.1 梁、板等部位構造和受力裂縫
梁體主要受力區(qū)在荷載作用下，截面應變符合截面假定，截面應力較小，梁體在荷載作用下沒有開裂或原有裂縫穩(wěn)定，沒有新的擴展，結構的使用狀態(tài)沒有問題，這種裂縫為構造裂縫；梁體由于被撞而造成鋼筋或預應力鋼絲斷裂，使梁體現(xiàn)有配筋與原設計相比減少，結構的極限強度降低而產(chǎn)生的裂縫為受力裂縫。構造裂縫的成因，主要是環(huán)境溫差、施工養(yǎng)護不當?shù)纫蛩?。受力裂縫則是由于結構剛度不夠、承載能力不足引起，這種裂縫對結構安全影響大，須謹慎對待。
1.2.2 梁體、墩臺等局部破損，漏筋
梁體主要受拉區(qū)在荷載作用下開裂或原有裂縫有擴展，鋼筋應力較大，結構使用狀態(tài)出現(xiàn)問題；但梁體本身受壓區(qū)未破損，受拉筋未損失，結構的極限強度并未減少。這類病害主要是施工質量問題造成的，另外，橋梁年代久遠、結構性能退化也是病害原因。
1.2.3 橋面變形及破碎
橋面縱向變形多呈波浪形，高差尚不很大。但橋面破碎現(xiàn)象甚為嚴重，在墩頂附近伸縮縫處裂縫尤其發(fā)達，以致破碎露筋。
1.2.4 橋面及伸縮縫
橋面呈波浪狀，橋面鋪裝層裂縫及破碎現(xiàn)象甚為嚴重，在墩頂處及伸縮縫處裂縫尤其發(fā)達，以致破碎脫落。此類破壞是由車輛沖擊荷載反復作用而產(chǎn)生。伸縮縫病害包括：伸縮縫本身的破壞損傷、錨固件損壞、接頭周圍部位后鋪料的剝落、凹凸不平等，這些病害也成為伸縮縫處漏水的原因，從而加速支座和結構本身的惡化。造成伸縮縫損壞的原因有：設計考慮不周、施工質量差、養(yǎng)護不及時等。伸縮縫損壞后影響到路面，造成行車不平順，增加不安全因
素；如伸縮縫頂死，將使主梁損壞乃至報廢；伸縮縫膠條破壞還會造成雨水下滲， 使支座及附近主梁部位產(chǎn)生鋼筋銹蝕、混凝土剝落等一系列病害。
2 橋梁加固設計思路
一般來說，橋梁的加固包括現(xiàn)有橋梁的改造及病害的修復。加固設計是以實測數(shù)據(jù)為依據(jù)，以現(xiàn)行規(guī)范為標準，對現(xiàn)有結構進行補強設計，使現(xiàn)有結構在補強后能滿足原設計要求或滿足規(guī)范和正常安全運營的要求。橋梁加固與橋梁的設計一樣，除了應滿足設計規(guī)范，符合技術可行、經(jīng)濟合理、結構安全的原則外，還必須經(jīng)過一定的程序和步驟：
2.1 橋梁結構經(jīng)評估不能滿足結構安全或正常使用要求時，必須進行加固；
2.2 建立既有橋梁維修、加固、重建的經(jīng)濟分析模型，選擇技術可行、經(jīng)濟合理、對現(xiàn)有交通干擾較小的方案實施；
2.3 根據(jù)評估及經(jīng)濟分析，得出現(xiàn)有橋梁可以通過加固、維修達到使用要求的結論后，再提出橋梁加固的設計方案；
2.4 加固設計及施工盡量不損壞原結構，并保留具有利用價值的構件，避免不必要的拆除或更換；
2.5 加固施工中，應采取安全監(jiān)測措施，確保人員及結構安全。
3 橋梁加固方法分析
加固，簡單來說，就是通過一定的措施使構件乃至整個結構的承載能力及其使用性能得到提高，以滿足新的要求。這些措施有直接針對整個結構的，如體外預應力的應力狀態(tài)，使其回到原設計狀態(tài)或者更適應新的要求；有些措施是針對截面的，即通過提高截面某一方面的承載力強度（如抗剪強度），從而改善整個結構的承載力水平。根據(jù)橋梁的加固原因、加固部位以及現(xiàn)有橋梁本身橋型方案的不同，采用不同的加固方法。
3.1 預應力加固法
施加體外預應力加固是指應用預應力原理，以梁身為錨固體，通過張拉，對梁的受拉區(qū)施加壓力，以抵消部分自重應力，減少在活載應力下的應力增量（對梁起卸載作用），從而減少和避免梁上出現(xiàn)裂縫，提高其耐久性，可作為重車通行的臨時加固手段，也可作為永久性提高橋梁荷載等級的措施。該方法具有操作簡單、對原結構損傷小、不影響交通、節(jié)省投資的優(yōu)點，能顯著提高結構承載力和抗裂度，有效改善結構的應力狀態(tài)。體外預應力加固法的缺點在于預應力筋暴露于體外，防銹蝕、防水性差，與梁體的連接點少，要給以切實有效的防護措施，防止預應力筋銹蝕和因碰撞而斷裂。車輛通過時，這些體外拉桿是上部結構的組成部分并與原有梁體共同受力形成超靜定體系，各拉桿的張拉力將自動增加，進一步起到加強作用。與通常的預應力混凝土結構相比，預應力筋與原結構只在錨固點與梁連接，類似于無粘結預應力結構。這種方法在自重增加很小的情況下可大幅度改善和調(diào)整原結構的狀態(tài)，提高結構剛度、抗裂性。該方法既適用于通行重車時的臨時加固，也可作為提高橋梁承載力的永久加固措施。
3.2 橋面鋪裝層加固法
首先用切割機將修復的橋面鋪裝層與暫不修復的部分切割開來，以免鑿除修復部分時殃及鄰里。切割時，應注意切割的深度，避免切斷鋪裝層鋼筋，使修復段與未修復段鋼筋無法連接，形成新的施工縫，從而影響橋面鋪裝層的整體性。因此，切割的深度應以切割到鋼筋為準，下面的部分采用鑿除的方式。鑿除后的橋面表面處理，直接影響著后期橋面鋪裝層的施工質量及使用壽命。舊混凝土表面粗面時，可采用人工在表面用鑿刀進行輕擊的方式進行，同時要掌握好力度。對鑿除鋪裝層后的橋面進行檢查，缺陷處用聚合物水泥砂漿或聚合物細石混凝土進行修補。鑿除橋面鋪裝層過程中，常留下粉塵、碎水泥混凝土塊及油跡污跡等，必須通過清冼進行徹底的清除。最后用高壓空氣或高壓水槍進行完全清潔。作業(yè)時應進行地毯式地檢查并清除一切可能存在的污垢，對邊角的清理要充分重視，使橋面新鮮、潔凈。 3.3 橋面植筋加固法
服役中的舊橋，很大一部分是鋼筋混凝土橋面，有些雖經(jīng)長期運營可損壞不是很多，基本完好，但面對交通量的增長開始出現(xiàn)不堪重負的傾向，對這些舊橋面如完全鑿除換鋪新橋面，一來費工費時；二來并不經(jīng)濟。對此，可采用植筋技術，在舊橋面上加一層新橋面，這樣不僅充分利用了舊橋面，而且縮短施工時間，經(jīng)濟效益也很顯著。采用植筋技術，對舊橋面的處理比較簡單，可以進行高壓水噴、噴沙、鑿毛等簡易處理，然后平行舊橋面鋼筋，按計算深度鉆孔（同原鋼筋的間距并滿足鉆孔操作要求），將鋼筋植入孔內(nèi)，再采用同級別的砂漿填孔，并澆筑新的橋面層。
橋面加固中，新舊橋面的連接是個薄弱環(huán)節(jié)，尤其是界面的抗剪強度。采用植筋技術以后，界面的抗剪強度大大提高，植入的鋼筋對舊橋面也起到一定的加強作用。但該方法計算比較復雜，不僅要計算新橋面層的厚度，還要計算剪力植筋的埋深。另外，植筋點的選擇也是一個問題，既要避開原鋼筋，還要保持一定的鋼筋間距。另外，植筋后要往孔內(nèi)注入砂漿，砂漿的膨脹和收縮也是一個需認真考慮的問題。
3.4 裂縫-塞縫灌漿法
3.4.1 特點
裂縫在橋梁病害中較為普遍，產(chǎn)生裂縫的原因很多，也很復雜。結構物一旦出現(xiàn)裂縫，其受力截面發(fā)生應力重分布，也就意味著受力有效截面變小，結構應力增大，承載能力降低。塞縫灌漿是用膠結材料把結構的裂縫填滿，使力的作用、傳遞盡可能恢復到原狀態(tài)。塞縫灌漿一般用于處理橋梁上、下部結構裂縫。灌漿分為水泥漿、水泥砂漿、環(huán)氧樹脂漿、環(huán)氧樹脂砂漿等，具體采用哪一種，應視實際情況而定。通常水泥（砂）漿用于石砌墩、臺和拱圈裂縫，由裂縫的大小來決定灌漿中是否摻砂，采用水泥（砂）漿造價低、效果好。環(huán)氧樹脂漿一般用于鋼筋混凝土結構物，因鋼筋混凝土構件產(chǎn)生的裂縫較小，易灌滿，黏結性好；環(huán)氧樹脂砂漿多用于橋面裂縫。該方法可以充分提高橋梁的承載力，但是環(huán)氧樹脂砂漿的配制、使用復雜，造價較高。
3.4.2 施工流程
舊橋加固中，塞縫灌漿是綜合處治的方法之一，用得比較普遍，通過試載及使用觀察，效果較好。鋼筋混凝土橋梁結構裂縫加固施工流程如下：
?。?）根據(jù)裂縫數(shù)量、長度及寬度，進行化學壓漿配量、埋嘴、灌漿等方面的計算和安排。
?。?）在裂縫交叉處鉆孔，鉆孔后用高壓空氣將孔眼吹干凈，然后沿裂縫自上而下將兩邊的灰塵、浮漿用小錘、毛刷依次進行處理，將構件表面整平，鑿除突出部分，然后用丙酮擦洗，清除裂縫周圍的油圬。
?。?）用砂紙除去壓漿嘴底盤的鐵銹，并用丙酮清洗干凈，用502 膠將底盤與孔眼對準粘貼在裂縫上，然后用環(huán)氧樹脂膠泥沿裂縫走向進行封閉。
?。?）環(huán)氧封閉帶固化后，進行氣密性檢查，檢查封閉帶是否封嚴。在封閉帶上及灌漿嘴周圍涂上肥皂水，通氣后如發(fā)現(xiàn)封閉帶上有泡沫出現(xiàn)，說明該部位漏氣，對漏氣部位可再次封閉。密封檢查完畢，根據(jù)裂縫長度、寬度、部位及現(xiàn)場施工溫度，配制環(huán)氧樹脂壓漿液，即配即用。
?。?）將配制好的環(huán)氧樹脂膠漿（配比見表1）倒入壓漿罐內(nèi)，蓋上蓋子擰緊，待空壓機壓力在0.1～0.2 MPa時，打開出漿開關，并注意觀察壓漿管里漿液的流動情況，如果進漿不順暢，可把壓力適當提高。
壓力灌漿的順序為：頂板及底板裂縫可由左向右、由低端逐漸壓到高端；對于豎向裂縫可由下向上逐漸灌注，從一端開始壓漿，當另一端壓漿嘴排出裂縫內(nèi)的氣體后噴出的漿液與壓入的漿液相同時，停止壓漿，持壓下封堵壓漿嘴。
?。?）對已灌漿的裂縫，待漿液固化后將壓漿嘴一一拆除，并將粘貼壓漿嘴處用環(huán)氧膠泥（配比見表2）抹平，盡量使其顏色與原混凝土結構表面保持一致。
4 結語
總之，近幾年多次出現(xiàn)了橋梁跨塌等事故，給人民的生命財產(chǎn)造成了巨大的損失。為保證舊橋安全使用，又不必投入較大的重建資金，首先應盡早及時發(fā)現(xiàn)病害，進行系統(tǒng)的病害調(diào)查與檢測，弄清病害發(fā)生的原因，然后在此基礎上，提出方案并進行比較，最后選擇一種切實可行的加固方案，達到既延長橋梁使用壽命，又降低其養(yǎng)護費用的目的。
