常用橋梁加固方法淺析
2015-07-02
1 前言
對原有橋梁進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)、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(dāng)今國際工程界關(guān)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(bǔ)強(qiáng)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(dá)到增大主梁有效高度和抗壓截面強(qiáng)度，改善橋梁荷載橫向分布能力，從而達(dá)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(qiáng)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(tái)、基礎(chǔ)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(shí)，應(yīng)同時(shí)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(yán)重的銹蝕，或梁板橋的主梁出現(xiàn)嚴(yán)重橫向裂縫，此時(shí)，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(shè)的補(bǔ)強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)部位的結(jié)構(gòu)內(nèi)，掛設(shè)補(bǔ)強(qiáng)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(jī)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(dá)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(jìn)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(yù)應(yīng)力加固法
體外預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力，能夠達(dá)到減少或消除裂縫，減小梁體下?lián)?，改善結(jié)構(gòu)各截面應(yīng)力狀態(tài)的目的。其基本原理是通過在梁體外設(shè)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(yù)應(yīng)力，強(qiáng)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(yīng)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(fù)和提高原橋的承載能力，但它們的出發(fā)點(diǎn)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(chǔ)承載能力較低，通過這一措施降低對基礎(chǔ)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(shè)新拱肋等方法，下面介紹不同情況下的不同加固方法。
?。?） 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(yīng)目前交通時(shí)，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。
（2）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(yán)重時(shí)可采用此法，具體做法與上述方法相似。
?。?）原拱上增設(shè)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(shè)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(diǎn)設(shè)在拱圈厚度的 1/3 處，此法可提高拱橋的整體強(qiáng)度，達(dá)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(diǎn)：對結(jié)構(gòu)的外觀及使用空間均有一定的影響；施工時(shí)的濕作業(yè)和大型設(shè)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 采用在臺(tái)后加孔的方法處理橋臺(tái)
在軟土地基上修建橋梁可能會(huì)造成軟基病害，經(jīng)常由于設(shè)計(jì)上壓縮孔徑過多、總體布置欠妥，地基土質(zhì)松軟及承載能力過低而致使橋臺(tái)位移，特別是拱式體系上部結(jié)構(gòu)，由于橋臺(tái)位移而使主拱圈開裂等常有發(fā)生。盡管是梁式上部結(jié)構(gòu)，也會(huì)因橋臺(tái)位移而產(chǎn)生病害，有的時(shí)侯因臺(tái)后填土過高且臺(tái)后填土夯實(shí)不夠，加之軟土地基的影響，發(fā)生土體滑塌，甚至?xí)霈F(xiàn)橋臺(tái)樁基剪斷等事故。對于上述情況，如采用橋臺(tái)后加孔減載的改造措施，尚可取得較好的效果。
某地區(qū)一座雙曲拱橋，全橋建成后即發(fā)現(xiàn)原橋臺(tái)明顯下沉，致使拱頂3-4m范圍內(nèi)拱肋下緣開裂，拱腳處主拱圈和拱座脫開，裂縫寬度達(dá)9到13mm，呈上窄下寬狀。分析原因，主要是由于橋位處土質(zhì)較差，表層為淤泥，下為深2m的粘土，下層為亞砂土類粉砂且含腐植質(zhì)雜質(zhì)，經(jīng)果大量地試驗(yàn)，在3米深處土基容許承載力僅為0.15MPa。最終確定采用臺(tái)后加孔減載的方法進(jìn)行改造，先拆除臺(tái)后10m長的駁坎及填土，改為2孔5米的鋼筋混凝土板橋。在拆除駁坎時(shí)要分兩次進(jìn)行處理，先拆掉其中一部分，待加孔的墩臺(tái)基礎(chǔ)間的混凝土支撐地梁澆筑完畢并達(dá)到一定強(qiáng)度以后，然后將駁坎拆除至與原橋臺(tái)基礎(chǔ)頂面相平。澆筑支撐地梁是，在拱腳肋座脫離處塞入三角形楔形鐵塊后進(jìn)行。橋臺(tái)處理后，對原拱肋可采用加大拱肋截面的方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。經(jīng)過以上技術(shù)處理以后，橋臺(tái)的沉降量增加甚少，效果十分明顯。從以上的案例來分看，對于軟土地基地區(qū)的橋梁，特別是高填土的情況，還要進(jìn)行設(shè)計(jì)以確定橋梁的總體布置，這些因素都要慎重的進(jìn)行考慮，不但要考慮到工程造價(jià)，還要對各種施工中可能給橋梁結(jié)構(gòu)帶來的危害的不利因素進(jìn)行分析，以便在設(shè)計(jì)中引起足夠的重視并采取一定的措施。
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(yù)應(yīng)力加固法、外部粘鋼加固法和粘貼碳纖維加固法等都能達(dá)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(yù)應(yīng)力法是一種主動(dòng)受力加固法，能將現(xiàn)有裂縫寬度縮小，并能將在運(yùn)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(dòng)受力法，它能夠約束裂縫擴(kuò)展。這些方法都能達(dá)到加固目的，只是各有優(yōu)缺點(diǎn)，在舊橋加固改造工程中，應(yīng)根據(jù)橋梁的特點(diǎn)選取最佳的加固方法。
