公路舊橋存在問題及加固技術(shù)措施
2012-02-13 來源：來源：中國鳴網(wǎng) 作者：楊元龍
過去修建于各地城鎮(zhèn)和各級公路上的橋梁,負(fù)擔(dān)著十分沉重的交通荷載及交通量。公路橋梁所承受的負(fù)荷有三個特點(diǎn)：一是交通量不斷增大；二是重型車輛增加及超載現(xiàn)象嚴(yán)重；三是超限運(yùn)輸?shù)某霈F(xiàn)和增加。按現(xiàn)在橋梁和運(yùn)輸狀況,橋梁的承載能力和通過的車輛荷載是公路與運(yùn)輸?shù)拿苤?。由于?dāng)時社會發(fā)展較緩，缺乏前瞻和預(yù)見，橋梁投入運(yùn)營使用之后，運(yùn)營管理的長期滯后，管養(yǎng)制度建設(shè)和隊伍建設(shè)長期被忽視，運(yùn)營車輛長期普遍超載和嚴(yán)重超載未得遏制，橋梁的技術(shù)狀態(tài)未得到及時、細(xì)致的觀測掌握。在寒冬酷暑、暴雨烈日、洪水沖刷、車船撞擊的多年影響下，使得為數(shù)眾多的農(nóng)用、公路及城市橋梁，發(fā)生了各種大大小小的病害，如橋面破損、欄桿斷裂、伸縮縫損壞、橋頭跳車、梁板或拱體裂縫、混凝土剝落、鋼筋鋼索銹蝕、鋼結(jié)構(gòu)裂紋銹爛、墩臺斷裂位移、擋墻傾斜錯位、錐坡下挫坍塌、墩臺基底沖空、橋頭路基沖塌、河床護(hù)底沖翻以及河道被沖刷嚴(yán)重變遷而危及橋頭路基等，已經(jīng)破壞了橋梁的正常良好狀態(tài)。大大縮短橋梁的使用壽命。
這些橋梁具有荷載等級低、使用年限長的特點(diǎn)。從技術(shù)資料分析,大多數(shù)橋梁存在：①不明基底地質(zhì)；②不明基礎(chǔ)深度；③不明隱蔽部分的尺寸。從橋梁技術(shù)狀況分析,由于河床屢遭洪水沖刷,河床底部加深,橋梁墩臺基礎(chǔ)外露、沖空,產(chǎn)生不均勻沉降,導(dǎo)致橋臺、拱圈產(chǎn)生附加應(yīng)力而出現(xiàn)開裂,有的甚至出現(xiàn)開合現(xiàn)象;有的橋梁由于橋臺較高,受行車及臺后土壓力的作用,橋臺出現(xiàn)開裂、凸肚等病害;橋面混凝土鋪裝層由于使用時間長加之重車作用,導(dǎo)致開裂、剝落等病害。按橋梁技術(shù)狀況來評定大多屬三類橋梁。
舊橋加固,提高舊橋的承載能力,確保交通運(yùn)輸?shù)陌踩悄壳昂徒窈竺媾R的任務(wù)。本文按橋梁的組成部分介紹橋梁的加固方法。
1、舊橋上部結(jié)構(gòu)加固技術(shù)
1.1橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法
在梁頂上加鋪一層鋼筋混凝土層，一般先鑿除舊橋面，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，從而達(dá)到提高橋梁的承載能力的目的。
1.2增大截面和配筋加固法
當(dāng)梁的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和抗裂性能不足時，通常采用增大構(gòu)件截面、增大配筋、提高配筋率的加固方法，這種方法是在梁底面或側(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。該法廣泛應(yīng)用于橋梁及拱橋及拱橋拱肋的加固。
1.3錨噴混凝土加固法
借助高速噴射機(jī)械，將新混凝土混合料連續(xù)的噴射到已錨固好鋼筋網(wǎng)的受噴面上，凝結(jié)硬化面形成鋼筋混凝土，從而增大橋梁的受力斷面和補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，使其能承受更大的外荷載作用。
1.4粘貼鋼板加固法
當(dāng)交通量增加，主梁出現(xiàn)承載力不足或出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕的情況時，梁板橋的主梁會出現(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)到提高梁的承載力的目的。
1.5增設(shè)縱梁加固法
在墩臺地基安全性能好，并具有足夠承載力的情況下，可采用增設(shè)承載力高和剛度大的新縱梁，新梁與舊梁相連接，共同受力。由于荷載在新增主梁后的橋梁結(jié)構(gòu)中重新分布，使原有梁中所受荷載得以減少，由此使加固后的橋梁承載力和剛度得到提高。當(dāng)增設(shè)的縱梁位于主梁的一側(cè)或者兩側(cè)時，則兼有加寬作用。為保證新舊混凝土能夠共同作用，必須注意做好新舊梁之間的橫向連接。
1.6拱圈增設(shè)套拱加固法
在原主拱圈腹面下增設(shè)一層新拱圈，即緊貼原拱圈底面上，澆注或錨噴混凝土新拱圈，外形上就像是在原拱圈下套做了一個新拱圈。
2、舊橋下部結(jié)構(gòu)加固技術(shù)
2.1擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法
此法適用于基礎(chǔ)承載力不足或埋深太淺，而墩臺又是磚石或混凝土剛性實(shí)體式基礎(chǔ)時的情況。擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積應(yīng)由地基強(qiáng)度驗(yàn)算確定。
2.2增補(bǔ)樁基加固法
當(dāng)橋梁墩臺基底下有軟臥層時，墩臺發(fā)生沉陷；對此采用增補(bǔ)樁基加固法是一種常用而且有效的方法。這種方法是：在樁式基礎(chǔ)的周圍補(bǔ)加鉆孔樁等，以此提高基礎(chǔ)的承載力，增強(qiáng)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。
2.3鋼筋混凝土套箍或護(hù)套加固法
當(dāng)橋梁墩臺由于基礎(chǔ)埋深不夠，或因施工質(zhì)量控制不嚴(yán)等原因，導(dǎo)致墩臺開裂時，有時會出現(xiàn)貫通裂縫，可采用鋼筋混凝土圍帶或鋼箍進(jìn)行加固。
2.4橋臺新建輔助擋土墻加固法
由于橋臺背水平土壓力過大，引起橋臺傾斜，應(yīng)在臺背之后加建一擋墻，以抵御過大的土壓力。
2.5墩臺拓寬加固法
利用舊橋基礎(chǔ)，靠墩臺蓋梁挑出懸臂加寬部分，以便安裝的上部結(jié)構(gòu)。此種情況為只加寬墩臺上部的蓋梁、墩臺身和基礎(chǔ)則不需予以加固。
3、舊橋加固的常用方法
3.1塞縫灌漿是一種綜合普用的方法
塞縫灌漿是把按一定比例配制的水泥（砂）漿、環(huán)氧樹脂（砂）漿,通過噴漿機(jī)按一定壓力灌入結(jié)構(gòu)物縫隙內(nèi),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。裂縫在橋梁病害中較為普遍,產(chǎn)生裂縫的原因很多,也很復(fù)雜。結(jié)構(gòu)物一旦出現(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。塞縫灌漿是用膠結(jié)材料把結(jié)構(gòu)的裂縫填滿,使力的作用、傳遞盡可能恢復(fù)到原來狀態(tài)。塞縫灌漿一般用于處理橋梁上、下部結(jié)構(gòu)裂縫,灌漿分為水泥漿、水泥砂漿、環(huán)氧樹脂漿、環(huán)氧樹脂砂漿等,具體采用哪一種,應(yīng)視實(shí)際情況而定。通常水泥（砂）漿用于石砌墩、臺和拱圈裂縫,由裂縫的大小來決定灌漿中是否摻砂,采用水泥（砂）漿造價低、效果好。環(huán)氧樹脂漿一般用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物,因?yàn)殇摻罨炷翗?gòu)件產(chǎn)生的裂縫較小,易灌滿,粘結(jié)性好;環(huán)氧樹脂砂漿多用于橋面裂縫。塞縫灌漿的通常做法是:先用1:1水泥砂漿勾縫,勾縫時須預(yù)留直徑約6～8mm的灌漿孔,孔距視裂縫寬度而定,縫寬處孔距為0.6～1.0m,縫小處孔距為0.4～0.6m。待勾縫砂漿達(dá)到一定強(qiáng)度后即可灌漿。鋼筋混凝土梁的裂縫較小,用環(huán)氧樹脂勾縫,凡大于0.2mm的裂縫都要留孔灌漿,孔距一般為0.25～0.30m,灌漿方法與灌水泥漿大致相同。在公路舊橋加固中,塞縫灌漿是綜合處治的方法之一,用得比較普遍,通過試載及使用觀察,效果較好。
3.2上部結(jié)構(gòu)加固
上部結(jié)構(gòu)加固改建在調(diào)查研究舊橋的基礎(chǔ)上,經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較,采用充分利用原橋進(jìn)行拼寬,利用橋臺將拱式結(jié)構(gòu)改為板式結(jié)構(gòu)的加固方法,使其滿足超限運(yùn)輸要求。
⑴拼寬原橋?qū)︱?yàn)算不能滿足超限運(yùn)輸要求的舊橋,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后,按實(shí)際通過的超限運(yùn)輸荷載設(shè)計拼寬橋梁,以確保超限運(yùn)輸安全。
?、评迷瓨蚺_改拱式結(jié)構(gòu)為板式結(jié)構(gòu)對于小跨徑石拱橋,由于拱圈厚度不能滿足超限運(yùn)輸要求或因地基較差發(fā)生不均勻沉降,致使拱圈開裂,降低承載能力,可采用此辦法。
3.3舊橋下部結(jié)構(gòu)加固
橋臺特別是高度較大的橋臺,受行車荷載和土壓力作用,常見病害有橋臺開裂、凸肚,翼墻外崩、開裂、錯位等。對于跨徑較小,水流不大的石拱橋,我們采用在橋跨內(nèi)加鋼筋混凝土框架進(jìn)行加固。由于橋臺太高,且位于長距離的高路堤縱坡上（橋面縱坡達(dá)5.5%）,在行車和土壓力的共同作用下,使兩岸橋臺和靠那發(fā)岸拱腳開裂。
3.3.1采用鋼筋混凝土框架加固橋臺
設(shè)計的基本假設(shè):鑒于尚在維持正常的交通運(yùn)輸?shù)臉?臺背填土破壞棱體引起的主動土壓力由原橋臺承擔(dān),框架結(jié)構(gòu)僅承受在破壞棱體范圍內(nèi)布置超重車所引起的主動土壓力。在后來的應(yīng)用中,取消了鋼筋混凝土立柱,僅在橋臺上鑿出牛腿的位置,將橫系梁、支撐梁、牛腿一起現(xiàn)澆成平面支撐框架,這不僅減少了工作量,而且施工方便。采用這種方法加固的橋涵,經(jīng)多次實(shí)地觀察,使用效果良好。
3.3.2橋梁基礎(chǔ)特別是天然地基上的淺基礎(chǔ)加固
由于埋置深度較淺,易受河水沖刷而淘空。受河水改道沖刷橋梁引道,導(dǎo)致橋臺基礎(chǔ)沖空,引道被毀。橋梁地基局部軟弱,致使橋臺發(fā)生不均勻沉降,引起橋臺開裂等。針對以上病害,我們采取對河床用漿砌片石進(jìn)行鋪砌,上游河床設(shè)置丁壩,打木樁擴(kuò)大橋臺基礎(chǔ)等方法進(jìn)行加固。
⑴防治橋臺基礎(chǔ)沖刷對于跨徑較小的橋梁,由于河水改道,洪水直接沖刷橋臺基礎(chǔ),導(dǎo)致基礎(chǔ)沖空甚至掉腳,可采取在橋跨范圍內(nèi)滿鋪15號片石混凝土的方法進(jìn)行加固,鋪砌厚度為30cm,鋪砌兩端設(shè)置截水墻,截水墻的深度為1m,寬度為0.6m。對于橋梁上游河床變遷、水流改道,洪水直接沖刷橋臺基礎(chǔ)和橋臺引道,導(dǎo)致橋臺基礎(chǔ)沖空、引道被毀的橋梁,采取在橋梁上游適當(dāng)位置設(shè)置丁壩等調(diào)治構(gòu)造物,將河水導(dǎo)入主河道。
⑵擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法：采用擴(kuò)大基礎(chǔ)進(jìn)行加固,具體做法：揭神線處的欄板橋?yàn)橐豢?m石拱橋，建于1940年，橋?qū)?.0m，1978年用鋼筋混凝土梁板在左、右兩側(cè)各拼寬3.0m，拼寬的3.0m中，一半作為行車道，另一半作為人行道。該橋三岔口岸左半部分橋臺開裂，裂縫為上寬下窄，經(jīng)分析此病害系地基軟弱所至,經(jīng)調(diào)查，此處原是深水塘，為減小基底應(yīng)力，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)進(jìn)行加固，具體做法：①挖除橋臺前的淤泥，深度與原基礎(chǔ)高度相同；②在基底打入4m長的木樁，木樁按梅花型布置；③在木樁頂鋪墊25cm厚的碎石；④澆筑20號混凝土基礎(chǔ)，新舊基礎(chǔ)間采用錨固鋼筋聯(lián)系，使其共同受力。
?、偻诔龢蚺_前的淤泥,深度與原基礎(chǔ)高度相同;
②在基底打入4m長的木樁,木樁按梅花型布置;
?、墼谀緲俄斾亯|25cm厚的碎石;
④澆筑20號混凝土基礎(chǔ),新舊基礎(chǔ)間采用錨固鋼筋聯(lián)系,使其共同受力。
3.4橋面鋪裝層的加固
橋面鋪裝層開裂或剝離等病害,縱觀有限元計算結(jié)果分析可知，在鋪裝層結(jié)構(gòu)厚度一定的情況下，鋪裝層的模量比對鋪裝層的受力狀態(tài)影響很大。
3.4.1重視橋面鋪裝上層的設(shè)計和選材
如果沿用傳統(tǒng)的路用瀝青混凝土的材料設(shè)計方法，鋪裝上層總是處于不利的受力狀態(tài)，承受著較大的反復(fù)拉應(yīng)力，往往在橋面板的加勁部件（直腹板、橫隔板）的頂部產(chǎn)生開裂，導(dǎo)致鋪裝上層出現(xiàn)早期破壞，這也與實(shí)際橋面鋪裝層的損壞情況基本吻合，重視橋面鋪裝上層的設(shè)計和選材使其具有良好的變形能力以抵抗疲勞開裂，對預(yù)防鋪裝層的早期損壞具有重要的意義。所以，對于橋面鋪裝體系來說，需要采用性能更加優(yōu)良的復(fù)合改性瀝青，根據(jù)鋪裝上、下層的不同功能和受力狀態(tài)研究選擇合理的瀝青混合料組成，并進(jìn)一步解決鋪裝層與橋面板的粘結(jié)穩(wěn)定性等問題。
3.4.2材料、結(jié)構(gòu)和施工這三個要素中，材料是最為活躍的因素
因?yàn)闆Q定瀝青混合料力學(xué)性能的原材料以及混合料的組成結(jié)構(gòu)具有很大的選擇性，鋪裝層的模量比取決于材料的組成設(shè)計。因此，在滿足鋪裝層路用性能的前提下，為了達(dá)到減小鋪裝層的拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力的目的，要充分發(fā)揮材料組成設(shè)計的作用，設(shè)計出能適應(yīng)橋面鋪裝層受力特性和防水要求的嵌擠密實(shí)型瀝青混合料。研究表明，在混凝土橋的鋪裝中使用增強(qiáng)纖維瀝青混凝土具有較好的效果且經(jīng)濟(jì)，能增強(qiáng)鋪裝層瀝青混凝土的柔韌性，改善鋪裝層的受力狀態(tài)，防止橋面鋪裝層出現(xiàn)開裂、脫落等現(xiàn)象，最終提高橋面鋪裝層的使用品質(zhì)和延長其使用壽命。當(dāng)然，出現(xiàn)了改性瀝青、SMA、環(huán)氧瀝青混凝土、瀝青瑪蹄脂混合料、澆注式瀝青混凝土等橋面鋪裝新材料和新技術(shù)都具有較好的性能，但需增加設(shè)備，增加了施工難度，造價比較高，一時難以大面積推廣。若條件具備，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)、技術(shù)論證也可以使用于混凝土橋面鋪裝上。
3.4.3橋面鋪裝層的加固施工（瀝青或水泥混凝土）
?、徘宄蚺傧礃蛄号f鋪裝層。在清除過程中注意處理的、厚度等。在使用機(jī)械清除時，尤其注意不得損壞舊橋的預(yù)制梁板、伸縮縫等構(gòu)造。
⑵認(rèn)真清洗舊橋面。對已經(jīng)刨洗完畢的舊橋鋪裝層及時外運(yùn)，用人工清掃廢舊料，用高壓水沖洗梁板頂面，使之清潔并干燥。
?、侵劁佇聵蛎?。水泥混凝土橋面鋪裝在澆筑混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計等級后，才可開放交通，其車輛荷載不得大于設(shè)計荷載。如果經(jīng)監(jiān)理工程師同意采用快硬水泥混凝土鋪裝，開放交通的時間需根據(jù)試驗(yàn)確定。
瀝青混凝土橋面鋪裝應(yīng)待攤鋪的混合料完全自然冷卻，其表面溫度低于50℃后，方可開放交通。需要提早開放交通時，可灑水冷卻降溫。
伸縮裝置安裝完畢，預(yù)留槽澆筑的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，方可開放。
4、結(jié)論
總結(jié)了在公路舊橋上下部的加固技術(shù)，指出對公路舊橋橋面鋪裝層加固施工；對于舊橋橋面加固施工進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控措施。分析給出了舊橋加固的常用方法。
