橋梁加固技術(shù)四種方法和效果分析
2015-04-28
橋隨著橋梁應(yīng)用年限的增長(zhǎng)以及橋梁負(fù)荷的日趨增大，我國(guó)很多橋梁均涌現(xiàn)了破損，因此探究如何修復(fù)這些橋梁已成為當(dāng)今橋梁設(shè)計(jì)的重要課題。通過(guò)對(duì)目前我國(guó)大部分橋梁修復(fù)的實(shí)例分析，橋梁加固是維修病害橋梁、進(jìn)步橋梁承載能力的最基礎(chǔ)、最常用的方法，本文提出了橋梁加固的目標(biāo)，論述了橋梁加固的常見(jiàn)方法及特點(diǎn)，給出了橋梁加固的方案選擇和加固效果評(píng)價(jià)。
梁是公路交通的咽喉，其應(yīng)用功效的好壞直接影響整條線路的暢通，既有公路中由于受到當(dāng)時(shí)局限的設(shè)計(jì)、材料、施工加固等各方面的影響，嚴(yán)重制約了公路運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，加上不能適應(yīng)現(xiàn)在交通量飛速增長(zhǎng)，使得舊橋檢測(cè)和舊橋加固技巧顯得非常急切。
1.加固目標(biāo)
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，交通運(yùn)輸量的迅速增長(zhǎng)，截止至2000年，我國(guó)危橋總長(zhǎng)已達(dá)2萬(wàn)余延米。若將其拆除重建，不僅要耗費(fèi)大批資金，而且工期也較長(zhǎng)；若有打算、有步驟的對(duì)現(xiàn)有舊橋進(jìn)行加固改革，橋梁加固后，可以延伸橋梁的應(yīng)用壽命，用少量的資金投入，使橋梁能滿(mǎn)足交通量的需求，還可以緩和橋梁投資的集中性，為國(guó)家?guī)?lái)宏大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。因此，加固設(shè)計(jì)必須本著“堅(jiān)固可靠、簡(jiǎn)便耐用、經(jīng)濟(jì)實(shí)用”的基礎(chǔ)原則。
2.加固方法
加固，簡(jiǎn)略來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)必定的措施使構(gòu)件乃至全部結(jié)構(gòu)的承載能力及其應(yīng)用性能得到進(jìn)步，以滿(mǎn)足新的請(qǐng)求。舊橋加固方法可綜合為以下幾類(lèi)。
2.1結(jié)構(gòu)性加固 體外預(yù)應(yīng)力加固法。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(guò)張拉對(duì)梁體產(chǎn)生偏心預(yù)應(yīng)力，在此偏心壓力功效下，使梁體產(chǎn)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、改良了結(jié)構(gòu)受力，能夠較大幅度的進(jìn)步結(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(duì)橋上交通的影響，甚至可以在有限開(kāi)放交通的情況下組織施工，因此近年來(lái)國(guó)內(nèi)工程實(shí)例較多。如301國(guó)道盤(pán)錦立交主線橋和盤(pán)錦立交WH匝道橋的加固。但加固后體外預(yù)應(yīng)力筋的防腐新問(wèn)題必定程度上增長(zhǎng)了后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，因此，一般不是公路部門(mén)的首選加固方法。
粘貼鋼板或碳纖維（CFRP）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)受拉面或其它單薄部位，使鋼板和加固混凝土結(jié)構(gòu)形成整體，以達(dá)到進(jìn)步結(jié)構(gòu)承載能力的目標(biāo)。該方法具有基礎(chǔ)不轉(zhuǎn)變?cè)Y(jié)構(gòu)的尺寸、施工簡(jiǎn)略、技巧可靠、短期加固效果較好且工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，近些年來(lái)在鋼筋混凝土橋梁的加固維修中為公路部門(mén)廣泛采用，是近幾年利用最多的加固方法。如廣州東圃大橋加固。
碳纖維加固技巧是近幾年內(nèi)才由國(guó)外引進(jìn)的一種新技巧，因其強(qiáng)度高，耐腐化，且施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛利用于實(shí)際工程中。如廣深高速公路福田互通立交橋加固、107國(guó)道（深圳段）洋涌河大橋加固。然而，由于碳纖維本身的一些缺點(diǎn)，如脆性、耐火性不好等使得這種材料的利用受到限制。
增大截面和配筋加固法。增大截面和配筋加固法一般采用在梁底面或側(cè)面加大尺寸，增配主筋，以進(jìn)步主梁截面的有效高度，從而達(dá)到進(jìn)步橋梁承載能力的目標(biāo)。然而，由于增大截面法在施工過(guò)程中全部的作業(yè)需在梁底進(jìn)行，施工難度較大且施工質(zhì)量難以把持，因此，盡管在某些情況下費(fèi)用并不太大，但以上因素制約了該技巧的廣泛利用，一般用于T型截面梁的加固維修。如河南南陽(yáng)桐柏淮河大橋加固。
轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)受力系統(tǒng)加固法。轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)受力系統(tǒng)加固法是通過(guò)轉(zhuǎn)變橋梁結(jié)構(gòu)受力系統(tǒng)以達(dá)到進(jìn)步結(jié)構(gòu)整體承載能力的目標(biāo)，是一種變被動(dòng)為主動(dòng)的加固方法。這種技巧具有進(jìn)步結(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革時(shí)一般要涉及到橋面鋪裝的再處理，增長(zhǎng)了改革費(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。如2003年湖北鄂州涂家咀持續(xù)拱橋（L0=70m）加固、2005年福建蔣樂(lè)積善持續(xù)拱橋（L0=30m）加固。
此外，結(jié)構(gòu)性加固方法還有增設(shè)主梁加固法、錨噴混凝土加固法和增長(zhǎng)橫向接洽加固法等。
2.2非結(jié)構(gòu)性加固 鋼纖維混凝土修復(fù)橋面鋪裝層。對(duì)橋面鋪裝層的嚴(yán)重破損，可考慮采用鋼纖維混凝土修復(fù)。這種材料具有高強(qiáng)度、抗裂能力強(qiáng)，抗沖擊耐磨耗等性能，可延伸橋面的應(yīng)用壽命，在不增長(zhǎng)橋梁恒載的情況下，改良梁的結(jié)構(gòu)受力性能。
伸縮縫的更新改革。在橋梁維修中，以下幾種類(lèi)型伸縮縫的應(yīng)用是較成功的。ＳＦＰ“三防”型伸縮縫在大型橋梁上的利用情況良好；仿毛肋伸縮縫在大、中型橋梁的大批應(yīng)用，效果明顯；ＴＳＴ、ＦＧ系列橋梁無(wú)縫伸縮縫，在中小行橋梁上也得到廣泛應(yīng)用。
2.3Ｕ型高橋臺(tái)加固 預(yù)應(yīng)力錨索框架法。該加固法采用在Ｕ型橋臺(tái)前墻和兩側(cè)墻外加套４０厘米的鋼筋混凝土，并在兩側(cè)墻增設(shè)程度預(yù)應(yīng)力索對(duì)錨和前墻增設(shè)地錨的方案。該方案實(shí)用于不能中斷交通又無(wú)法架設(shè)便橋的高橋臺(tái)病害修復(fù)。
錨桿配合鋼筋混凝土抱箍法。該加固法采用臺(tái)腔和橋臺(tái)基礎(chǔ)持力層進(jìn)行壓漿固化，再打入錨桿和槽鋼抱箍，最后在Ｕ型橋臺(tái)前墻和兩側(cè)墻外加套２５厘米的鋼筋混凝土，新舊墻體采用錨桿連接形成整體。該方案實(shí)用于地基承載力不足，且施工處理不到位，造成橋臺(tái)前墻下沉。
2.4橋墩加固 橋梁下部結(jié)構(gòu)加固的重要目標(biāo)是進(jìn)步橋墩的整體承載能力。如橋墩產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)性損傷，可以用外包混凝土、粘貼鋼板或碳纖維的方法進(jìn)行加固。但是對(duì)于實(shí)體橋墩等橫向剛度比較大的結(jié)構(gòu)，其狀態(tài)變更重要是由地基所引起，此時(shí)可重點(diǎn)從回填硬土或者對(duì)地基進(jìn)行注漿等方法進(jìn)步其束縛橋墩的能力，進(jìn)步橋墩的整體承載能力。抬樁就是通常應(yīng)用的一種有效的加固方法，即在舊樁的兩側(cè)各增設(shè)一根樁，并通過(guò)植筋擴(kuò)大承臺(tái)，共同受力。另一種樁基加固方法是鋼筋混凝土套箍。由于下部樁基施工等原因，造成樁基縮徑，采用的加固方法是掃除樁體虛浮物，通過(guò)植筋后，外抱箍微膨脹混凝土。
目前，在很多橋梁加固改革中，同一座橋梁，針對(duì)不同的部位、不同的構(gòu)件、不同的改革原因同時(shí)采用了幾種不同的方法。如宜賓馬鳴溪金沙江大橋的加固，采用了增長(zhǎng)構(gòu)件加固法、粘貼鋼板加固法、碳纖維加固法、橋面層補(bǔ)強(qiáng)加固法；西（防屏蔽設(shè)置）藏尼木大橋的加固，采用了粘貼鋼板加固法、碳纖維加固法、橋面層補(bǔ)強(qiáng)加固法；紹興斗門(mén)大橋的加固，采用了增長(zhǎng)構(gòu)件加固法、橋面層補(bǔ)強(qiáng)加固法等等。
3.加固方案選擇
加固方案和諸多因素有關(guān)，?？紤]的重要因素摘要：3.1橋梁結(jié)構(gòu)型式；3.2橋位地形、水文、自然狀態(tài)；3.3橋梁目前狀態(tài)分析探究結(jié)論；3.4施工技巧程度；3.5能否封閉交通；3.6預(yù)期加固效果；3.7資金投入量等。
合理的加固方案是將上述加固方法優(yōu)化組合，體現(xiàn)出加固效果及經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)重視以下兩點(diǎn)摘要：不同的加固方法有對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)盤(pán)算方法；加固后的橋梁結(jié)構(gòu)承載能力進(jìn)步幅度受原結(jié)構(gòu)的制約，如原結(jié)構(gòu)配筋率、截面尺寸等，不可能無(wú)窮制地進(jìn)步承載能力。
4.加固效果評(píng)價(jià)
橋梁加固應(yīng)在不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和技巧進(jìn)步的基礎(chǔ)上形成專(zhuān)門(mén)規(guī)范，同時(shí)要器重對(duì)加固后的橋梁進(jìn)行檢測(cè)和視察，以斷定加固的效果。橋梁加固后的上部結(jié)構(gòu)通常是用靜載或動(dòng)載實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)成果和加固設(shè)計(jì)的盤(pán)算成果進(jìn)行對(duì)照，來(lái)判定橋梁加固成功和否。但對(duì)下部結(jié)構(gòu)而言，不方便進(jìn)行荷載實(shí)驗(yàn)，通過(guò)其頻率變更來(lái)定量評(píng)估橋墩的加固效果。
橋梁的加固維修技巧是最近興起的一門(mén)新技巧，為了領(lǐng)導(dǎo)橋梁加固技巧的利用，需提出一整套完整的實(shí)用性公路橋梁檢測(cè)、評(píng)定和加固成套的技巧規(guī)范，為我國(guó)公路危舊橋的改革供給技巧支撐，確保危舊橋的改革工作科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)平安，使得橋梁加固做到“有法可依”。
