淺析橋梁加固關(guān)鍵技術(shù)研究
2015-06-01
舊橋加固技術(shù)是一門(mén)新的課題。目前，我國(guó)交通事業(yè)蒸蒸日上，不少橋梁已建成投入運(yùn)營(yíng)中，還有不少正在建設(shè)的橋梁也即將建成投入運(yùn)營(yíng)。但是，由于施工質(zhì)量和橋梁設(shè)計(jì)等方面的原因，使得橋梁的檢測(cè)和加固成為必要，更因?yàn)榻▏?guó)以來(lái)所修建的不少舊橋，由于受到當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)、材料、施工等方面的影響和局限，先天不足，加上不能適應(yīng)目前交通量的迅猛增長(zhǎng)，使得舊橋的檢測(cè)和加固技術(shù)顯得非常迫切。
一、橋梁加固的現(xiàn)狀
1、難度大
橋梁加固，不論哪種需要，都使改造工程處在一種材料、空間都受到局限的被動(dòng)的技術(shù)狀態(tài)之下。
首先，已通車(chē)的橋梁，有現(xiàn)實(shí)的交通需要，因?yàn)橐诓恢袛嘟煌ǖ那闆r下進(jìn)行加固，所以加固時(shí)有交通干擾。
其次是結(jié)構(gòu)形式的限制。因?yàn)榧庸痰脑瓌t一般必須利用原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行，只能在原有結(jié)構(gòu)上做文章，所以受到局限。
再次是新老結(jié)構(gòu)結(jié)合的難題。這里包含新老結(jié)構(gòu)體系的變化和過(guò)渡，還包括新老橋體的結(jié)合面。
最后，橋梁結(jié)構(gòu)形式多樣，地形、地質(zhì)變化差別很大，跨徑大小不同，建筑方法各異等因素，使橋梁加固成為廣泛存在而又變化多端、及其復(fù)雜的學(xué)問(wèn)。
2、風(fēng)險(xiǎn)大：因?yàn)榉彩且庸痰臉蛄海喟胧俏?，結(jié)構(gòu)已處在不利狀態(tài)，有的還岌岌可危。對(duì)舊橋有的缺乏原有的設(shè)計(jì)資料和施工記錄，結(jié)構(gòu)內(nèi)部情況不詳；現(xiàn)有的受力情況不一樣，很難確定其結(jié)構(gòu)極限，這給舊橋的加固帶來(lái)了風(fēng)險(xiǎn)。
3、技術(shù)要求高
一方面，通常業(yè)主單位更愿意廢棄舊橋另修新橋，除非必要時(shí)菜利用舊橋采用加固措施。另一方面，由于舊橋加固方案的設(shè)計(jì)工作量大，收費(fèi)低，所以一般的的設(shè)計(jì)單位不愿意承擔(dān)這樣的設(shè)計(jì)任務(wù)。
而加固設(shè)計(jì)需要良好的橋梁理論水平和力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。確定加固方案時(shí)要能正確分析和判斷舊橋的危險(xiǎn)程度，即其機(jī)構(gòu)狀態(tài)和內(nèi)力大小程度。這就需要一定的力學(xué)實(shí)驗(yàn)以作結(jié)構(gòu)分析的支撐。同時(shí)，加固方案實(shí)施中存在復(fù)雜性，加固方案的組織實(shí)施需要有一定施工經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍。
二、加固思路
加固主要是從橋梁承載受力的角度來(lái)處理的。
首先，加固和維修養(yǎng)護(hù)所起的作用是不同的，維修養(yǎng)護(hù)是橋梁保持正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的保護(hù)性和預(yù)防性的工作，而加固卻是從承載受力的角度來(lái)處理的。
其次，橋梁不能承受原設(shè)計(jì)載重要求，應(yīng)該通過(guò)加固恢復(fù)其原有的承載力。
再次，原設(shè)計(jì)的荷載標(biāo)準(zhǔn)不能滿(mǎn)足現(xiàn)在的交通要求，要求提高到一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)。
最后，橋梁要通過(guò)一次性的特重荷載，要求采用臨時(shí)性加固措施，使原結(jié)構(gòu)不受破壞，過(guò)后恢復(fù)正常。
一般來(lái)說(shuō)加固方案可以考慮減少內(nèi)力或增大斷面，也可以應(yīng)用加固新材料。
三、加固原則
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，交通運(yùn)輸量的迅速增長(zhǎng)，橋梁加固就是通過(guò)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)物的補(bǔ)強(qiáng)加固及拓寬等工作，改善結(jié)構(gòu)性能，恢復(fù)和提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全度，提高其承載力和通過(guò)能力，以延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，滿(mǎn)足并適應(yīng)發(fā)展了的交通運(yùn)輸?shù)囊?。橋梁的加固技術(shù)隨著先進(jìn)的科技手段在不斷地更新。作為一種后處理的技術(shù)，橋梁的維護(hù)和檢測(cè)評(píng)估也受到了專(zhuān)業(yè)人士的不斷關(guān)注并且取得了一定了成果。但是我們不能因?yàn)橛辛讼冗M(jìn)的加固技術(shù)而忽略了橋梁的設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)質(zhì)量，橋梁工作者應(yīng)該從橋梁損壞的源頭來(lái)避免破壞的發(fā)生，當(dāng)我們的先進(jìn)橋梁加固技術(shù)無(wú)用武之地時(shí)，才能說(shuō)明我們的橋梁質(zhì)量是完好的，這才是橋梁工作者的最終目的。若將其拆除重建，不僅要耗費(fèi)人力財(cái)力，而且工期也較長(zhǎng)；若能有計(jì)劃、有步驟的對(duì)現(xiàn)有舊橋進(jìn)行加固改造，橋梁加固后，可以延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，用少量的資金投入，使橋梁能滿(mǎn)足交通的需求，還可以緩和橋梁投資的集中性，帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。因此，加固設(shè)計(jì)必須本著“牢固可靠、簡(jiǎn)便耐用、經(jīng)濟(jì)適用”的基本原則。
四、加固方法
加固，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)一定的措施使構(gòu)件乃至整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載能力及其使用性能得到提高，以滿(mǎn)足新的要求。目前加固方法有：
1.拱腳、拱頂加固法
在拱橋加固中，適當(dāng)降低橋面標(biāo)高，對(duì)上下部構(gòu)造而言，一般是有利的。降低橋面標(biāo)高之后，相當(dāng)于減去了一層均布恒載，自重減輕了，顯然對(duì)下部構(gòu)造有利。
拱腳、拱頂加固法對(duì)拱頂截面也是有利的。彎矩影響線(xiàn)的正面積均大于影響線(xiàn)的負(fù)面積，減去的均布恒載在拱頂和拱腳都是產(chǎn)生負(fù)彎矩，故有利于拱頂（拱頂截面為正彎矩控制設(shè)計(jì)）。鑒于拱腳負(fù)彎矩較大時(shí)，在拱背混凝土中多配點(diǎn)鋼筋即可解決問(wèn)題，而拱頂正彎矩較大時(shí)，不便增加受拉鋼筋，因而在加固拱橋時(shí)，用增大拱腳負(fù)彎矩的辦法來(lái)減小拱頂正彎矩，通常是有利的。
2.粘鋼加固法
結(jié)構(gòu)粘鋼加固是一種建筑結(jié)構(gòu)工程的加固新技術(shù)。用特制的結(jié)構(gòu)膠粘劑，將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的表面，能達(dá)到加固和增強(qiáng)原結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的目的。結(jié)構(gòu)粘鋼加固方法，與其他的加固方法比較，有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和先進(jìn)性。
?。?）堅(jiān)固耐用:經(jīng)過(guò)多年來(lái)的工程實(shí)踐，已經(jīng)證明完全能保證加固工程的質(zhì)量，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度都能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。膠粘劑老化試驗(yàn)?zāi)途眯阅軡M(mǎn)足要求。粘鋼加固后的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，也證明強(qiáng)度和剛度的設(shè)計(jì)方法是正確的和可靠的。
（2）施工快速:在保證粘鋼加固結(jié)構(gòu)質(zhì)量的前提下，快速完成施工任務(wù)，并能根據(jù)業(yè)務(wù)要求，在不停產(chǎn)不影響使用的情況下完成施工。
3.橋墩加固法
橋梁下部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)性損傷，可以用外包混凝土、粘貼鋼板或碳纖維的方法進(jìn)行加固。但是對(duì)于實(shí)體橋墩等橫向剛度比較大的結(jié)構(gòu)，其狀態(tài)變化主要是由地基所引起，此時(shí)可重點(diǎn)從回填硬土或者對(duì)地基進(jìn)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。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(guò)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(duì)不同的部位、不同的構(gòu)件、不同的改造原因同時(shí)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(gòu)件加固法、粘貼鋼板加固法、碳纖維加固法、橋面層補(bǔ)強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)加固法；紹興斗門(mén)大橋的加固，采用了增加構(gòu)件加固法、橋面層補(bǔ)強(qiáng)加固法等等。
4.噴射混凝土加固法
噴射混凝土是借助噴射機(jī)械，利用壓縮空氣或其他動(dòng)力，將按一定比例配合的拌和料，通過(guò)管道運(yùn)送并高速?lài)娚涞绞車(chē)娒嫔夏Y(jié)硬化而成的一種混凝土，它不是以振動(dòng)來(lái)?yè)v實(shí)混凝土，而是在噴射時(shí)，由水泥與集料的反復(fù)連續(xù)撞擊而使混凝土壓實(shí)，同時(shí)又可采用較小的水灰比，因而它具有較高的力學(xué)強(qiáng)度和良好的耐久性。目前比較流行的是噴射合成纖維混凝土，也就是在噴射混凝土中摻入三維分布的合成纖維來(lái)改善混凝土性能。噴射合成纖維混凝土具有被噴射混凝土抗壓、抗拉、抗剪、抗彎、粘結(jié)強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。
5.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(cè)面加大尺寸，增配主筋，以提高主梁截面的有效高度，從而達(dá)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(guò)程中全部的作業(yè)需在梁底進(jìn)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(fèi)用并不太大，但以上因素制約了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用，一般用于T型截面梁的加固維修。
6.碳纖維加固法
碳纖維加固技術(shù)是近幾年內(nèi)才由國(guó)外引進(jìn)的一種新技術(shù)，因其強(qiáng)度高，耐腐蝕，且施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中。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(yīng)用受到限制。
五、加固方案的選擇
確定加固方案?？紤]的主要因素有：橋梁結(jié)構(gòu)型式；橋位地形、水文、自然狀況；橋梁現(xiàn)狀分析研究結(jié)論；施工技術(shù)水平；能否封閉交通；預(yù)期加固效果；資金投入量等。
結(jié)束語(yǔ)：橋梁加固應(yīng)在不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)上形成專(zhuān)門(mén)規(guī)范，同時(shí)要重視對(duì)加固后的橋梁進(jìn)行檢測(cè)和觀察，以確定加固的效果。橋梁加固后的上部結(jié)構(gòu)通常是用靜載或動(dòng)載試驗(yàn)，將試驗(yàn)結(jié)果與加固設(shè)計(jì)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，來(lái)判斷橋梁加固成功與否。但對(duì)下部結(jié)構(gòu)而言，不方便進(jìn)行荷載試驗(yàn)，通過(guò)其頻率變化來(lái)定量評(píng)估加固效果。橋梁的加固技術(shù)是新技術(shù)，為指導(dǎo)加固技術(shù)的應(yīng)用，需提出一整套完整的實(shí)用性橋梁檢測(cè)、評(píng)定與加固成套的技術(shù)規(guī)范，為我國(guó)危舊橋的改造提供技術(shù)支持，確保危舊橋的改造工作科學(xué)合理，使橋梁加固做到“有章可循”、“有法可依”。
