淺議舊橋加固技術(shù)
2010-05-18
隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展， 交通量的迅猛增加，公路交通也實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。我國(guó)的橋梁技術(shù)發(fā)展很快，近幾年新建的大型橋梁數(shù)量已排在世界前列。截止2005年底，我國(guó)通車公路中有橋梁33.66萬(wàn)座，累計(jì)長(zhǎng)度1474.75萬(wàn)延米，其中中橋7.17萬(wàn)座，393.74萬(wàn)延米，小橋24.07萬(wàn)座，422.53萬(wàn)延米。有近一半的中、小跨徑橋梁是按1981年以前頒布的l13荷載等級(jí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建造的橋梁。這些荷載等級(jí)低的橋梁經(jīng)過(guò)了近20年的使用，通過(guò)的大噸位車輛越來(lái)越多， 超載對(duì)橋梁的損害日趨嚴(yán)重，再加上由于地理環(huán)境、自然災(zāi)害、維修養(yǎng)護(hù)不及時(shí)以及人為因素的影響， 許多橋梁的耐久性受到嚴(yán)重影響。許多已或多或少的出現(xiàn)了整體承載力不足、混凝土露筋銹蝕、酥松剝落、老化、磨損、裂縫等各種各樣的問(wèn)題，已普查出危橋1.33萬(wàn)座，達(dá)46.89萬(wàn)延米， 已嚴(yán)重影響道路的通行能力。要全部拆除新建是不現(xiàn)實(shí)的，而通過(guò)對(duì)已有橋梁有計(jì)劃的進(jìn)行維修加固，不僅能滿足現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)囊?，而且能為?guó)家?guī)?lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
為解決上述問(wèn)題，我國(guó)自20世紀(jì)70年代以來(lái)就開(kāi)始研究結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，2008年國(guó)家出臺(tái)了第一份行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范 和《公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范》，使得橋梁加固終于不再各自為政的分散進(jìn)行，有了共同遵循的規(guī)范。目前橋梁加固的主要方法有增大構(gòu)件截面
加固、粘貼加固、體外預(yù)應(yīng)力加固和改變結(jié)構(gòu)體系加固四種方法。下面分述之。
一、增大構(gòu)件截面加固技術(shù)
增大構(gòu)件截面加固技術(shù)又可分為橋面補(bǔ)強(qiáng)加固、增大構(gòu)件截面和配筋和增焊主筋加固。
1．橋面補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)
將原有的橋面鋪裝拆除后， 采用一定的工藝和結(jié)構(gòu)措施，在梁頂面(橋面)加鋪一層鋼筋混凝土面層，使其與原有主梁形成整體，共同受力，達(dá)到增加主梁高度、增大粱的抗壓截面以及提高其抗彎剛度的目的，從而提高橋梁的承載力和抵抗變形能力。如哈爾濱市的安發(fā)橋。安發(fā)橋原橋面鋪裝就有三角墊層， 而新加鋪的足鋼纖維混凝土，抵消鑿去的墊層厚度后新增加補(bǔ)強(qiáng)厚度很小，對(duì)原橋梁的自重和恒載彎矩影響很小，很適宜采用該方法加固。
2．增大構(gòu)件截面和配筋加固技術(shù)增大主梁截而和配筋又可分為增焊主
筋法和增大截面法。增焊主筋是除去梁底保護(hù)層， 切斷原箍筋，一般將新增鋼筋焊接在原主筋上，通過(guò)增加抗拉鋼筋數(shù)量來(lái)提高梁的承載力，再恢復(fù)箍筋和保護(hù)層。原橋梁的下緣主拉應(yīng)力超過(guò)容許值導(dǎo)致承載力不足， 而橋下凈空又受到限制時(shí)，適用該方法。增大截面法是將構(gòu)件截面加寬加高以擴(kuò)大截面，并在新混凝土截面中增設(shè)受力鋼筋。
對(duì)T 形梁截面可采用底面及側(cè)面同時(shí)加大和底部馬蹄形加大兩種加固形式。適用于原橋梁構(gòu)件截面過(guò)小，主應(yīng)力超過(guò)容許值導(dǎo)致承載力和剛度不足，而構(gòu)件周圍空間又不受限制時(shí)的加固，不僅可用于橋梁上部，亦可用于加固橋梁下部的蓋梁和墩柱。
總體來(lái)說(shuō)， 增大構(gòu)件截面加固適用于鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件、鋼筋混凝土受壓構(gòu)件。有較成熟的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，多用于一般較小跨徑的橋梁的加固，不足主要是構(gòu)件截面增大導(dǎo)致體積增大， 自重增加，需要施工工期長(zhǎng)、施工空間大。
二 粘貼加固技術(shù)
粘貼加固是用化學(xué)黏結(jié)劑或錨栓將補(bǔ)強(qiáng)材料直接粘貼錨固于構(gòu)件薄弱部位的混凝土表面，使之與構(gòu)件形成受力整體，從而提高結(jié)構(gòu)的承載力和剛度。根據(jù)所采用的補(bǔ)強(qiáng)材料分為兩大類，即粘貼鋼板加固和粘貼纖維復(fù)合材料加固。
1．粘貼鋼板加固技術(shù)
粘貼鋼板加固應(yīng)將鋼板設(shè)計(jì)成僅承受軸向應(yīng)力作用。適用于鋼筋混凝土受彎、受拉和偏心受壓構(gòu)件的加固。粘貼鋼板堅(jiān)固、施工快速、構(gòu)件外形基本不變，不足是施工鋼板端部加強(qiáng)錨固時(shí)需細(xì)致， 使用中防腐養(yǎng)護(hù)任務(wù)突出。
2．粘貼纖維復(fù)合材料加固技術(shù)
目前橋梁加固用纖維的主要類型有碳纖維(CFRP)、芳綸纖維(AFRP)和玻璃纖維(GFRP)。適用于鋼筋混凝土受壓柱，以提高延性、耐久性的加固；亦可用于梁、板受拉、受彎構(gòu)件的加固；不適用十素混凝土構(gòu)件(含配筋率不滿足最小配筋率的構(gòu)件) 以及受沖剪作用和支座局部承載力不足的構(gòu)件。纖維復(fù)合材料為承拉材料，應(yīng)將其沿受拉方向或圍束粘貼。纖維復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、耐久性好、強(qiáng)度重量比大、施工便捷、加固后結(jié)構(gòu)承載力明顯提高等優(yōu)點(diǎn)。不足是該材料一般各向異性、抗剪強(qiáng)度低、防火性較差、對(duì)施工要求嚴(yán)格，而且工程造價(jià)較高。
三、體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)
體外預(yù)應(yīng)力加固是通過(guò)增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力索(包括鋼絞線、高強(qiáng)鋼絲束和精扎螺紋鋼筋) 對(duì)既有混凝土構(gòu)件主動(dòng)施加外力，以改善原結(jié)構(gòu)的受力狀況的加固方法。主要南預(yù)應(yīng)力鋼筋(束)、錨同系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向塊或滑塊、水平束減震裝置和梁體組成．體外預(yù)應(yīng)力體系布置靈活， 可用于鋼筋混凝上及預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁及連續(xù)剛構(gòu)橋的加固， 可改善構(gòu)件的抗彎、抗剪性能，即可用于加固上郜的梁結(jié)構(gòu)，也可用于加固橋墩及索塔等部位。尤其適用于采用一般方法無(wú)法加固或加固效果不理想的較高應(yīng)力狀態(tài)下的大跨徑橋梁加固。體外預(yù)應(yīng)力加固自重增加很少，就能較大的提高承重結(jié)構(gòu)的剛度和抗裂性能，且對(duì)墩臺(tái)基礎(chǔ)受力的影響較小，通過(guò)合理安排，一般可在有限開(kāi)放交通的情況下施工。不足是體外索要具有可更換性和很好的防腐性，體外索后期養(yǎng)護(hù)會(huì)產(chǎn)生一定的費(fèi)用；體外索預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算與常規(guī)體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼筋有所不同， 使用時(shí)應(yīng)注意。
四 改變結(jié)構(gòu)體系加固技術(shù)
改變結(jié)構(gòu)體系加固是采用一定技術(shù)措施改變?cè)Y(jié)構(gòu)受力體系，降低控制截面內(nèi)力，以提高橋梁結(jié)構(gòu)整體承載力，是一種變被動(dòng)為主動(dòng)的加固方法。它包括將多孔簡(jiǎn)支梁改為連續(xù)梁，將單孔簡(jiǎn)支梁改為支撐梁，將中、下承式拱改為拱 斜拉組合體系，將連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)改為矮塔斜拉橋，將帶掛梁T 形剛構(gòu)改為連續(xù)剛構(gòu)以及其他增設(shè)結(jié)構(gòu)(桿件)而使原結(jié)構(gòu)受力體系發(fā)生改變的方法。經(jīng)常與增大截面法、粘貼加固法等綜合使用。其中簡(jiǎn)支變連續(xù)加固和增設(shè)支承結(jié)構(gòu)加固是傳統(tǒng)而成熟的加固方法，而索塔組合體系加固、采用斜拉索體系加固梁式橋及其它外力體系加固橋梁等尚處于探索中，如需采用要進(jìn)行專門的研究論證。
1．簡(jiǎn)支變連續(xù)加固技術(shù)
簡(jiǎn)支變連續(xù)加固是將相鄰簡(jiǎn)支梁墩頂部位結(jié)構(gòu)上緣縱向用普通鋼筋或用預(yù)應(yīng)力鋼筋加以連接，并現(xiàn)澆接頭混凝土形成結(jié)構(gòu)連續(xù)體系。該法可提高結(jié)構(gòu)承載力，增大結(jié)構(gòu)剛度，減小撓度，加固效果好。需要注意的是簡(jiǎn)支變連續(xù)后應(yīng)對(duì)中間支點(diǎn)梁段的抗剪能力進(jìn)行驗(yàn)算，必要時(shí)對(duì)其抗剪區(qū)進(jìn)行加固處理；支點(diǎn)連續(xù)構(gòu)造的縱向受力鋼筋(預(yù)應(yīng)力鋼束)要有足夠的布設(shè)長(zhǎng)度，而且此處橋面的防裂和排水也很重要。不足之處是一般會(huì)拆除并重新鋪裝部分橋面，增加了工程量和費(fèi)用。加固效果受支點(diǎn)連續(xù)構(gòu)造處的施工質(zhì)量影響較大。
2．增設(shè)支承結(jié)構(gòu)加固技術(shù)
增設(shè)支承結(jié)構(gòu)加固是通過(guò)在原結(jié)構(gòu)下增設(shè)支承結(jié)構(gòu)及構(gòu)件，減小被加固結(jié)構(gòu)的跨度或位移，來(lái)改變結(jié)構(gòu)不利的受力狀態(tài)，以提高其承載力。按支承結(jié)構(gòu)及構(gòu)件受力變形性能的不同分為鉸支加固和固結(jié)加固。鉸支加固是主梁與新構(gòu)件以鉸形式聯(lián)結(jié)，支座位置由該點(diǎn)主梁截而所容許承擔(dān)的彎矩和剪力來(lái)確定。固結(jié)以支頂?shù)姆绞街苯訉⒑奢d傳給基礎(chǔ)，支頂新增構(gòu)件需承受一定的彎矩，對(duì)新增構(gòu)件基礎(chǔ)要求較高。該法適用于對(duì)外觀和使用功能要求不高的梁板等結(jié)構(gòu)的加固，具有加固效果好、簡(jiǎn)便、可靠、易拆的優(yōu)點(diǎn)，可臨時(shí)性加固嚴(yán)重超載的橋梁，常用于搶險(xiǎn)工程。不足之處在于橋下施工影響通航，加固后結(jié)構(gòu)占用橋下空間，減小了橋下的凈空。
采用改變結(jié)構(gòu)體系加固前應(yīng)對(duì)原結(jié)構(gòu)的受力狀況進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)分析和計(jì)算，在此基礎(chǔ)上擬定采用的新結(jié)構(gòu)受力體系轉(zhuǎn)換方法以及施工工藝、措施，并對(duì)轉(zhuǎn)換后的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠的受力分析，準(zhǔn)確講它是一個(gè)系統(tǒng)加固范疇，應(yīng)對(duì)加固過(guò)程中及后結(jié)構(gòu)及相關(guān)構(gòu)件并整體進(jìn)行全面驗(yàn)算，以最終確定橋梁整體承載力提高幅度，判斷是否滿足設(shè)計(jì)交通荷載等級(jí)的需要， 并確保在加固施工及運(yùn)營(yíng)期間的安全性。
除上述加固技術(shù)外，常用的還有增設(shè)主粱加固、噴錨混凝土加同和增加橫向聯(lián)系加固等。一般要對(duì)加固后的橋梁進(jìn)行檢測(cè)和觀察，以確定加固的效果。上部結(jié)構(gòu)通常采用靜載或動(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)判斷加固成功與否；下部結(jié)構(gòu)不便進(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。
橋梁需先經(jīng)過(guò)技術(shù)狀況評(píng)定及承載力鑒定確認(rèn)加固能滿足結(jié)構(gòu)安全或正常使用要求后，要進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)技術(shù)方案比選，才能實(shí)施加固。橋梁加固技術(shù)因其經(jīng)濟(jì)、方便、快捷等特點(diǎn)，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。隨著新技術(shù)、新工藝的不斷推廣應(yīng)用，橋梁加固技術(shù)會(huì)有更廣闊的發(fā)展前景。
