橋梁加固技術(shù)淺析
2015-04-13
1 前言
對原有橋梁進行加固補強、改造翻新，最大程度利用現(xiàn)有資源，保證其使用安全，延長其使用壽命是當今國際工程界關注的重大課題之一。
2 橋梁加固常用的方法
橋梁加固常用的方法有以下八種：
2.1 橋面補強層加固法
在梁頂上加鋪一層鋼筋混凝土層，一般先鑿除舊橋面，使其與原有主梁形成整體，達到增大主梁有效高度和抗壓截面強度，改善橋梁荷載橫向分布能力，從而達到提高橋梁的承載能力的目的。
2.2 外包混凝土加固法
外包混凝土加固法又稱增大截面加固法，它是通過增大構(gòu)件的截面和配筋，以提高構(gòu)件的強度、剛度、穩(wěn)定性并減少裂縫寬度。對于梁橋、拱橋、剛架橋、墩臺、基礎等，在條件許可的情況下均可采用該方法加固。外包混凝土將使原結(jié)構(gòu)增加一部分恒載重量，因而在擬定外包混凝土尺寸時，應同時考慮外包構(gòu)件以下的結(jié)構(gòu)承載能力是否足夠，這是外包混凝土方案是否成立的前提。
2.3 鋼板粘貼加固法
由于交通量的增加，主梁承載力不足，或縱向主筋出現(xiàn)嚴重的銹蝕，或梁板橋的主梁出現(xiàn)嚴重橫向裂縫，此時，可用粘結(jié)劑及錨栓將鋼板粘貼錨固在混凝土結(jié)構(gòu)的受拉緣或薄弱部位，使其與結(jié)構(gòu)形成整體，以鋼板代替增設的補強鋼筋，提高橋梁的承載能力與耐久性。
2.4 噴錨混凝土加固法
首先是用植筋法將錨筋植入待補強部位的結(jié)構(gòu)內(nèi)，掛設補強鋼筋網(wǎng)，然后再噴射一定厚度的混凝土，形成與原結(jié)構(gòu)共同受力的組合結(jié)構(gòu)。噴錨混凝土是借助噴射機械，利用壓縮空氣將新混凝土混合料，通過噴嘴高速噴射到已錨固好鋼筋的受噴面上，凝結(jié)硬化后形成一種鋼筋混凝土。
2.5 改變結(jié)構(gòu)受力體系的加固法
這種加固、改造方法是通過改變橋梁結(jié)構(gòu)受力體系，達到提高橋梁的承載能力的目的。它的基本原理是以減少控制截面的內(nèi)力為目的進行加固。對于拱橋加固，可通過體系轉(zhuǎn)換法將單純拱的受力狀態(tài)改變?yōu)楣傲航M合體系受力狀態(tài)，即將拱上建筑變?yōu)榱菏浇Y(jié)構(gòu)，拱梁組合體系受力狀態(tài)較單純拱更為均勻。另外，對于拱式拱上建筑的舊橋，改拱式為梁式拱上建筑，所帶來的恒載重量減少量是非常顯著的。
2.6 體外預應力加固法
體外預應力加固法主要用于梁式橋（包括簡支梁、懸臂梁、連續(xù)體系梁橋等）正常使用極限狀態(tài)超限的結(jié)構(gòu)，通過對舊橋施加體外預應力，能夠達到減少或消除裂縫，減小梁體下?lián)?，改善結(jié)構(gòu)各截面應力狀態(tài)的目的。其基本原理是通過在梁體外設鋼質(zhì)的拉桿或撐桿，并與被加固梁體錨固連接，然后施加預應力，強迫后加拉桿受力，從而改變原結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布，并降低原結(jié)構(gòu)應力水平，使結(jié)構(gòu)承載力顯著提高，且可減少結(jié)構(gòu)變形，縮小裂縫寬度甚至閉合。
2.7 減輕拱上自重加固法
減輕拱上自重也是一種調(diào)整拱上恒載分布的手段，盡管它們的目的都是為了恢復和提高原橋的承載能力，但它們的出發(fā)點和適用場合卻是不相同的。調(diào)整拱上恒載分布是針對主拱圈變形過大，通過調(diào)整拱上恒載的辦法來調(diào)整拱軸線與壓力線；采用減輕拱上建筑的自重，則主要是針對某些雙曲拱橋的基礎承載能力較低，通過這一措施降低對基礎承載力的要求。
2.8 拱橋的拱圈和拱肋常用的幾種加固方法
為了提高拱橋的承載能力，往往采用增加拱圈厚度和剛度，加大拱肋截面、增設新拱肋等方法，下面介紹不同情況下的不同加固方法。
（1） 磚石拱橋的拱圈內(nèi)壁出現(xiàn)表層剝落、松散、老化等情況且不適應目前交通時，可采用在肋圈內(nèi)壁掛鋼絲網(wǎng)，并噴射水泥砂漿的加固法。
?。?）鋼筋混凝土拱圈內(nèi)壁澆筑加固法。拱橋拱圈內(nèi)壁損壞嚴重時可采用此法，具體做法與上述方法相似。
?。?）原拱上增設鋼筋混凝土拱圈加固法。此法是拱橋中較常用的加固法之一，它不僅加固了拱圈，且將原有開裂拱聯(lián)結(jié)在一起，也利于橋面排水。
（4）拱橋鋼板箍與螺栓錨固法。石拱橋可在拱圈的跨中和 1/4 處加設三道（或多道，視情況而定）鋼板箍（鋼板厚可用 6～8mm）或鋼拉桿，用螺栓在拱底及拱側(cè)鉆孔錨固，并注意將錨固點設在拱圈厚度的 1/3 處，此法可提高拱橋的整體強度，達到較好的加固效果。
以上介紹的常用加固方法為傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)加固方法，雖然有效，但均受到一定條件的限制，存在以下缺點：對結(jié)構(gòu)的外觀及使用空間均有一定的影響；施工時的濕作業(yè)和大型設備對環(huán)境和生產(chǎn)有一定影響；在有的方法中新舊兩部分的連接對原結(jié)構(gòu)有一定的損傷；加固材料易腐蝕或脫落；增加結(jié)構(gòu)物的荷重等。
3 橋梁加固的最新方法
碳纖維（Carbon Fiber）是纖維狀的炭材料，具有高強度和高彈性模量的特點。
碳纖維聚合物（Carbon Fiber Reinforced Polymer，簡稱 CFRP）是以碳纖維為組分，以樹脂為基體，通過一定的成型方法形成的單向排列的碳纖維的復合片材。它具有高輕質(zhì)、抗腐蝕、耐老化、物理性能穩(wěn)定等極其優(yōu)越的品質(zhì)。
目前，我國在橋梁加固方面主要是研究應用粘貼 CFRP 片材（碳布）加固技術(shù)。碳布根據(jù)纖維方向分為單向布和雙向布兩種，其中以應用單向布為主，其拉伸強度是等截面普通鋼材的 10 倍或更高，彈性模量在（2.4～6.4）�05Mpa，是一種較理想的混凝土結(jié)構(gòu)加固補強材料，而常用的碳纖維聚合物的片材每平方米只有幾百克的重量。同時，根據(jù)自然和加速暴露試驗表明，碳纖維聚合物的抗拉強度以及與混凝土粘結(jié)強度在相當于 50 年的時間內(nèi)不發(fā)生改變，具有足夠的耐候性，而且碳纖維聚合物的疲勞性能優(yōu)于鋼和混凝土材料。碳纖維加固是 20 世紀 80 年代以來美、日等發(fā)達國家研發(fā)的應用在土木工程中的新型加固補強技術(shù)，已在建筑物、橋梁、特種結(jié)構(gòu)等各種土木工程中得到廣泛而成功的應用。我國從 1997 年開始對碳纖維加固混凝土等結(jié)構(gòu)進行研究，并已在一些工程中得到應用｛如：井崗山大橋舊橋（T 型剛構(gòu)，孔徑為48.13m+14�1m+48.13m）加固就是采用此種方法｝，但相關技術(shù)標準、應用規(guī)范及施工指南在國內(nèi)尚屬空白。
4、結(jié)論
橋梁加固可以采用的形式是多樣的：如加大截面加固法、體外預應力加固法、外部粘鋼加固法和粘貼碳纖維加固法等都能達到同一目的，只是加固途徑、加固效果不同。如對裂縫的限制，體外預應力法是一種主動受力加固法，能將現(xiàn)有裂縫寬度縮小，并能將在運營狀況下的裂縫寬度控制在規(guī)范以內(nèi)；而外部粘鋼或粘碳纖維加固是一種被動受力法，它能夠約束裂縫擴展。這些方法都能達到加固目的，只是各有優(yōu)缺點，在具體實施中應考慮到被加固橋梁的特點。
在舊橋加固改造工程中，盡管每座舊橋梁的情況各不相同，具有各自不同的特點，但也存在一定的共性。我們應遵循橋梁加固、改造工作的共性，既要借鑒《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》（此規(guī)范為建筑行業(yè)規(guī)范，有的不適用于橋梁工程），又要結(jié)合具體橋梁的特殊性，在實踐中發(fā)揮積極性和作出創(chuàng)造性，不斷進取和探索，采用最先進技術(shù)和材料，在舊橋利用、加固、改造中，創(chuàng)造和總結(jié)出多種切實可行的方法，使舊橋繼續(xù)發(fā)揮固有的使用功能，以保證公路交通暢通無阻。
