橋梁下部結(jié)構(gòu)加固研究
2016-07-05
眾所周知，橋梁進(jìn)行加固或修理是一項(xiàng)艱難的工程。下部結(jié)構(gòu)，尤其是基礎(chǔ)，一般情況下多半隱蔽在地面之下或河底之下，難以發(fā)覺(jué)其異狀情況，即或發(fā)現(xiàn)損傷，而要一邊臨時(shí)承托重型結(jié)構(gòu)物，一邊鑿削和補(bǔ)強(qiáng)，施工作業(yè)是極其困難的。橋梁加固的方法是多種多樣的，針對(duì)不同損壞的橋梁，希望能找到最簡(jiǎn)易、最行之有效的方法來(lái)進(jìn)行加固，以達(dá)到恢復(fù)或提高橋梁功能的目的。
一、下部結(jié)構(gòu)損壞的原因及表現(xiàn)情況
橋梁下部結(jié)構(gòu)的損壞主要由軟土地基的沉陷、位移、地震、洪水及船舶等的沖擊碰撞，建筑材料長(zhǎng)年累月之后的變化或損壞，長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)輸引起結(jié)構(gòu)變形等原因引起。一般有以下幾種情況:
1、修建在軟土地基上的橋臺(tái)，因地基土質(zhì)軟弱，連接橋梁的路堤填土過(guò)高使得橋臺(tái)產(chǎn)生過(guò)大的沉陷、位移或傾斜，嚴(yán)重的甚至發(fā)生下臥軟土層的剪切滑移，使橋臺(tái)連同路堤一起滑動(dòng)倒坍。
2、在砂礫河床上修建的墩臺(tái)，若基礎(chǔ)埋置太淺，發(fā)洪水時(shí)基礎(chǔ)底下的砂礫土被沖空，會(huì)使橋梁受到損壞。
3、由于地震時(shí)的特殊水平力作用和支座機(jī)能降低，或者基礎(chǔ)由于地殼的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生振動(dòng)和位移，從而使墩臺(tái)身發(fā)生豎直方向的龜裂或斷裂。
4、通航河流上，船只的碰撞，或發(fā)生洪水時(shí)漂浮物的碰撞，橋墩被碰傷甚至撞斷。
二、對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)的檢查方法
混凝土強(qiáng)度會(huì)隨著時(shí)間的推移產(chǎn)生變化。對(duì)混凝土強(qiáng)度的測(cè)定分為直接法和間接推定法。
比較大的下部結(jié)構(gòu)通常用直接法采取同期的試塊以確定強(qiáng)度:
1、敲擊法、撞擊法:可以采用釘錘或鋼球直接對(duì)混凝土表面進(jìn)行撞擊，根據(jù)其破壞的痕跡或凹痕，對(duì)混凝土質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，做出質(zhì)量判斷。
2、貫入法:采用射釘槍工具，直接對(duì)結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行射擊，在對(duì)照射擊標(biāo)定的深度來(lái)判斷結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。
3、鉆芯法:用鉆機(jī)或電鉆直接在混凝土結(jié)構(gòu)表面打孔取樣，經(jīng)試驗(yàn)就可確定材料的強(qiáng)度和質(zhì)量。
三、橋梁下部結(jié)構(gòu)的加固――以兩種方法為例
?。ㄒ唬┵N鋼法加固
首先，應(yīng)對(duì)橋梁存在的病害與產(chǎn)生缺陷的原因進(jìn)行分析，當(dāng)確定采用貼鋼法進(jìn)行加固后，根據(jù)病害與缺陷的所在部位，確定鋼板的規(guī)格和粘貼部位和形式，一般將鋼板粘貼在被加固的橋梁結(jié)構(gòu)受力部位的外邊緣，以便充分發(fā)揮粘貼的鋼板強(qiáng)度與作用，同時(shí)封閉粘貼部位的裂縫和缺陷，約束混凝土變形，從而有效地提高被加固構(gòu)件的剛度和抗裂性。設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)需要在不同的部位粘貼鋼板，有效地發(fā)揮粘鋼構(gòu)件的抗彎、抗剪、抗壓性能。
1、為了提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗彎能力，一般在構(gòu)件的受拉緣的表面粘貼鋼板，使鋼板與原結(jié)構(gòu)形成整體來(lái)受力，此時(shí)以鋼板與混凝土粘結(jié)處的混凝土局部抗剪切強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)。合理與安全的設(shè)計(jì)應(yīng)控制在鋼板發(fā)生屈服變形前，粘結(jié)處混凝土不出現(xiàn)剪切破壞。
2、當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)的主拉應(yīng)力區(qū)斜筋不足，為了加固和增加結(jié)構(gòu)的抗剪切強(qiáng)度時(shí)，可將鋼板粘貼在結(jié)構(gòu)的側(cè)面，并垂直于剪切裂縫的方向斜向粘貼(斜度一般為45°―60°)，以承受主拉應(yīng)力。
3、補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)時(shí)，鋼板可作為鋼筋的斷面來(lái)考慮，將鋼板換算成鋼筋，原有構(gòu)件承受恒載與活載，增加的鋼板承受原有構(gòu)件承受不了的那部分活載。
4、在構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，加固用的鋼板可按實(shí)際需要采用不同的形狀，但鋼板的厚度必須比計(jì)算出的厚度大些。用于抗彎能力補(bǔ)強(qiáng)的鋼板尺寸應(yīng)盡可能薄而寬、厚度一般為4-6mm，較薄的鋼板可有足夠的彈性來(lái)適應(yīng)構(gòu)件表面形狀。用于抗剪能力提高的鋼板厚度宜厚點(diǎn)，可依設(shè)計(jì)而定，一般采用10-15mm。
5、設(shè)計(jì)鋼板長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)將鋼板的兩端延伸到低應(yīng)力區(qū)，以減少鋼板錨固端的粘結(jié)應(yīng)力集中，防止粘結(jié)部位構(gòu)件出現(xiàn)裂縫或粘貼鋼板被拉脫現(xiàn)象的發(fā)生。
?。ǘ┱迟N高強(qiáng)復(fù)合纖維加固
粘貼高強(qiáng)復(fù)合纖維加固法是采用環(huán)氧樹脂膠(或其它建筑結(jié)構(gòu)膠)將高強(qiáng)符合纖維布(或板)直接粘結(jié)在被加固混凝土結(jié)構(gòu)薄弱部分，與被加固結(jié)構(gòu)形成整體，共同受力，以限制裂縫的發(fā)展，提高結(jié)構(gòu)的承載力。采用粘貼高強(qiáng)復(fù)合纖維法進(jìn)行受彎構(gòu)件正截面承載力和斜截面承載力加固補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，纖維布的布置方案與粘貼鋼板加固法相同。后粘貼的高強(qiáng)復(fù)合纖維可以限制裂縫的開展、提高梁的抗彎和抗剪承載力。
1、混凝土基面處理
對(duì)待加固的混凝土基面的劣化層(剝落、起皮、浮漿和風(fēng)化層)用砂輪機(jī)處理寬較大的裂縫應(yīng)注入環(huán)氧樹脂漿封堵。然后，用鐵刷或壓縮空氣清除松散浮渣和粉塵，再利用丙酮清洗。
2、涂刷底層膠
將配置好的底層膠攪拌均勻，用滾筒或刷子均勻地涂抹在混凝土表層，膠層不宜太厚，自然風(fēng)干硬化后，對(duì)表面有凸起部分，用磨光機(jī)或砂紙打平。待底層膠指觸干燥后，方可進(jìn)入下一步工序。
3、粘貼面的修補(bǔ)
若發(fā)現(xiàn)粘貼面上凹入部位，應(yīng)用找平膠進(jìn)行修補(bǔ)，保證粘貼面的平整。待找平膠干燥固化后，方可進(jìn)行下一步工序。
4、粘貼纖維布在待粘貼面上劃出各層粘貼位置，依據(jù)設(shè)計(jì)尺寸
截剪纖維布。纖維布一般不宜在主纖維方向搭接。若需要接長(zhǎng)時(shí)，搭接長(zhǎng)度不得小于150~。按設(shè)計(jì)位置由上至下、由左向右有序進(jìn)行，并以滾筒壓擠貼片，使纖維布與浸漬樹脂充分浸透。通常，橋梁加固往往以上部結(jié)構(gòu)加固為主，而忽視對(duì)下部結(jié)構(gòu)的再利用，而下部結(jié)構(gòu)再利用是技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的舉措。下部結(jié)構(gòu)的檢測(cè)與加固隨著檢測(cè)與加固技術(shù)的變革，會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景，并帶來(lái)更大的資源節(jié)約，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。
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