淺析橋梁加固的有效方法
2015-07-23
前言
作為交通干線的重要組成部分，橋梁的使用性能對(duì)整個(gè)交通的暢通性有直接影響作用，在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，公路交通的運(yùn)輸量大大增加的背景下，受材料、設(shè)計(jì)、施工等方面的影響，很多橋梁已滿足不了現(xiàn)有荷載的受力要求，影響橋梁荷載的原因有：一、重型車輛的超載現(xiàn)象較為突出；二、交通運(yùn)輸量呈明顯增長(zhǎng)；三、建筑構(gòu)件、材料等的老化；四、諸多地質(zhì)災(zāi)害的影響等。橋梁的承載能力是有限的，部分橋梁不堪重負(fù)出現(xiàn)了沉陷、裂紋等破損現(xiàn)象，基于道路安全考慮，應(yīng)對(duì)橋梁進(jìn)行加固。
1、橋梁加固的原因
在上個(gè)世紀(jì)末期，橋梁的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，而隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，交通運(yùn)輸量猛增，運(yùn)輸與橋梁間的矛盾也日益明顯，有些橋梁橋面寬度不夠，縱斷面、平面的現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，橋梁上通車的凈空能力不足，通行能力無(wú)法達(dá)到要求。另外在進(jìn)行橋梁的施工時(shí)由于勘測(cè)不到位，對(duì)施工中的基礎(chǔ)深度、基底地質(zhì)等情況無(wú)法掌握，若遇上洪水沖刷，橋墩基礎(chǔ)沖空外露，產(chǎn)生不規(guī)則的沉降，拱圈、橋臺(tái)會(huì)因?yàn)楦郊討?yīng)力裂開(kāi)，加之經(jīng)濟(jì)發(fā)展下重型車輛的增加以及較為突出的超載現(xiàn)象的影響，橋梁的安全受到了更加嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。如果將這些橋梁推倒重建，會(huì)耗費(fèi)大量的物資，以及較長(zhǎng)的工期，同時(shí)也會(huì)影響橋梁的正常使用。反之，當(dāng)前多數(shù)交通發(fā)達(dá)的國(guó)家已將新建橋梁放在了次要位置，而把橋梁建設(shè)的重心放在了對(duì)橋梁的改造加固之上，本著“經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便、可靠牢固、適用耐用”的原則，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有橋梁承載力的研究，有計(jì)劃、有步驟將現(xiàn)有的橋梁進(jìn)行改造加固，既可以延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，及時(shí)有效地為現(xiàn)代道路交通提供服務(wù)，又能夠以少量的資金來(lái)改善交通情況，并給社會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
2、橋梁加固的方法 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，以滿足新的要求。舊橋加固方法可綜合為以下幾類。
2.1結(jié)構(gòu)性加固 ①體外預(yù)應(yīng)力加固法。體外預(yù)應(yīng)力法的加固原理是在梁的下緣受拉區(qū)設(shè)置預(yù)應(yīng)力材料，通過(guò)張拉對(duì)梁體產(chǎn)生偏心預(yù)應(yīng)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(yīng)力，減小了結(jié)構(gòu)變形和裂縫寬度、改善了結(jié)構(gòu)受力，能夠較大幅度的提高結(jié)構(gòu)承載力。目前常用下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿加固法和外部預(yù)應(yīng)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(duì)橋上交通的影響，甚至可以在有限開(kāi)放交通的情況下組織施工，因此近年來(lái)國(guó)內(nèi)工程實(shí)例較多。但加固后體外預(yù)應(yīng)力筋的防腐問(wèn)題一定程度上增加了后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，因此，一般不是公路部門(mén)的首選加固方法。 ②粘貼鋼板或碳纖維（CFRP）加固法。粘貼鋼板加固法是采用粘結(jié)劑和錨栓將鋼板粘貼錨固于混凝土結(jié)構(gòu)受拉面或其它薄弱部位，使鋼板與加固混凝土結(jié)構(gòu)形成整體，以達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載能力的目的。該方法具有基本不改變?cè)Y(jié)構(gòu)的尺寸、施工簡(jiǎn)單、技術(shù)可靠、短期加固效果較好且工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，近些年來(lái)在鋼筋混凝土橋梁的加固維修中為公路部門(mén)廣泛采納，是近幾年應(yīng)用最多的加固方法。 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。 ③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。④改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法。改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法是通過(guò)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(dòng)為主動(dòng)的加固方法。這種技術(shù)具有提高結(jié)構(gòu)承載力，增大結(jié)構(gòu)剛度，減小撓度等優(yōu)點(diǎn)。但該加固方法施工改造時(shí)一般要涉及到橋面鋪裝的再處理，增加了改造費(fèi)用且加固效果受負(fù)彎矩區(qū)施工質(zhì)量的影響較大，目前極少單獨(dú)采用。此外，結(jié)構(gòu)性加固方法還有增設(shè)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。
2.2非結(jié)構(gòu)性加固 ①鋼纖維混凝土修復(fù)橋面鋪裝層。對(duì)橋面鋪裝層的嚴(yán)重破損，可考慮采用鋼纖維混凝土修復(fù)。這種材料具有高強(qiáng)度、抗裂能力強(qiáng)，抗沖擊耐磨耗等性能，可延長(zhǎng)橋面的使用壽命，在不增加橋梁恒載的情況下，改善梁的結(jié)構(gòu)受力性能。 ②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(yīng)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(wú)縫伸縮縫，在中小行橋梁上也得到廣泛使用。
2.3Ｕ型高橋臺(tái)加固 ①預(yù)應(yīng)力錨索框架法。該加固法采取在Ｕ型橋臺(tái)前墻和兩側(cè)墻外加套４０厘米的鋼筋混凝土，并在兩側(cè)墻增設(shè)水平預(yù)應(yīng)力索對(duì)錨和前墻增設(shè)地錨的方案。該方案適用于不能中斷交通又無(wú)法架設(shè)便橋的高橋臺(tái)病害修復(fù)。 ②錨桿配合鋼筋混凝土抱箍法。該加固法采取臺(tái)腔與橋臺(tái)基礎(chǔ)持力層進(jìn)行壓漿固化，再打入錨桿與槽鋼抱箍，最后在Ｕ型橋臺(tái)前墻和兩側(cè)墻外加套２５厘米的鋼筋混凝土，新舊墻體采用錨桿連接形成整體。該方案適用于地基承載力不足，且施工處理不到位，造成橋臺(tái)前墻下沉。
2.4橋墩加固 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，即在舊樁的兩側(cè)各增設(shè)一根樁，并通過(guò)植筋擴(kuò)大承臺(tái)，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(guò)植筋后，外抱箍微膨脹混凝土。
3、橋梁加固的方案選擇 加固方案與諸多因素有關(guān)，常考慮的主要因素:①橋梁結(jié)構(gòu)型式；②橋位地形、水文、自然狀況；③橋梁現(xiàn)狀分析研究結(jié)論；④施工技術(shù)水平；⑤能否封閉交通；⑥預(yù)期加固效果；⑦資金投入量等。 合理的加固方案是將上述加固方法優(yōu)化組合，體現(xiàn)出加固效果及經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：不同的加固方法有對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法；加固后的橋梁結(jié)構(gòu)承載能力提高幅度受原結(jié)構(gòu)的制約,如原結(jié)構(gòu)配筋率、截面尺寸等，不可能無(wú)限制地提高承載能力；
4、橋梁加固效果評(píng)價(jià) 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)估橋墩的加固效果。 橋梁的加固維修技術(shù)是最近興起的一門(mén)新技術(shù),為了指導(dǎo)橋梁加固技術(shù)的應(yīng)用，需提出一整套完整的實(shí)用性公路橋梁檢測(cè)、評(píng)定與加固成套的技術(shù)規(guī)范，為我國(guó)公路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、經(jīng)濟(jì)安全,使得橋梁加固做到“有法可依”。
5、結(jié)束語(yǔ)
總之，如今橋梁加固已成為工程關(guān)注的重點(diǎn)，現(xiàn)在主要的橋梁?jiǎn)栴}多集中在低級(jí)公路橋梁上，加固主要對(duì)象也是中小橋梁，面對(duì)我國(guó)橋梁技術(shù)的快速發(fā)展，進(jìn)一步提高橋梁維護(hù)以及加固改造的水平有著深刻的現(xiàn)實(shí)意義。
