關(guān)于橋梁加固技術(shù)的分析
2015-07-13
隨著我國公路交通事業(yè)的快速發(fā)展,各級公路的交通量均不斷增加,特別是各種超限車輛對公路橋梁造成的損害,使得近幾年我國的危橋數(shù)量呈快速增長趨勢。橋梁加固是隨著日益增長的交通運輸業(yè)而產(chǎn)生并隨其發(fā)展的新課題,它很好地處理了新工程與舊工程的銜接,是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)保障。因此,橋梁加固技術(shù)的發(fā)展意義相當(dāng)重大。同時,各種新型材料以及粘結(jié)劑的發(fā)展,新方法的運用,使得橋梁加固的對象更廣,施工更方便快捷,效果更明顯,并推動著橋梁加固技術(shù)的不斷成熟和完善。
1 現(xiàn)階段橋梁主要技術(shù)缺陷
1.1 橋梁的使用年限長,接近其使用壽命。我國在20世紀(jì)60年代～70年代修建的橋梁,大部分仍在服役,早期公路橋梁的設(shè)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。
1.2 超負(fù)荷使用。交通業(yè)競爭不斷加劇導(dǎo)致橋梁使用荷載大大超出設(shè)計荷載,致使橋梁長期在超重荷載作用下運營,加速了橋梁的損壞。我國目前超載現(xiàn)象十分嚴(yán)重,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了當(dāng)年的設(shè)計車流量,致使沿線道路及橋梁均遭到了不同程度的破壞。
1.3 設(shè)計、施工的先天不足以及各種不利作用(如碳化、氯離子侵入、酸侵蝕、鹽害等)使得橋梁結(jié)構(gòu)的混凝土及鋼筋腐蝕嚴(yán)重。有些橋梁設(shè)計上不是很合理,結(jié)構(gòu)構(gòu)造處理不合理。有些橋梁由于受施工質(zhì)量、施工技術(shù)、施工手段等方面的影響,存在一定的技術(shù)缺陷,隨著運營時間的增加,其病害也在逐漸發(fā)展。
1.4 設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)偏低,承載能力不足。橋梁承載能力是根據(jù)設(shè)計時所采用的荷載等級來確定的。而荷載等級又是由各個時期國家頒布的公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范所規(guī)定的。隨著交通量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(yán)重病害。
1.5 通行能力不足。主要表現(xiàn)在橋面寬度不足,橋梁平面線形、縱斷面線形標(biāo)準(zhǔn)太低,橋上通車凈空或橋下通車凈空不足。
1.6 人為及自然因素引起結(jié)構(gòu)的損壞。比如超出設(shè)計的洪水、泥石流、浮冰、冰凍、地
震、強風(fēng)、船舶撞擊、河道不恰當(dāng)開挖、橋梁基礎(chǔ)下的巖溶、礦山坑道等,引起橋梁結(jié)構(gòu)的局部損壞。
1.7 養(yǎng)護(hù)維修及加固措施不當(dāng)。有些橋梁的技術(shù)缺陷是由于養(yǎng)護(hù)維修不恰當(dāng)引起的。有些橋梁則是加固不當(dāng)引起的。
2 常用加固技術(shù)綜述
我國開始對舊橋加固技術(shù)進(jìn)行研究,總的看來,混凝土橋梁上部結(jié)構(gòu)加固方法從加固原理和適用特點上可分為五類。
2.1 改變結(jié)構(gòu)受力體系
改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法是通過改變橋梁結(jié)構(gòu)受力體系以達(dá)到提高結(jié)構(gòu)整體承載能力的目的,是一種變被動為主動的加固方法。改變結(jié)構(gòu)體系實現(xiàn)的方式主要有兩種:
2.1.1通過增加新的附加構(gòu)件；
2.1.2 通過改變承重構(gòu)件的邊界條件。新增構(gòu)件往往會改變原結(jié)構(gòu)的外觀,減小橋下凈空,影響通航,在實際加固工程中較少采用。但是該法由于加固效果較好,目前也常用作解決臨時通行超重車輛的一種加固措施。實際加固工程中較多采用的是通過改變承重構(gòu)件的邊界約束條件來改變結(jié)構(gòu)的傳力體系,例如把簡支梁和簡支梁加以連接,即簡支梁結(jié)構(gòu)改變?yōu)檫B續(xù)梁結(jié)構(gòu)等。
2.2 承重構(gòu)件增減
通過增設(shè)縱梁或者拓寬橋面等辦法分擔(dān)原構(gòu)件的活載,達(dá)到提高承載力的目的。包括新增加主梁、增設(shè)縱梁拓寬橋面等。拓寬的橋面不僅可以有效的減小單個主梁荷載通行的集度,同時新增縱梁和原主梁之間還可以通過增加輔助橫梁來改善荷載的橫向分布問題。
2.3 增大構(gòu)件的截面
通常采用的增大構(gòu)件截面的方法有以下幾種:
2.3.1 橋面補強層加固法,主要用于主梁剛度不夠,橋面板承載力不足,或鉸接梁、板的鉸縫不能有效傳力。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。該法用工量較大,工期較長,并有可能對原結(jié)構(gòu)(如主梁等)造成一定的損傷。
2.3.2 增大截面與配筋加固法是通過增大構(gòu)件截面面積或配筋率以提高鋼筋混凝土梁的強度、剛度、穩(wěn)定性的加固方法。該方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。但該方法會使上部結(jié)構(gòu)恒載增加,在施工過程中全部的作業(yè)需在梁底進(jìn)行,施工難度較大且施工質(zhì)量難以
控制,需要現(xiàn)場作業(yè)。
2.3.3 錨噴混凝土加固法,較多用于加固砌體墩臺、護(hù)坡等砌體工程。錨噴混凝土加固法是從隧道施工中轉(zhuǎn)化而來的加固方法,但由于施工工藝要求較高且存在一個新舊混凝土的銜接問題,加上施工過程中需要封閉交通,施工過程對環(huán)境影響較大。
2.4 外加預(yù)應(yīng)力體系
外加預(yù)應(yīng)力體系是利用預(yù)應(yīng)力索產(chǎn)生的反向預(yù)矩,能較大幅度地減小恒載下的構(gòu)件變形與應(yīng)力水平,屬一種主動加固法。其優(yōu)點是在自重增加很小的情況下,能夠大幅度改善和調(diào)整原結(jié)構(gòu)的受力狀況,提高承重結(jié)構(gòu)的剛度、抗裂性能。由于承重結(jié)構(gòu)自重增加小,故對墩臺及基礎(chǔ)受力狀況影響很小?？晒?jié)省對墩臺及基礎(chǔ)的加固,對橋梁營運影響較小,可在不限制通行的條件下加固施工。缺點是會導(dǎo)致超靜定結(jié)構(gòu)發(fā)生內(nèi)力重分布、轉(zhuǎn)向塊和錨固點存在著巨大的集中力、易受環(huán)境的影響,需要做防腐處理。
2.5 增補加勁材料
采用經(jīng)濟梁高和經(jīng)濟配筋率的混凝土受彎構(gòu)件,其受壓區(qū)混凝土比受拉區(qū)鋼筋具有更多的強度空間,可通過增補拉區(qū)加勁材料的辦法來實現(xiàn)承載力的提高。傳統(tǒng)的外貼加勁材料加固法主要指粘貼鋼板法,隨著碳纖維,預(yù)應(yīng)力碳纖維材料的出現(xiàn),采用高強輕質(zhì)的材料進(jìn)行外貼加固愈來愈成為工程加固的研究熱點。這種加固方法的特點是:不需要破壞被加固的原結(jié)構(gòu)的尺寸,施工工藝簡單,施工質(zhì)量較容易控制,施工工期短。
3 橋梁加固改造基本要求
3.1 采用加固方案之前,須先考慮經(jīng)濟效益好、功效快、不中斷交通、技術(shù)上可行、有較好耐久性等方面的要求。
3.2橋梁加固后,無論結(jié)構(gòu)性能、承載能力,還是耐久性方面都能達(dá)到使用上的要求。
3.3橋梁加固一般以不改變原有結(jié)構(gòu)形式為原則,采用加大受力截面或者修復(fù)原來橋梁構(gòu)件,或者采用其他措施來提高橋梁的承載能力。在兼顧經(jīng)濟性的前提下,只有在較復(fù)雜的情況下,才可考慮更改結(jié)構(gòu)形式。
3.4了解和判斷橋梁下部結(jié)構(gòu)的承載能力冗余度,以滿足加固后所增加橋梁的自重和活載對基礎(chǔ)的要求。
3.5 橋梁加固的方式,必須考慮舊橋現(xiàn)狀、承載能力減弱的程度以及日后交通量,最好參考已經(jīng)成功完成補強加固的橋梁的施工。
3.6 在選定橋梁加固方案時,還應(yīng)考慮到以下因素:加固設(shè)施的養(yǎng)護(hù)費用、加固時交通阻礙造成運輸上的損失、加固技術(shù)的耐久性、施工安全性以及對環(huán)境的干擾程度等。這些因素都不能忽視。
4 結(jié)語
隨著我國改革開放的深入進(jìn)行,國民經(jīng)濟快速發(fā)展,交通事業(yè)日新月異。一大批20世紀(jì)80年代以前修建的公路橋梁已不適應(yīng)交通運輸發(fā)展的需要。面對數(shù)量如此龐大的舊橋、危橋,如全部推倒重建,既不科學(xué),更不現(xiàn)實。舊橋加固改造是一個全球性的問題,引起了世界各國的高度重視,并提到了刻不容緩的議事日程上來。如同世界眾多國家一樣,我國橋梁維修、養(yǎng)護(hù)、加固與改造也已提到了橋梁建設(shè)的議事日程。
