淺談梁板橋的加固
2010-04-26
前言
近年，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)高速發(fā)展，各省市新建大量高速公路，交通狀況得到極大改善。但由于交通量的大增，不少舊的路網(wǎng)仍在發(fā)揮著重要的作用。現(xiàn)有各條國、省、縣道上各個(gè)時(shí)期的橋梁是按不同的設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)修建的，目前仍有不少設(shè)計(jì)荷載偏低的橋梁在擔(dān)負(fù)著繁重的交通運(yùn)輸任務(wù)。從安全的角度出發(fā)，舊橋的加固改造很必要也很迫切。舊橋的加固改造可在充分利用舊橋的基礎(chǔ)上，短時(shí)間改善路網(wǎng)的通行能力，提高其安全性與舒適性。近年筆者多次參與舊橋的加固工程，下面就梁板橋的常用加固方法與大家一同探討。
1 橋梁加固的原因分析
1．1隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、交通量的增大，車輛載荷增大，而橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)較低，載重等級(jí)發(fā)生變化，要求舊橋提高承載能力。
1．2部分道路車流量大，而橋梁寬度不足，與路面寬度相比，出現(xiàn)橋窄路寬的瓶頸現(xiàn)象，要求舊橋加寬改造。
1．3早年設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想偏重于材料的節(jié)省，安全度低。部分梁板橋設(shè)計(jì)斷面單薄、安全儲(chǔ)備低，如板橋板的厚度偏小、梁橋梁肋偏小、T梁中間橫隔梁少或不設(shè)、橫向聯(lián)系差等。
1．4橋梁在運(yùn)營使用過程中，由于經(jīng)常受到車輛沖擊及機(jī)械輪胎的磨耗，遭受風(fēng)、雨、水流的侵蝕，溫度、濕度變化的影響，甚至遭到地震的破壞，難免會(huì)發(fā)生病害或損傷。
1．5部分舊橋耐久性差和年久老化，結(jié)構(gòu)性病害嚴(yán)重，橋面裂縫多，并有進(jìn)一步惡化趨勢(shì)。
1．6近年修建的橋梁，部分因設(shè)計(jì)失當(dāng)或者施工質(zhì)量差，也存在著需要加固的問題。
2 橋梁加固的前期工作
2．1盡量收集舊橋的原有設(shè)計(jì)資料和施工記錄，了解橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部情況，為加固方案提供依據(jù)。
2．2根據(jù)工程實(shí)際，可采用超聲波、回彈儀等先進(jìn)的探測儀器探測舊橋鋼筋混凝土的內(nèi)部質(zhì)量情況。
2．3詳細(xì)調(diào)查當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)、水文情況及其它對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)有影響的因素。
2．4橋梁加固實(shí)施比較復(fù)雜，且有一定的危險(xiǎn)性，要選擇較有施工經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)隊(duì)伍進(jìn)行施工。
2．5施工前要做好加固方案的比較，本著安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、有效的原則選擇最優(yōu)加固方案。
3 梁板橋加固的常用方法
3．1植筋法
植筋法主要用于加固橋墩、橋臺(tái)。對(duì)于中小型橋梁，若地基承載能力較大，基礎(chǔ)完好則可以在不加固基礎(chǔ)的情況下，通過擴(kuò)大橋墩、加厚橋臺(tái)來提高橋梁承載能力。傳統(tǒng)的加固方法是鑿出原橋墩、橋臺(tái)的連接鋼筋，再與新混凝土澆筑一起來實(shí)現(xiàn)。而新舊混凝土結(jié)合面往往又是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，其抗剪強(qiáng)度遠(yuǎn)低于整體建筑混凝土結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度。用植筋法則很好地解決了結(jié)合面的抗剪強(qiáng)度和連接問題。植筋就是在原鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上鉆出合適的清7~ LfR，再注入高強(qiáng)度建筑結(jié)構(gòu)膠并插入鋼筋，待建筑結(jié)構(gòu)膠固化。植筋錨固鋼筋猶如原有結(jié)構(gòu)中的預(yù)埋鋼筋，通過植筋錨固鋼筋可將新增鋼筋骨架與舊的鋼筋混凝土連接成整體，大大提高新舊混凝土結(jié)合面的抗剪強(qiáng)度。其主要施工步驟：植筋點(diǎn)定位一鉆孔一清孔一配膠植筋一固化。植筋法的特點(diǎn)是：施工費(fèi)用經(jīng)濟(jì)、施工速度快、用途廣泛。目前在國內(nèi)植筋技術(shù)已逐漸普遍。
3．2塞縫灌漿法
在橋梁病害中梁板橋出現(xiàn)裂縫較為普遍，產(chǎn)生裂縫的原因很多，也很復(fù)雜。梁板橋一旦出現(xiàn)裂縫，其受力截面發(fā)生應(yīng)力重分布，也就意味著受力有效截面變小，結(jié)構(gòu)應(yīng)力增大，承載能力降低。塞縫灌漿就是把膠結(jié)材料和多用環(huán)氧樹脂砂漿，通過噴漿機(jī)按一定壓力灌入橋梁梁板縫隙內(nèi)，把梁板裂縫填滿，使力的作用、傳遞盡可能恢復(fù)到原狀態(tài)，起到填塞裂縫、避免鋼筋銹蝕并提高結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度的作用。其主要施工方法如下：先用環(huán)氧樹脂勾縫，凡大于O．2mm 的裂縫都要留孔灌漿，其直徑約6—8mm， 孔距一般為O、25—0．30m，勾縫環(huán)氧樹脂達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行灌漿。在公路舊橋加固中，塞縫灌漿法比較普遍，效果較好。
3．3加厚橋面板加固法
為了提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗彎剛度和承載能力，可將舊橋的橋面板加厚。其施工方法是：將原有橋面鋪裝拆除，在原橋面上澆筑鋼筋混凝土補(bǔ)強(qiáng)層，使其與原有主梁形成整體，達(dá)到增大主梁有效高度、改善橋梁荷載橫向分布能力的作用。這種方法由于加厚橋面使橋梁自重和恒載彎矩增加較多，一般只適用于跨徑較小的T型梁、Tr型梁或板梁等。
3．4加強(qiáng)主筋加固法
在橋梁凈空受到限制，而又需增加主梁的抗彎拉強(qiáng)度，提高橋梁的承載力時(shí)，可采用增大主梁配筋、提高配筋率的方法進(jìn)行加固。由于增加的鋼筋一般無法穿過支座錨固，需將新增鋼筋焊接在原主筋上。其主要施工方法如下：
3．4．1用人工將主梁底混凝土保護(hù)層鑿除，使主筋外露，并將主筋原有箍筋切斷。
3．4．2加強(qiáng)主筋。在原主筋下面增焊加強(qiáng)鋼筋，施工時(shí)從跨中開始向兩端依次逐段施焊。為減少焊接時(shí)的溫度應(yīng)力，避免燒壞混凝土，采用斷續(xù)雙面焊縫，每段焊縫分兩次焊接。
3．4．3恢復(fù)主梁原箍筋，施工時(shí)將原箍筋接長并焊接成型。若經(jīng)計(jì)算箍筋不足，要增設(shè)箍筋。新增箍筋上端錨固在橋面板中，梁腹上埋設(shè)銷釘固定新增箍筋位置。
3．4．4采用環(huán)氧樹脂小石子混凝土或膨脹水泥混凝土恢復(fù)混凝土保護(hù)層。如果橋梁凈空不受限制，則可直接增大主梁截面進(jìn)行加固。在梁底面或側(cè)面加大尺寸、增配主筋、提高梁的有效高度和抗彎強(qiáng)度，從而提高橋梁的承載力。
3．5轉(zhuǎn)換橋梁結(jié)構(gòu)體系加固法
對(duì)于簡支梁橋的加固，可以采用變簡支梁為連續(xù)的方法進(jìn)行加固。通過將相鄰兩梁的梁端固結(jié)，或在橋跨中間增設(shè)支點(diǎn)等措施，使簡支梁變成一組連續(xù)梁體系。按照連續(xù)梁的力學(xué)特征，支點(diǎn)處的負(fù)彎距使跨中的正彎矩減小，以及鄰跨荷載的相互作用，使橋梁的受力狀況得到改善，實(shí)現(xiàn)在不增加梁截面的情況下提高承載能力的目的。其主要施工方法如下：將相鄰兩梁的梁端混凝土鑿除，將梁的主筋外露，接著焊接相鄰兩梁主筋連接鋼筋，增設(shè)主梁箍筋，最后立模澆筑連接端微膨脹混凝土。
3．6增大梁腋法
對(duì)于T型梁、工型梁可將梁的下翼緣加寬加高，擴(kuò)大斷面，在新增斷面中增設(shè)主筋，從而提高橋梁的承載力。其主要施工方法如下：
3．6．1將梁腋加大部分的表面鑿毛，露出骨料；中洗干凈，使新舊混凝土粘結(jié)良好。在梁的側(cè)面每隔一定距離(50-70cm)鑿露主筋，以便與新增鋼筋骨架聯(lián)結(jié)。
3．6．2焊接鋼筋骨架。用U形箍筋將新增主筋焊成骨架，然后將骨架焊接在鑿露的主筋上，在梁的端部，鋼筋兩端向上彎起，焊在原主筋上；或者在梁端安裝U型錨固板，將新增主筋焊在錨固板上。
3．6．3立模澆筑混凝土。
3．7增加橫隔梁法
有些T型梁橋，梁的主體受力性能良好，但因中橫隔梁少或不設(shè)中橫隔梁，橫向聯(lián)系薄弱，整體性差，而使承載能力降低，可采用加強(qiáng)橫向聯(lián)系的措施，增強(qiáng)橋梁的整體性，以達(dá)到提高承載能力的目的。具體方法有：
3．7．1加強(qiáng)中橫隔梁：對(duì)于已設(shè)中橫隔梁的橋，可增大中橫隔梁的截面，增大中橫隔梁的配筋，加強(qiáng)橫梁與縱梁的聯(lián)結(jié)作用。
3．7．2在T型適當(dāng)?shù)奈恢迷鲈O(shè)中橫隔梁：在增設(shè)中橫隔梁的位置將T型側(cè)面混凝土鑿除，將T梁的主筋外露，焊接中橫隔梁的受力主筋，澆筑中橫隔梁的混凝土。
3．8粘貼鋼板加固法
當(dāng)主梁出現(xiàn)承載力不足或出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕的情況時(shí)，梁板橋的主梁會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的橫向裂縫。采用粘結(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，達(dá)到提高梁板承載力的目的。
3．9粘貼碳纖維加固法
粘貼碳纖維布加固是采用配套粘結(jié)樹脂將碳纖維布粘貼于混凝土表面，起到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)和抗震加固的作用。粘貼碳纖維與粘貼鋼板加固的粘貼形式、加固機(jī)理類似，本質(zhì)上相當(dāng)于增加構(gòu)件配筋，在抗剪、學(xué)術(shù)•建設(shè)園地科技應(yīng)用抗彎加固中一般可以互相替換。
近年粘貼鋼板和粘貼碳纖維布加固法被廣泛采用，相比以前的加固法有很大的優(yōu)勢(shì)，其共同的特點(diǎn)是 技術(shù)先進(jìn)，施工工藝簡單，施工質(zhì)量容易控制，施工工期短，對(duì)結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸影響小，且加固效果好。
但兩種方法也有差異，由于碳纖維和鋼材彈性模量基本一致，而碳纖維的抗拉強(qiáng)度是鋼材的lO倍左右，所以要充分發(fā)揮加固材料的強(qiáng)度。粘貼碳纖維需要加固構(gòu)件產(chǎn)生更大的形變。在小變形情況下，粘貼碳纖維加固應(yīng)力滯后比粘貼鋼板大，所以當(dāng)構(gòu)件承載力相差較多時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用粘鋼加固。鋼板上可以焊接錨筋，也可鉆孔設(shè)植筋錨固，所以錨固方式較粘碳纖維靈活。碳纖維輕、薄，施工簡便，同樣工程量，施工工期約是粘貼鋼板的50％。碳纖維和鋼材相比，不銹蝕，也不易被有害介質(zhì)腐蝕，在惡劣環(huán)境下耐久性好。
4 總結(jié)
橋梁加固的方法種類較多，每一種加固方法都有不同的適用性及局限性。實(shí)踐中我們要仔細(xì)進(jìn)行方案比選，可采用一種或幾種方法組合，從而使加固效果達(dá)到優(yōu)化。
橋梁加固應(yīng)盡量減少對(duì)原有結(jié)構(gòu)的損傷，并充分利用原有的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，且應(yīng)保證原有結(jié)構(gòu)保留部分的安全性與耐久性。
實(shí)踐表明對(duì)低等級(jí)公路舊橋加固改造既可以充分利用現(xiàn)有資源，起到節(jié)約資金的作用，還可以不中斷交通，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。通過采用適當(dāng)?shù)募庸膛c提載技術(shù)，可以恢復(fù)和提高舊橋的承載能力及通行能力，延長橋梁的使用壽命。
