淺析運用加固技術加強橋梁科學管理
2015-05-22
橋梁是公路交通的咽喉，隨著橋梁使用年限的增長以及橋梁負荷的日趨增大，我國很多橋梁均出現(xiàn)了破損，這些問題已嚴重制約了公路運輸事業(yè)的發(fā)展。加上不能適應現(xiàn)在交通量飛速增長，使得舊橋檢測和舊橋加固技術顯得非常迫切。因此研究如何修復這些橋梁已成為當今橋梁設計的重要課題。根據(jù)本地橋梁的實際狀況，本人對橋梁病害的形成原因、加固的目的方法、加固的規(guī)律等方面有如下幾點看法：
一、橋梁現(xiàn)狀及成因
1歷史原因?qū)е聵蛄撼休d力有限
橋梁的承載能力是根據(jù)設計時所采用的荷載等級來確定的，早期建造的橋梁，特別是20世紀60-70年代建造的橋梁，設計荷載大多偏低。有些橋梁設計上不是很合理，結構構造處理不合理，橋梁在早期運營時其缺陷并不明顯，運營一定時間后，病害逐漸顯現(xiàn)出來。有些橋梁由于受施工質(zhì)量、施工技術、施工手段等的限制和影響，存在一定的技術缺陷，隨著運營時間的增加，其病害也逐漸顯露、發(fā)展。隨著交通置的增加和荷載等級的提高，原有橋梁已經(jīng)無法滿足現(xiàn)今交通的需要，有些橋梁已經(jīng)出現(xiàn)嚴重病害。這主要表現(xiàn)在橋面寬度不足：橋梁平面線形、縱斷面線形標準太低：橋上通車凈空或橋下通車凈空不足，從而導致橋梁的正常通行能力不能滿足要求。
2自然老化及養(yǎng)護及加固措施不夠
有些橋梁的技術缺陷則是由于養(yǎng)護維修不恰當引起的。比如橋面維修增加過大的恒載，致使橋梁本身自重過大，承載力相對提高較小或未提高：橋面排水處理不當，橋面滲水：又如支座維修不當，改變了整個結構的受力狀態(tài)等。有些橋梁則是加固不當引起的。比如加固施加的預應力大小或者位置不恰當，引起結構的二次病害：又如結構體系改變不合理，致使結構的關鍵部位應力超限等。早期公路橋梁的設計齡期為50年，隨著時間的推移，已建橋梁會不斷損壞和老化，其承載力、剛度、延性和穩(wěn)定性不斷下降，這是一個不可改變的客觀規(guī)律。
二、橋梁加固具體方法
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。舊橋加固方法可綜合為以下幾類。
1結構性加固
體外預應力加固法。體外預應力法的加固原理是在梁的下緣受拉區(qū)設置預應力材料，通過張拉對梁體產(chǎn)生偏心預應力，在此偏心壓力作用下，使梁體發(fā)生上拱，抵消部分自重應力，減小了結構變形和裂縫寬度、改善了結構受力，能夠較大幅度的提高結構承載力。目前常用下?lián)问筋A應力拉桿加固法和外部預應力鋼絲束加固法兩種。
在合理安排施工流程的情況下，該方法可最大限度地減少對橋上交通的影響，甚至可以在有限開放交通的情況下組織施工，因此近年來國內(nèi)工程實例較多。如301國道盤錦立交主線橋和盤錦立交WH匝道橋的加固。但加固后體外預應力筋的防腐問題一定程度上增加了后期養(yǎng)護費用，因此，一般不是公路部門的首選加固方法。
碳纖維加固技術是近幾年內(nèi)才由國外引進的一種新技術，因其強度高，耐腐蝕，且施工簡便等優(yōu)點，目前已廣泛應用于實際工程中。如廣深高速公路福田互通立交橋加固、107國道(深圳段)洋涌河大橋加固。然而，由于碳纖維本身的一些缺陷，如脆性、耐火性不好等使得這種材料的應用受到限制。
增大截面與配筋加固法。增大截面與配筋加固法一般采用在梁底面或側面加大尺寸，增配主筋，以提高主梁截面的有效高度，從而達到提高橋梁承載能力的目的。然而，由于增大截面法在施工過程中全部的作業(yè)需在梁底進行，施工難度較大且施工質(zhì)量難以控制，因此，盡管在某些情況下費用并不太大，但以上因素制約了該技術的廣泛應用，一般用于T型截面梁的加固維修。如河南南陽桐柏淮河大橋加固。
改變結構受力體系加固法。改變結構受力體系加固法是通過改變橋梁結構受力體系以達到提高結構整體承載能力的目的，是一種變被動為主動的加固方法。這種技術具有提高結構承載力，增大結構剛度，減小撓度等優(yōu)點。但該加固方法施工改造時一般要涉及到橋面鋪裝的再處理，增加了改造費用且加固效果受負彎矩區(qū)施工質(zhì)量的影響較大，目前極少單獨采用。如2003年湖北鄂州涂家咀連續(xù)拱橋(LO=70m)加固、2005年福建蔣樂積善連續(xù)拱橋(LO=30m)加固。
此外，結構性加固方法還有增設主梁加固法、錨噴混凝土加固法和增加橫向聯(lián)系加固法等。
2非結構性加固
鋼纖維混凝土修復橋面鋪裝層。對橋面鋪裝層的嚴重破損，可考慮采用鋼纖維混凝土修復。這種材料具有高強度、抗裂能力強，抗沖擊耐磨耗等性能，可延長橋面的使用壽命，在不增加橋梁恒載的情況下，改善梁的結構受力性能。
伸縮縫的更新改造。在橋梁維修中，以下幾種類型伸縮縫的使用是較成功的。SFP“三防”型伸縮縫在大型橋梁上的應用情況良好；仿毛肋伸縮縫在大、中型橋梁的大量使用，效果明顯；TST、FG系列橋梁無縫伸縮縫，在中小行橋梁上也得到廣泛使用。
3橋墩加固
橋梁下部結構加固的主要目的是提高橋墩的整體承載能力。如橋墩發(fā)生了結構性損傷，可以用外包混凝土、粘貼鋼板或碳纖維的方法進行加固。但是對于實體橋墩等橫向剛度比較大的結構，其狀態(tài)變化主要是由地基所引起，此時可重點從回填硬土或者對地基進行注漿等方法提高其約束橋墩的能力，提高橋墩的整體承載能力。抬樁就是通常使用的一種有效的加固方法，即在舊樁的兩側各增設一根樁，并通過植筋擴大承臺，共同受力。另一種樁基加固方法是鋼筋混凝土套箍。由于下部樁基施工等原因，造成樁基縮徑，采用的加固方法是清除樁體虛浮物，通過植筋后，外抱箍微膨脹混凝土。
目前，在很多橋梁加固改造中，同一座橋梁，針對不同的部位、不同的構件、不同的改造原因同時采用了幾種不同的方法。如宜賓馬鳴溪金沙江大橋的加固，采用了增加構件加固法、粘貼鋼板加固法、碳纖維加固法、橋面層補強加固法；西藏尼木大橋的加固，采用了粘貼鋼板加固法、碳纖維加固法、橋面層補強加固法：紹興斗門大橋的加固，采用了增加構件加固法、橋面層補強加固法等等。
實踐表明，采用適當?shù)募庸碳夹g和拓寬措施，對恢復和跳高舊橋的承載能力及通行能力，延長橋梁的使用壽命，以滿足現(xiàn)代化交通運輸?shù)男枰强尚械?。這樣既可節(jié)省大量投資，收到良好的社會經(jīng)濟效益，又可通過加固和改造舊橋、危橋消除交通安全隱患。因此，對舊橋的加固改造受到了各國的重視，提出了各種加固技術措施。找出適合于我國公路橋梁的加固技術，并推廣應用，是提高我國公路橋梁加固技術提供可靠的保證。
