淺談公路橋梁加固原因及措施
2015-06-23
現(xiàn)有公路橋梁中有一部分因修建年代久遠(yuǎn)、質(zhì)量低、病害嚴(yán)重的老橋，或因設(shè)計(jì)、施工以及使用上的種種原因存在不同損傷的橋梁，承載能力偏低，已不能維持正常使用，因而需采取限重、限速通行措施，甚至不得不關(guān)閉舊危橋梁進(jìn)行加固處理。所以采取有效的加固改造措施，恢復(fù)和提高這些橋梁的承載能力。
1 橋梁需要加固的原因
1.1舊橋梁原有的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，不能滿足發(fā)展了的車輛通行要求。
1.2由于設(shè)計(jì)及施工的缺陷以及各種不利作用(如碳化、氯離子侵入、酸侵蝕、堿集料反應(yīng)、凍融、鹽害等)使得橋梁結(jié)構(gòu)的混凝土及鋼筋腐蝕嚴(yán)重。
1.3橋梁的使用年限長，接近其使用壽命。我國在20世紀(jì)60～70年代修建的橋梁，大部分仍服役，由于年久失修、失養(yǎng)，已不適應(yīng)交通量日益增長的需要。
1.4外界不利荷載的影響使得橋梁結(jié)構(gòu)安全性下降。在我國，造成此種情況的最大原因是在路上行駛的貨車大多數(shù)超載、超限行駛，致使20％以上的橋梁出現(xiàn)安全隱患。
1.5新建橋梁由于勘察、設(shè)計(jì)及施工的問題而無法滿足使用要求以及新橋的使用功能發(fā)生改變，也是橋梁需要加固的重要原因。
2 常用的橋梁補(bǔ)強(qiáng)加固方法
2.1加大截面加固法。
該法是在原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上再澆筑一定厚度的鋼筋混凝土，這是對鋼筋混凝土橋加固的一種常用的改造技術(shù)。加大截面加固法一般采用2種方式：一種是加厚橋面板；另一種是加大主梁梁肋的高度和寬度。
2.2粘貼鋼板加固法。
該法是以樹脂粘接鋼板與混凝土的結(jié)構(gòu)加固法，其施工快速、現(xiàn)場無濕作業(yè)或僅有抹灰等少量濕作業(yè)，對生產(chǎn)和生活影響小，且加固后對原結(jié)構(gòu)外觀和原有凈空無顯著影響。但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平，適用于承受靜力作用且處于正常濕度環(huán)境中的受彎或受拉構(gòu)件的加固。
2.3粘貼碳纖維增強(qiáng)塑料加固法。
該法采用專門的樹脂將碳纖維粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)受拉表面，碳纖維與原結(jié)構(gòu)形成新的受力整體，碳纖維與鋼筋共同承受荷載，降低了鋼筋應(yīng)力，從而使結(jié)構(gòu)達(dá)到了加固和補(bǔ)強(qiáng)效果。2.4體外預(yù)應(yīng)力加固法。
該法是指對布置于承載結(jié)構(gòu)主體之外的鋼束張拉而產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力的后張法。體外預(yù)應(yīng)力體系由體外預(yù)應(yīng)力孔管、漿體、錨固體系和轉(zhuǎn)向塊等部件組成。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)能大大縮短施工工期，能降低被加固構(gòu)件的應(yīng)力水平，不僅使加固效果好，而且還能較大幅度地提高結(jié)構(gòu)整體承載力，但加固后對原結(jié)構(gòu)外觀有一定影響。適用于大跨度或重型結(jié)構(gòu)的加固以及處于高應(yīng)力、高應(yīng)變狀態(tài)下的混凝土構(gòu)件的加固。但在無防護(hù)的情況下，不能用于溫度在60℃以上環(huán)境中，也不宜用于混凝土收縮徐變大的結(jié)構(gòu)。
2.5噴混凝土加固法。
該法是在原有結(jié)構(gòu)上噴涂一層高品質(zhì)的混凝土，以恢復(fù)對鋼筋的保護(hù)，提高已剝離或變質(zhì)的混凝土強(qiáng)度，提供美觀表面的功能，是目前常用的維修加固方法。
2.6置換混凝土加固法。
該法的優(yōu)點(diǎn)與加大截面法相近，且加固后不影響建筑物的凈空，但同樣存在施工的濕作業(yè)時(shí)間長的缺點(diǎn)。適用于受壓區(qū)混凝土強(qiáng)度偏低或有嚴(yán)重缺陷的梁、柱等混凝土承重構(gòu)件的加固。
2.7有粘結(jié)外包型鋼加固法。
該法也稱濕式外包鋼加固法，特點(diǎn)是受力可靠、施工簡便、現(xiàn)場工作量較小，但用鋼量較大，且不宜在無防護(hù)的情況下用于60℃以上的高溫場所。適用于使用上不允許顯著增大原構(gòu)件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。
2.8錨栓錨固法。
該法適用于混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20～C60。的混凝土承重結(jié)構(gòu)的改造、加固，不適用于已嚴(yán)重風(fēng)化的上述結(jié)構(gòu)及輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。
2.9增加支承加固法。
該法簡單可靠，但易損害建筑物的原貌和使用功能，并可能減小使用空間。適用于具體條件許可的混凝土結(jié)構(gòu)加固。
2.10繞絲法。
該法的優(yōu)缺點(diǎn)與加大截面法相近。適用于混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件斜截面承載力不足的加固，或需對受壓構(gòu)件施加橫向約束力的場合。
3 橋梁加固方法選用原則
橋梁加固的方法如前所述有多種，對于具體的工程如何選用，應(yīng)依照以下的原則：
3.1采用加固方案之前，須先考慮耗費(fèi)少、功效快、不中斷交通、技術(shù)上可行、有較好耐久性等方面的要求。
3.2補(bǔ)強(qiáng)加固是通過加大或修復(fù)橋梁構(gòu)件來提高局部或整座橋梁承載能力的措施。因此橋梁加固工作一般以不更改原結(jié)構(gòu)形式為原則，在兼顧經(jīng)濟(jì)性的前提下，只有在較復(fù)雜的情況下，才可考慮更改結(jié)構(gòu)形式。如果采用補(bǔ)強(qiáng)加固的方式仍不能達(dá)到交通運(yùn)輸要求，則必須考慮進(jìn)行重建橋梁的部分或全部。
3.3選擇橋梁加固方式時(shí)，必須考慮舊橋現(xiàn)狀、承載能力減弱的程度以及日后交通量，最好參考已經(jīng)成功完成補(bǔ)強(qiáng)加固的橋梁的施工。
3.4采用擴(kuò)大或增加橋梁構(gòu)件斷面的方法進(jìn)行加固前，應(yīng)考慮增加部分與原有部件的結(jié)合效果。
4 橋梁安全評估及加固準(zhǔn)則
對橋梁進(jìn)行加固前，首先要對橋梁的劣化與受損情況進(jìn)行全面檢測，依據(jù)受損現(xiàn)狀進(jìn)行安全性評估，確定結(jié)構(gòu)物實(shí)際承載能力，判斷損傷是否對橋梁承載力和耐久性構(gòu)成威脅。承載力表示結(jié)構(gòu)承受設(shè)計(jì)荷載的能力，耐久性是指結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)壽命。
4.1橋梁安全評估
我國目前主要采用檢測與計(jì)算相結(jié)合的方法對橋梁安全的承載力進(jìn)行評定。用計(jì)算方法對橋梁安全的承載力進(jìn)行評定的過程如下：
(1)用實(shí)際尺寸計(jì)算截面的承載力；
(2)計(jì)算實(shí)際恒載，從截面承載力中減去實(shí)際恒載；
(3)按設(shè)計(jì)要求計(jì)算實(shí)際活載；
4.2 加固準(zhǔn)則
橋梁加固準(zhǔn)則的執(zhí)行和橋梁加固是一項(xiàng)嚴(yán)密的系統(tǒng)工程，其包括2大塊內(nèi)容：
一是原始基本數(shù)據(jù)的收集，包括原橋的構(gòu)造尺寸、材料盼實(shí)際強(qiáng)度、承重結(jié)構(gòu)破損率及實(shí)際斷面尺寸等一系列參數(shù)，原橋基本數(shù)據(jù)的收集正確與否直接影響整項(xiàng)加固工程；
二是加固3準(zhǔn)則的嚴(yán)格執(zhí)行，這3個(gè)加固準(zhǔn)則是“恒載應(yīng)力”準(zhǔn)則、“組合應(yīng)力”準(zhǔn)則、“極限承載力”準(zhǔn)則。下面以拱橋加固為例，對加固3準(zhǔn)則進(jìn)行說明。
(l)“恒載應(yīng)力”準(zhǔn)則。即橋梁在加固前或擬定截面加固后在恒載作用下其主拱圈應(yīng)力必須控制在限值范圍內(nèi)。橋梁在營運(yùn)過程中，隨著材料的老化、風(fēng)化，承載結(jié)構(gòu)裂縫的開展，截面尺寸的破損以及永久性變形的增大，往往橋梁本身在恒載作用下其承載力不能滿足要求。此時(shí)橋梁管理部門應(yīng)當(dāng)機(jī)立斷，判定橋梁為“危橋”，作重建處理。
(2)“組合應(yīng)力”準(zhǔn)則。在各種最不利荷載組合作用下，原主拱圈邊緣應(yīng)力必須滿足強(qiáng)度要求，橋梁加固的精髓在于新、老主拱圈能夠協(xié)調(diào)變形，共同承擔(dān)活載作用。一般而言，新增加的主拱圈層往往采用強(qiáng)度和彈性模量均較高的材料，而老主拱圈層由于已營運(yùn)多年，出現(xiàn)材料強(qiáng)度削減，整體受力性差的情況。因此，橋梁加固中控制應(yīng)力的是新、老復(fù)合主拱圈中的老主拱圈。
(3）“極限承載力”準(zhǔn)則。在最不利荷載組合作用下，橋梁加固后其強(qiáng)度和穩(wěn)定性均要滿足要求。“極限承載力”準(zhǔn)則是橋梁加固滿足前2準(zhǔn)則前提下，體現(xiàn)提高橋梁承載力幅度的準(zhǔn)則。橋梁加固效果是否顯著，以該準(zhǔn)則為依據(jù)。
