淺析橋梁檢測評定與加固技術(shù)
2015-08-17
引言
每一座“新”建的橋梁經(jīng)過若干年大自然的侵蝕和使用之后都會成為一座“舊”橋。對我國來說，由于大部分橋梁是根據(jù)20世紀(jì)70年代或80年代初期頒布的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)建造的，所以設(shè)計(jì)荷載較低，而且隨著我國交通量的不斷增大以及自然環(huán)境的侵蝕，有相當(dāng)數(shù)量的橋梁損壞嚴(yán)重，或處于超期運(yùn)營狀態(tài)，嚴(yán)重影響了我國交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展。
很多資料表明，當(dāng)前有些交通發(fā)達(dá)的國家，橋梁建設(shè)的重點(diǎn)已放到了橋梁的檢測評定與加固技術(shù)方面，而新建橋梁已降為次要地位。國內(nèi)外的實(shí)踐也均證明舊橋的檢測與加固是一項(xiàng)技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的舉措。但由于舊橋加固的過程中常存在原始資料和圖紙不全的客觀原因；舊橋加固設(shè)計(jì)的規(guī)程尚在制訂；舊橋加固設(shè)計(jì)的制約因素和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)新橋要大得多。因此對舊橋的檢測與加固，以及如何提高其承載力的問題研究、試驗(yàn)與推廣，是非常有必要的。
1.橋梁檢測
橋梁加固前，應(yīng)對橋梁進(jìn)行全面的檢測，旨在摸清橋梁的現(xiàn)狀以及可能存在的缺陷或隱患，查明箱體現(xiàn)有裂縫的性質(zhì)與分布特征，尋找橋梁開裂的原因，分析橋梁現(xiàn)存缺損可能會給結(jié)構(gòu)造成的負(fù)面影響，為加固設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
1．1 直觀分析
由于時(shí)間的推移，部分舊橋的原設(shè)計(jì)圖紙與施工技術(shù)資料已基本流失，因此首先要對橋梁的各個(gè)部位利用各類檢測工具進(jìn)行全面、徹底的檢查，必要時(shí)對部分隱蔽工程揭露檢查。由于目前交通荷載量已與原設(shè)計(jì)嚴(yán)重不符，還應(yīng)測算其交通量與載重量，最終將各類資料及檢測數(shù)據(jù)匯總整理。
1．2 承載能力檢測
舊橋承載能力評定是加固設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確評定舊橋的承載力十分重要。橋梁荷載試驗(yàn)有動、靜之分。靜載試驗(yàn)被公認(rèn)為方法可靠、準(zhǔn)確性高，是目前橋梁荷載試驗(yàn)主要采用的方法。但靜載試驗(yàn)需中斷交通，工作量大，試驗(yàn)周期長，測試精度易受氣候影響，相對制約了靜載試驗(yàn)的應(yīng)用。動載試驗(yàn)可克服靜載試驗(yàn)的缺點(diǎn)，不需長時(shí)間中斷交通，試驗(yàn)時(shí)間短，節(jié)省經(jīng)費(fèi)。荷載試驗(yàn)還有助于發(fā)現(xiàn)在一般性橋梁檢查中難以發(fā)現(xiàn)的隱蔽病害。
1．3 砼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測
可通過無破損或半破損試驗(yàn)(如回彈儀法、鉆芯取樣法)來判斷砼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，為全面分析橋梁病害提供依據(jù)。
1．3．1 回彈法
回彈法是以在混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上測得的回彈值和碳化深度來評定混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件強(qiáng)度的一種方法，它不會對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的力學(xué)性質(zhì)和承載能力產(chǎn)生不利影響，在工程上已得到廣泛應(yīng)用。
1．3．2 鉆芯法
鉆芯法是利用專用鉆機(jī)和人造金剛石空心薄壁鉆頭，在結(jié)構(gòu)混凝土上鉆取芯樣以檢測混凝土強(qiáng)度和缺陷的一種檢測方法。它可用于檢測混凝土的強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)混凝土受凍、火災(zāi)損傷的深度，混凝土接縫及分層處的質(zhì)量狀況，混凝土裂縫的深度、離析、孔洞等缺陷。該方法直觀、準(zhǔn)確、可靠，但是費(fèi)用較高，費(fèi)時(shí)較長，且對混凝土造成局部損傷，因而大量的鉆芯取樣往往受到限制，可利用其他無損檢測方法如超聲法與鉆芯法結(jié)合使用，以減少鉆芯數(shù)量，另一方面鉆芯法的檢測結(jié)果又可驗(yàn)證其他無損檢測方法如超聲法的檢測結(jié)果，以提高其檢測的可靠性。
2.橋梁的評定
根據(jù)檢測資料，可對橋梁進(jìn)行評定。橋梁評定分為一般評定和適應(yīng)性評定。一般評定是依據(jù)橋梁定期檢查資料，通過對橋梁各部件技術(shù)狀況的綜合評定，確定橋梁的技術(shù)狀況等級，提出養(yǎng)護(hù)措施。橋梁適應(yīng)性評定包括以下內(nèi)容：依據(jù)橋梁定期及特殊檢查資料，結(jié)合試驗(yàn)與結(jié)構(gòu)受力分析，評定橋梁的實(shí)際承載能力、通行能力、抗洪能力，提出橋梁養(yǎng)護(hù)及改造方案。
對一般評定劃定的各類橋梁，分別采取不同的養(yǎng)護(hù)措施：一類橋梁進(jìn)行正常保養(yǎng)；二類橋梁需進(jìn)行小修；三類橋梁需進(jìn)行中修，酌情進(jìn)行交通管制；四類橋梁需進(jìn)行大修或改造，及時(shí)進(jìn)行交通管制，如限載限速通過，當(dāng)缺損較嚴(yán)重時(shí)應(yīng)關(guān)閉交通；五類橋梁需要進(jìn)行改建或重建，及時(shí)關(guān)閉交通。
3.橋梁加固與改造技術(shù)
3．1 上部結(jié)構(gòu)加固、改造方法
3．1．1 增大截面(慣矩)加固法
可在梁橋及拱橋拱肋的加固中使用，施工中要注意所增加的重量不應(yīng)使原截面破壞，且新老結(jié)構(gòu)材料之間應(yīng)設(shè)置剪力鍵、傳力銷、錨固筋等可靠的連接。
3．1．2 粘貼鋼板(筋、纖維)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。當(dāng)梁板橋的主梁因交通量增加或縱向主筋出現(xiàn)腐蝕而導(dǎo)致底部出現(xiàn)嚴(yán)重的橫向裂縫可采用此簡單、易行方法。該法短期加固效果較好且工藝成熟。其中碳纖維強(qiáng)度高，耐腐蝕，但是脆性、耐火性不好，使得這種材料的應(yīng)用受到限制。此外還需要注意的是貼鋼板、鋼筋、纖維的位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離中性軸加固區(qū)，在具有錨固條件時(shí)應(yīng)盡量錨固并一定要考察黏結(jié)劑性能。
3．1．3 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系法
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。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。
3．1．4 體外預(yù)應(yīng)力法
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，通過張拉對梁體產(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橋上交通的影響，甚至可以在有限開放交通的情況下組織施工，因此近年來國內(nèi)工程實(shí)例較多。如301國道盤錦立交主線橋和盤錦立交WH匝道橋的加固。但加固后體外預(yù)應(yīng)力筋的防腐問題一定程度上增加了后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，因此，一般不是公路部門的首選加固方法。
3．2 下部結(jié)構(gòu)的加固
橋梁下部結(jié)構(gòu)的加固方法有加大截面、粘貼纖維鋼板等。
4.加固方案的分析
（1）在設(shè)計(jì)加固方法時(shí)必須經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算，考慮加固后對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度的平衡以及對結(jié)構(gòu)抗裂性與抗腐蝕性的影響。
?。?）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，不可能無限制地提高承載力。
?。?）對于大跨徑復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)的加固計(jì)算，一般要做結(jié)構(gòu)整體分析，有效工具是有限元法，必要時(shí)應(yīng)考慮非線性影響。
5.結(jié)論
上述這些加固技術(shù)，較好地滿足了我國橋梁養(yǎng)護(hù)發(fā)展的需要，在橋梁維修工作中發(fā)揮了積極的作用。但是，由于每一種加固方案都有一定的適用范圍，其適用范圍主要由橋梁需要加固的原因和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境、當(dāng)?shù)鼐唧w條件，尤其是對加固后橋梁的功能要求所決定的。所以很難提出一種能夠解決所有問題的統(tǒng)一方法，在實(shí)際操作中，針對不同的橋型，不同的病害和在不同的環(huán)境下，需要選擇的加固方法也各不相同。
