橋梁的加固與維修在工程中的應用
2015-05-27
近年來隨著我國工業(yè)化進程的加快，交通運輸事業(yè)的高速發(fā)展，交通運輸量大幅度增長，行車密度及車輛載重越來越大，尤其是特大型工業(yè)設備運輸、集裝箱運輸、礦山特種車輛及私自改裝重型車輛的運行，都給現(xiàn)有橋梁的安全使用造成威脅。原來按舊標準規(guī)定的荷載等級設計建造的橋梁，由于交通量的不斷增加，加之前述重型車輛的頻繁出現(xiàn)，更是造成這些橋梁雪上加霜?，F(xiàn)有道路上的橋梁由于營運使用多年，公路橋梁中相當一部分，特別是年代久遠的低等級載荷橋梁，已遠遠不能滿足使用上的要求。橋梁是公路上的咽喉, 一旦出現(xiàn)結構破壞,將直接造成整條路線的運輸堵塞或中斷,甚至威脅到過往人車的安全，為保證運輸暢通, 橋梁的維修與加固勢在必行。
1、目前我國現(xiàn)有橋梁的狀況
從技術資料分析，大多數(shù)橋梁是三不知：①不知基底地質；②不知基礎深度；③不知隱蔽部分的尺寸。從橋梁技術狀況分析，由于河床屢遭洪水沖刷，河床底部加深，橋梁墩臺基礎外露、沖空，產生不均勻沉降,導致橋臺、拱圈產生附加應力而出現(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，導致開裂、剝落等病害。按橋梁技術狀況來評定大多屬三類橋梁.
隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和重點工程的建設，目前公路橋梁所承受的負荷有3個特點：①交通量不斷增大；②重型車輛增加及超載現(xiàn)象嚴重；③超限運輸?shù)某霈F(xiàn)和增加。按現(xiàn)在橋梁和運輸狀況，橋梁的承載能力和通過的車輛荷載是公路與運輸?shù)拿苤?。舊橋加固，提高舊橋的承載能力，確保交通運輸?shù)捻樌麜惩ㄊ悄壳昂徒窈竺媾R的任務。
至目前，我國公路通車里程已達約175.8萬公里，高速公里路程達2.58萬公里，躍居世界第二，建成的永久性橋梁在29萬座以上，1982年以前建成的橋梁約13.6萬座，大部分是按1972年以前部頒標準建造。絕大部分已滿足不了當前使用上的要求，已經(jīng)成為三、四類橋梁。對于三、四類橋梁則必須進行維修加固。否則即是一半新建，其耗資也是巨大的；八十年代末期的美國估算，40%的病危橋梁重建，耗資亦需3000億美元，造成不可能實現(xiàn)的情況。因而，加強橋梁養(yǎng)護、維修及病危橋梁的加固，力求充分利用，延長其使用壽命，以滿足交通運輸發(fā)展的需要。依國內外所積累的經(jīng)驗表明，舊橋加固所需資金為同期新建橋梁的10～30%左右，所以說，適時合理地加固舊有橋梁，其經(jīng)濟效益是十分顯著的。
2、橋梁檢查的種類
橋梁檢查的種類分為經(jīng)常性檢查、定期檢查和特殊檢查三種。
經(jīng)常性檢查由路段檢查人或橋梁養(yǎng)護人員進行巡視檢查。目的是確保橋梁結構功能正常，使結構能得到及時的養(yǎng)護和緊急處治，對一些重大問題做出報告。該項檢查的特點是檢查人員有機會在各種天氣情況下對橋梁進行觀察。
定期檢查是對橋梁結構的質量狀況進行定期跟蹤的全面檢查。通常是依靠富有經(jīng)驗專職橋梁檢查工程師，以目視觀察為主，輔以必要的工具、常規(guī)測量儀器、照相機和其他器材等手段，實地判斷病害原因，做出質量狀況評分，并估計需要維修的范圍及方法，或提出限制交通的建議。對需要進一步查明原因或繼續(xù)觀察的缺損部件，提出特殊檢查或下次檢查的時間要求。
特殊檢查是因各種特殊原因由專家們依據(jù)一定的物理、化學無破損檢驗手段對橋梁進行的全面察看、測強和測缺，旨在找出損壞的明確原因、程度和范圍，分析損壞所造成的后果以及潛在缺陷可能給結構帶來的危險。通常在下列四種情況下需對橋梁進行特殊檢查：（1）有必要使用特殊設備或專門技術對定期檢查作補充時；（2）在進行復雜和昂貴的維修前，須查出定期檢查中未能發(fā)現(xiàn)的損壞情況時；（3）在發(fā)生特殊事件后，如地震、洪水災害、采空區(qū)塌陷、巖溶損害、撞擊事故和超重車輛過橋后；(4)需要使用特殊儀器需作特別詳細記錄的檢查，擬評定結構實際狀況時。特殊檢查一般由現(xiàn)場檢查和實驗室測試分析兩大部分組成。
3、橋梁的一般加固方法
3.1 塞縫灌漿
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，通過噴漿機按一定壓力灌入結構物縫隙內，起到填塞裂縫、避免鋼筋銹蝕并提高結構整體強度的作用。裂縫在橋梁病害中較為普遍，產生裂縫的原因很多，也很復雜。結構物一旦出現(xiàn)裂縫，其受力截面發(fā)生應力重分布，也就意味著受力有效截面變小，結構應力增大，承載能力降低。塞縫灌漿是用膠結材料把結構的裂縫填滿，使力的作用、傳遞盡可能恢復到原狀態(tài)。
塞縫灌漿一般用于處理橋梁上、下部結構裂縫，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，應視實際情況而定。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構物，因為鋼筋混凝土構件產生的裂縫較小，易灌滿，粘結性好；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0．6一1.0 m，縫小處孔距為0．4―0．6m。待勾縫砂漿達到一定強度后即可灌漿。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0．25一0．30m，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上部結構改建
在調查研究舊橋的基礎上，經(jīng)過技術、經(jīng)濟比較，采用充分利用原橋進行拼寬，利用橋臺將拱式結構改為板式結構的加固方法，使其滿足超限運輸要求。
(1) 拼寬原橋
對驗算不能滿足超限運輸要求的舊橋，經(jīng)技術經(jīng)濟比較后，按實際通過的超限運輸荷載設計拼寬橋梁，以確保超限運輸安全。
(2) 利用原橋臺改拱式結構為板式結構
對于小跨徑石拱橋，由于拱圈厚度不能滿足超限運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 舊橋下部結構加固
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，我們采用在橋跨內加鋼筋混凝土框架進行加固。
3.4舊橋基礎加固
橋梁基礎特別是天然地基上的淺基礎，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，導致橋臺基礎沖空，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行鋪砌，上游河床設置丁壩，打木樁擴大橋臺基礎等方法進行加固。
3.5橋面鋪裝層的加固
橋面鋪裝層開裂或剝離等病害，對于鋼筋混凝土梁板橋容易使鋼筋銹蝕，減弱橋梁的橫向整體性；對于石拱橋，由于橋面雨水下滲，加大了拱上填料的含水量，使拱圈出現(xiàn)滲水現(xiàn)象等；同時由于橋面鋪裝層的破損，引起橋面平整度差，車輛通行時，使橋梁產生震動，對橋梁產生不利影響，同時又加重了橋面鋪裝層的病害。根據(jù)橋梁的具體情況，采用不同的加固方法，對于使用年限長、破損嚴重的采用拆除、修復的加固方案。而對于病害較輕，使用年限短，且混凝土強度仍符合設計要求的則先處治病害，在不降低設計荷載標準的前提下可采用加鋪瀝青碎石層的方案。
4 、結語
隨著城鄉(xiāng)一體化建設和交通運輸事業(yè)的飛速發(fā)展，車輛載重量、車速和交通量已大為提高，在過去三、四十年所建造的低標準的、長期失養(yǎng)的農用、公路及城市橋梁能否繼續(xù)服役并安全運營，已成為公路和城市建設決策部門的一件大事。但是，有病害、甚至病害嚴重的危橋，如果有正確的檢查分析與診斷，以新技術、新材料給予加強、加固（配合必要的橋梁試驗驗證）一般是能夠繼續(xù)安全運營的，并且能使其原有載重等級得到提高。此項檢查、分析、加固的費用，一般只是新建橋梁費用的15%左右。而且在加固過程中，除少量重車短期繞行之外，勿須全部中斷交通，其經(jīng)濟效益和社會效益極其了然。筆者認為公路舊橋的加固比新建橋梁還難，因為舊橋的維修加固，沒有現(xiàn)成的規(guī)范，更沒有可供使用的標準圖，橋梁的病害又錯綜復雜，病害原因難以確定，因此，應充分重視公路舊橋的管理工作，加大資金投入，使其保持良好的工作狀態(tài)，確保公路運輸?shù)陌踩?br />
