道路橋梁加固施工技術(shù)探討
2015-06-01
由于橋梁維修加固工作是一項(xiàng)新出現(xiàn)的技術(shù)，許多施工工藝是全新的，因此，其工藝的可靠性、可行性、合理性、耐久性等必須經(jīng)過(guò)反復(fù)的科學(xué)試驗(yàn)和實(shí)踐論證且需經(jīng)受時(shí)間的考驗(yàn)。只有在車(chē)輛的反復(fù)作用下，才能充分驗(yàn)證是否獲得了預(yù)期成效。通過(guò)大量實(shí)踐，進(jìn)一步探求其規(guī)律，為改進(jìn)新工藝奠定基礎(chǔ)。
1 高速公路橋梁的使用現(xiàn)狀及加固的原因
1.1由于缺乏規(guī)范的經(jīng)常性的檢查和維護(hù)，在自然環(huán)境和使用環(huán)境的作用下，橋梁的橋面板容易遭到損壞，尤其是瀝青材料鋪裝的橋面或者使用年限較長(zhǎng)的橋梁更容易遭到損壞。橋面不平整嚴(yán)重影響車(chē)輛行駛，車(chē)輛行駛不舒適，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)跳車(chē)現(xiàn)象。由于缺乏養(yǎng)護(hù)和車(chē)輛行駛造成的磨耗，簡(jiǎn)支梁的梁端接頭處和掛梁的懸臂掛梁支點(diǎn)處的填縫材料發(fā)生脫落，進(jìn)而出現(xiàn)大溝槽，引起跳車(chē)現(xiàn)象的發(fā)生。跳車(chē)處因臨近梁段的嚴(yán)重振動(dòng)導(dǎo)致構(gòu)件的疲勞增加。若對(duì)此不加以改善，勢(shì)必將縮短橋梁的使用壽命。許多中、小型橋梁普遍存在因長(zhǎng)期無(wú)人清掃、整理的問(wèn)題，橋面不清潔，泄水孔堵塞，下雨時(shí)橋面產(chǎn)生積水，車(chē)輛過(guò)橋時(shí)泥水飛濺，影響通行能力。
1.2 在許多失養(yǎng)的高速公路線(xiàn)上都能看到，因機(jī)動(dòng)車(chē)交通事故造成的橋面欄桿損壞，沒(méi)有及時(shí)維修恢復(fù)，使橋上交通缺乏安全感，還影響道路美觀。
1.3 許多橋梁橋面與引道路面銜接處不夠平整、順適，這主要是由于橋頭引道高填土產(chǎn)生不均勻沉降早成的，車(chē)輛駛過(guò)橋頭時(shí)，產(chǎn)生輕微或嚴(yán)重跳車(chē)現(xiàn)象。橋頭跳車(chē)不但影響車(chē)速，降低行車(chē)舒適性，而且也會(huì)影響橋梁使用壽命，嚴(yán)重的跳車(chē)甚至導(dǎo)致交通事故。
1.4 橋梁在交付使用后出現(xiàn)的空洞、裂縫、沉陷、變位等毛病在日常維修養(yǎng)護(hù)中缺乏經(jīng)常檢查與及時(shí)修補(bǔ)，致使鋼筋銹蝕，小裂縫發(fā)展成大裂縫，活動(dòng)支座失去活動(dòng)能力，混凝土脫落等。對(duì)橋梁下部的墩臺(tái)、錐坡、護(hù)岸，上部構(gòu)件的背面極少巡視查看，因此問(wèn)題不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，汛期抗洪能力極差，易遭到水毀，所以有的橋梁“小病不治釀成大病”。
1.5 不少中小橋的橋孔水流不暢，橋孔附近河床淤塞。位于城鎮(zhèn)郊區(qū)和工廠(chǎng)附近的橋梁，由于排放大量生活污水和工業(yè)廢水，使橋孔淤塞更為嚴(yán)重。
1.6許多橋梁由于建造年限較長(zhǎng)，標(biāo)準(zhǔn)較低，橋面窄小。在高速公路的維修改建中，往往路面拓寬，而橋梁沒(méi)有相應(yīng)拓寬改建，形成“瓶頸”，既影響通過(guò)能力，又增加行車(chē)的危險(xiǎn)性。
2 橋梁結(jié)構(gòu)損傷的分類(lèi)
2.1橋梁裂縫
橋梁結(jié)構(gòu)損傷一般都是首先在混凝土中出現(xiàn)裂縫，裂縫在所有的橋梁結(jié)構(gòu)病害損傷中最常見(jiàn)。裂縫的表征多種多樣，但其出現(xiàn)大都可 從混凝土材料性能的力學(xué)機(jī)理上尋求解釋。我們知道，混凝土的抗拉強(qiáng)度很低，大致為其抗壓強(qiáng)度的十分之一，另外其極限拉應(yīng)變也很低(約為0.0001～O.00015之間：而壓應(yīng)變?yōu)?.0033)，所以受拉是混凝土的最不利工作狀態(tài)。當(dāng)荷載造成混凝土中主拉應(yīng)力大于其抗拉強(qiáng)度或使混凝土拉應(yīng)變大于其極限拉應(yīng)變時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生受拉裂縫。
2.2 凍融破壞
混凝土結(jié)構(gòu)在水飽和或潮濕狀態(tài)下，由于外界溫度正負(fù)變化過(guò)大而造成結(jié)構(gòu)混凝土中毛細(xì)管和孔隙中水份遇冷結(jié)凍時(shí)體積膨脹受阻，在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，而遇熱時(shí)水溶解周邊混凝土應(yīng)力又松弛下來(lái)，就這樣應(yīng)力不斷反復(fù)，使混凝土的疲勞應(yīng)力降低或超過(guò)混凝土的疲勞應(yīng)力，造成混凝土由表及里逐漸剝蝕，這一由外界環(huán)境的溫差變化向產(chǎn)生的破壞現(xiàn)象就稱(chēng)為凍融破壞?；炷恋暮亢铜h(huán)境溫度變化是發(fā)生凍融破壞的必要條件。凍融對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的破壞還是比較大的，應(yīng)引起我們的足夠重視。
2.3 鋼筋銹蝕
眾所周知，放在外面直接暴露于水和氧氣環(huán)境中不受保護(hù)的鋼筋會(huì)發(fā)生銹蝕。銹蝕過(guò)程是一個(gè)電化學(xué)腐蝕過(guò)程，是由鐵與電介質(zhì)溶液接觸形成大量的微腐蝕電池所引起的。當(dāng)電介質(zhì)溶液的PH值小于4時(shí)，腐蝕表現(xiàn)為酸蝕；而PH值為4～10時(shí)，腐蝕即為銹蝕；當(dāng)PH值大于10時(shí)，鋼筋表面開(kāi)始生成一層溶解度很小的氧化保護(hù)膜(鈍化膜)這時(shí)腐蝕的速度就很低了；當(dāng)PH值接近12時(shí)，這層保護(hù)膜變得非常致密穩(wěn)定，使陽(yáng)極反應(yīng)難以進(jìn)行，銹蝕停止。硅酸類(lèi)水泥在凝結(jié)硬化時(shí)，大量生成Ca(OH)2，水泥中含有的硝、鉀、氧化物等能使混凝土中的溶液呈現(xiàn)高堿性，其PH值可達(dá)到12.5～13.5，因此處于混凝土中的鋼筋會(huì)發(fā)生鈍化，如果外包混凝土層不發(fā)生破壞，鋼筋是不會(huì)發(fā)生銹蝕的。在自然條件下，導(dǎo)致鋼筋銹蝕主要有三種途徑：混凝土中鋼筋鈍化膜的人為破壞、混凝土保護(hù)層的碳化、氯離子的滲透。
2.4 地基不均勻沉降引起的破壞
地基不均勻沉降表現(xiàn)為橋墩下沉不均勻使橋梁上部結(jié)構(gòu)的受力模式與設(shè)計(jì)之初的預(yù)想模式不一致，產(chǎn)生了新的應(yīng)力，上部結(jié)構(gòu)受到較嚴(yán)重的影響，如開(kāi)裂、撓度過(guò)大，局部剝離破壞等等。主要原因是基礎(chǔ)的不均勻沉降、傾斜及滑移等因素，這些因素又與施工方法、地質(zhì)條件及設(shè)計(jì)者的考慮是否充分密切相關(guān)。
2.5 跨中撓度過(guò)大
跨中撓度過(guò)大，往往伴隨著跨中粱底橫向開(kāi)裂，墩頂處橋面開(kāi)裂或腹板斜裂縫，主要原兇是抗彎剛度不夠，如梁高偏矮，腹板偏薄，縱向預(yù)應(yīng)力不足或損失過(guò)大。另外使用標(biāo)準(zhǔn)的提高，也是跨中撓度過(guò)大的重要原因。
3 高速公路橋梁的加固技術(shù)
公路橋梁都是建立在室外的，經(jīng)常受到風(fēng)吹雨淋的，自然環(huán)境對(duì)其產(chǎn)生了很大的影響，其隨著時(shí)間的延長(zhǎng)必可避免地會(huì)被損壞，因此公路橋梁加固是非常必要的。
3.1高速公路橋梁上部結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)
?。?）粘貼鋼板加固混凝土技術(shù)。（2）當(dāng)梁的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和抗裂性能不足時(shí)，通常采用增大構(gòu)件截面、增加配筋、提高配筋率的加固技術(shù)。（3）借助高速?lài)娚錂C(jī)械，將新混凝土混合材料連續(xù)地噴射到已錨鋼筋網(wǎng)的受?chē)娒嫔?，凝結(jié)硬化而形成鋼筋混凝土，從而增大橋梁的受力斷面，增加補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，使其能承受更大的外荷載作用。
3.2 高速橋梁下部結(jié)構(gòu)的加固方法
3.2.1 擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法
擴(kuò)大橋梁基礎(chǔ)底面積的加固方法，稱(chēng)為擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法。此法適用于基礎(chǔ)承載力不足或基礎(chǔ)埋深太淺，又是磚石或混凝土剛性實(shí)體式的情況。擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積應(yīng)由地基強(qiáng)度驗(yàn)算確定。當(dāng)?shù)鼗鶑?qiáng)度滿(mǎn)足要求而缺陷僅僅表現(xiàn)為不均勻沉降變形過(guò)大時(shí)，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積的方法加固，主要由地基變形計(jì)算來(lái)加以選定。
3.2.2 增補(bǔ)樁基加固法
當(dāng)橋梁墩臺(tái)基底下有軟臥層，墩臺(tái)發(fā)生沉陷，或墩臺(tái)采用樁基礎(chǔ)，而樁的深度不足，或由于水流沖刷等原因使樁發(fā)生傾斜，這些病害都直接影響橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用和服務(wù)年限。對(duì)此，采用增補(bǔ)樁基加固法是一種常用而且有效的方法。這種加固法是在樁式基礎(chǔ)的周?chē)a(bǔ)加鉆孔樁或打入鋼筋混凝土預(yù)制樁擴(kuò)大原承臺(tái)，以此提高基礎(chǔ)的承載力，增強(qiáng)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。
3.2.3 鋼筋混凝土套箍或護(hù)套加固法
當(dāng)橋梁墩臺(tái)由于基礎(chǔ)埋置深度不夠，或因施工質(zhì)量控制不嚴(yán)等原因，導(dǎo)致墩臺(tái)開(kāi)裂破損時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)貫通裂縫，可采用鋼筋混凝土圍帶或鋼箍進(jìn)行加固。
4 結(jié)束語(yǔ)
橋梁的加固維修技術(shù)是最近興起的一門(mén)新技術(shù)，是二十一世紀(jì)公路橋梁施工領(lǐng)域發(fā)展速度最快、用途最廣的一門(mén)科學(xué)技術(shù)，加速我國(guó)舊橋加固或改造技術(shù)的研究，不僅能更好地、及時(shí)地為現(xiàn)代交通運(yùn)輸服務(wù)，而且能為國(guó)家?guī)?lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。然而加固施工工藝相對(duì)較復(fù)雜，橋梁的加固維修問(wèn)題已經(jīng)成為世界普遍關(guān)注的課題，加固理論、加固方法也是多種多樣，只有遵循一套科學(xué)的程序和方法，才能夠達(dá)到技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、結(jié)構(gòu)安全的目的。
