舊橋加固與補強
2010-11-29
1.概述
步入90年代以來，我國的交通事業(yè)飛速發(fā)展，運輸量大幅度增長，行車密度及車輛載重越來越大，尤其是拖掛運輸和集裝箱運輸?shù)陌l(fā)展，使重型車輛日益增多。我國現(xiàn)有的公路橋梁有相當一部分已滿足不了使用上的要求。橋梁的陳舊、老化、強度降低這一問題，引起了世界各國的極大關(guān)注，已提到了刻不容緩的議事日程。目前在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)了一個研究橋梁養(yǎng)護、維修加固的熱潮。由西方24個發(fā)達國家參加的聯(lián)合國“經(jīng)濟合作與發(fā)展組織”(OECD)曾召開過“關(guān)于道路橋梁維修管理國際會議”、“國際橋梁與結(jié)構(gòu)會議”等等。該“組織”還組織有關(guān)國家進一步開展這方面的研究工作。
由于舊橋加固費用一般僅為新建橋梁的10%一30%左右。比重建新橋可節(jié)約大量資金，經(jīng)濟效益十分顯著。在我國目前建設(shè)資金短缺的情況下。舊橋加固工程必將有著可觀的市場，作為施工企業(yè)的技術(shù)人員，有必要了解這方面的知識，了解橋梁病害產(chǎn)生的原周，容易出現(xiàn)問題的部位，以及常用的加固方法，為今后承攬類似工程做好準備。
2.舊橋承載力不足的原因及加固改造途徑
1.原因分析
大量調(diào)查研究資料表明。造成橋梁承載力不足的原因是各種各樣的，歸納起來主要有以下幾個方面：
(1)設(shè)計荷載偏低
大量的橋梁由于建橋年代對車輛荷載的要求不高，特別是工程投資的局限，為了節(jié)省資金，很少預(yù)測今后交通運輸發(fā)展的需要，做出長遠的規(guī)劃 。
(2)施工不當造成承載力降低
施工是實踐設(shè)計的過程，設(shè)計的正確性將在施工中得到檢驗。同時施工質(zhì)量也將影響橋梁的整體性能。在生產(chǎn)實踐中，盡管有正確的設(shè)計，但由于施工方法不當，施工質(zhì)量控制不嚴及施工中遇到一些非預(yù)見性災(zāi)害，如洪水、地震等，常常導(dǎo)致橋梁承載力降低，不能達到設(shè)計的要求。
(3)其它原因
橋梁作為大自然中的一種結(jié)構(gòu)，經(jīng)常會遇到各種各樣的意外災(zāi)害，如地震、沖撞事故等，使橋梁結(jié)構(gòu)受到損壞，承載力下降。
2.2加固與補強
橋粱加固一般是通過對構(gòu)件的補強和結(jié)構(gòu)性能的改善恢復(fù)或提高現(xiàn)有橋梁的承載能力，以延長其使用年限，適應(yīng)現(xiàn)代交通的要求。目前，國內(nèi)外對橋梁進行加固改造的技術(shù)途徑主要有以下五種：
(1)加強薄弱構(gòu)件對于橋梁上有嚴重缺陷或因通行重型車輛而不能滿足安全承載要求的薄弱構(gòu)件，通常采取以新材料(噴射混凝土、混凝土、鋼板、玻璃鋼或鋼筋)增大主粱或主拱圈截面，用高標號水泥砂漿或環(huán)氧樹脂水泥砂漿封填裂縫。增設(shè)外部后張預(yù)應(yīng)力筋，施加外部預(yù)應(yīng)力，或用化學(xué)粘結(jié)劑粘貼附件的辦法進行加固。
(2)增加輔助構(gòu)件
當橋梁承載能力不足或因某種原因使橋梁遭到破壞時，可以在原有結(jié)構(gòu)上增加新的受力構(gòu)件。如增設(shè)縱梁、橫梁或拱肋等；也可以用新的預(yù)制構(gòu)件替換原有結(jié)構(gòu)上有嚴重缺陷而又不易修復(fù)的構(gòu)件。替換構(gòu)件時，必須設(shè)置足夠的臨時支撐，采取可靠的技術(shù)措施，以保證整個結(jié)構(gòu)在施工中的安全。
(3)改變結(jié)構(gòu)體系
主要是利用梁的連續(xù)作用或粱、板組合作用及拱、梁組合作用改變結(jié)構(gòu)的受力體系，改善結(jié)構(gòu)的受力狀況，以提高橋梁承受活載的能力。如將簡支梁變?yōu)檫B續(xù)梁，將鉸接改為剛接，利用輔助墩、八字墻等將單跨粱變?yōu)槎嗫缃Y(jié)構(gòu)，以及在拱橋橋面上澆筑一層鋼筋混凝土板，將拱式體系轉(zhuǎn)換為梁式體系等。
(4)減輕恒載
減輕原橋上部結(jié)構(gòu)的恒載，可以改善原橋的受力狀況，提高承受活載的能力。特別是在橋梁基礎(chǔ)承載力受到限制，不能滿足加固上部結(jié)構(gòu)和提高活載所增加的承載力要求時，以減輕橋梁恒載的辦法來提高承受活載的能力是一種經(jīng)濟有效的措施。
(5)加固墩、臺及基礎(chǔ)
有相當一部分橋梁的缺陷和病害是因墩臺或基礎(chǔ)的原因引起的。對這類橋梁通常采用鋼筋混凝土套箍，用鋼筋混凝土拉桿和鋼拉桿施加外部預(yù)應(yīng)力。或用頂推法等措施加固橋梁墩臺和基礎(chǔ)，改善墩臺基礎(chǔ)的受力狀況，提高橋梁的承載力。
3.加固改造橋梁的實例
成都市一環(huán)路永豐路立交橋的主橋部分是我公司1987年建成通車的一座城市立交，該橋主跨部分為三跨連續(xù)粱結(jié)構(gòu)。下部結(jié)構(gòu)是v型構(gòu)。引橋部分為16m空心簡支板梁結(jié)構(gòu)，南北兩側(cè)各10孔。由于該橋設(shè)計保險系數(shù)較小，帽梁與主梁的截面都很單薄，配筋也較薄弱，又沒有施加預(yù)應(yīng)力，再加上工期緊的原因，致使主跨部分落架較早。產(chǎn)生不均勻沉降，橋梁受力狀況受到了影響。現(xiàn)在投人運營9年多時間，在簡支梁的正彎矩區(qū)和連續(xù)梁正彎矩區(qū)都產(chǎn)生了大量裂縫，橋面負彎矩區(qū)的混凝土也產(chǎn)生了較大的橫向裂縫。梁底跨中撓度大大超過了允許值。用肉眼順橋向觀看梁體明顯出現(xiàn)波浪形狀。經(jīng)成都市干道指揮部研究決定對此橋予以加固改造，設(shè)計任務(wù)由四川省交通廳勘測設(shè)計院承擔(dān)，施工仍由我公司承建該橋總的加固思路是對截面尺寸薄弱的部位予以加大截面，并施加預(yù)應(yīng)力，對主粱外部施加后張預(yù)應(yīng)力，對橋面混凝土開裂較多的地方予以剔除重新澆筑。具體做法是，加大簡支跨部分帽梁的外形尺寸，在帽梁的兩端安裝錨盎，兩側(cè)各布設(shè)一束3XD15.2鋼絞線，施加預(yù)應(yīng)力之后，鋪設(shè)鋼筋在原帽梁外重新包裹一層鋼筋混凝土。簡支梁部分選擇空心板梁的板肋處，在梁的兩端各打一個45度的斜向L，從孔中穿4xD15.2的鋼絞線，每孔布設(shè)8束鋼絞線，張拉完畢后，梁底外露預(yù)應(yīng)力筋施加噴射混凝土，梁頂外露鋼絞線包裹在橋面混凝土中。
該橋加固設(shè)計思路簡單明了，但施工卻極其困難而繁瑣，筆者作為加固工程主要的技術(shù)負責(zé)人參加了整個過程的施工。首先最困難而又最關(guān)鍵的工序就是在主梁上鉆45度角的斜孔，這道工序能按設(shè)計思路進行是整個加固工程能否完成的關(guān)鍵 要鉆透1m多厚的鋼筋混凝土非常困難。里面有D28的主筋。經(jīng)過反復(fù)的試驗，計算性能與價格比后，選擇了北京一家公司生產(chǎn)的鉆機，采用金鋼鉆頭。鉆一個眼大概需要3～4個小時，全橋共用4臺鉆機同時施工，經(jīng)過不到2個月的時問，共鉆眼400余米，達到了設(shè)計的預(yù)期目的。鉆孔完成后，還要將孔與底板的連接處鑿成弧形并安裝轉(zhuǎn)向塊，以減少預(yù)應(yīng)力的摩阻損失，然后穿索張拉。錨具采用四孔的扁錨，以減少露出橋面的高度，張拉千斤頂采用LD一23型逐根張拉。錨板與錨下結(jié)構(gòu)的固定是很關(guān)鍵的問題，使用灌注環(huán)氧混凝土的辦法。經(jīng)實踐，在配比正確的情況下效果良好。
帽梁的加固是個棘手的問題，主要是兩個環(huán)節(jié)不好施工。一是預(yù)應(yīng)力錨板不易固定，在垂直的平面上固定能承受20噸拉力的錨板極為困難，二是張拉完成時澆筑混凝土?？臻g較小不好震搗，這些都是一些非常細致、費時的事。經(jīng)過與設(shè)計的幾次磋商，多次變更圖紙。最終達到了預(yù)期的效果。
最后一個難題就是噴射混凝土的施工，由于噴射截面較小，混凝土不易附著。此工序?qū)儆诟邏鹤鳂I(yè)，容易造成傷人事故，最后經(jīng)過精心組織，對一些技術(shù)細節(jié)認真處理，如在梁板處鑿毛，混凝土噴射完成后再進行手工抹面處理，設(shè)置安全防護物，使噴射混凝土達到了保護鋼絞線的目的，又美觀大方。
通過參加舊橋加固的施工，我們蕕得了很多寶貴的經(jīng)驗。與新建橋施工有很大的不同，所有的工序都需要細致、耐心、認真地完成。稍疏忽點，下道工序就無法進行。在加固完成后 還進行了靜載試驗，通過測試鋼筋的應(yīng)力一應(yīng)變，證明加固效果顯著，完全可以投入使用。
由于作者實踐經(jīng)驗不多，懇請讀者給予指正。
