關(guān)于橋梁加固的探討
2016-08-22
1 我國(guó)公路橋梁的現(xiàn)狀
橋梁是公路建設(shè)中的重要結(jié)構(gòu)物，肩負(fù)著跨越海峽、江河、溝谷的連接功能，以及上跨公路、鐵路的連接通道，同時(shí)擔(dān)負(fù)著城市立交和高架橋的使命，是保證全線通車的咽喉。近20年來公路建設(shè)得到大力的發(fā)展，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)建設(shè)好的橋梁已超過了60萬座，躋身于世界橋梁大國(guó)行列。由于以前橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，在自然環(huán)境影響下，超期、超載服務(wù)，大部分橋梁處于帶“病”使用。根據(jù)20世紀(jì)90年代末的統(tǒng)計(jì)，中國(guó)只有40%的橋梁使用年限在25年以上，如今也不會(huì)樂觀，而橋梁的設(shè)計(jì)使用年限為100年。橋梁的修建跟當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等因素相關(guān)，我國(guó)20世紀(jì)60～70年代修建的雙曲拱橋，因其耗鋼材少，預(yù)制裝配成橋，造價(jià)低，施工方便；但是接縫太多，形成薄弱環(huán)節(jié)，鋼材投資又嚴(yán)重不足，如今正常使用的太少。近30年來大量修建的鋼筋混凝土箱型拱橋，橋道系病害較多。近20年來修建的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，普遍出現(xiàn)收縮徐變完成后，跨中仍然持續(xù)下?lián)?，腹板、底板、頂板開裂。還有現(xiàn)代化城市發(fā)展的城市立交橋，高架橋，排水不暢，橋面損壞，車輛日益增多，負(fù)荷加重，病害發(fā)展加快。總之許多橋梁都存在不同程度的病害，正需要加固維修。
2 病害情況和原因分析
2.1 病害情況
由于橋梁的類型多樣，所處的地理位置、自然環(huán)境差異性較大，承受的使用發(fā)展變化性更大，故橋梁的病害較復(fù)雜多樣。主要有橋面排水失效，橋面鋪裝、欄桿破損、殘缺，伸縮縫老化、損壞失效，支座老化、變形、開裂失效，橋梁結(jié)構(gòu)開裂、破損，鋼材透蝕，橋梁下?lián)?，橋梁?qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性滿足不了使用安全的要求。
2.2 原因分析
?。?）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)原因。設(shè)計(jì)時(shí)沒有充分考慮到橋梁“最不利”狀態(tài)的情況，沒有計(jì)入一切可能出現(xiàn)的不利因素，使設(shè)計(jì)存在缺陷或不當(dāng)，設(shè)計(jì)的可靠性不能全面滿足各種使用狀態(tài)。
?。?）施工原因。施工單位為了追求最大化的利益，沒有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求組織施工，沒有細(xì)化施工工藝，沒有按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求控制施工全過程的質(zhì)量；施工管理人員和技術(shù)人員的知識(shí)水平和責(zé)任心不夠強(qiáng)。（3）材料原因?；炷猎趶?qiáng)度發(fā)展過程會(huì)不斷的產(chǎn)生收縮徐變，特別施工周期較短的混凝土結(jié)構(gòu)，施工結(jié)束后收縮徐變較大。（4）車輛超載。車輛超載超限嚴(yán)重，且數(shù)量發(fā)展較快，特別重載車高速?zèng)_擊，加速了病害的發(fā)展。（5）養(yǎng)護(hù)不到位。養(yǎng)護(hù)意識(shí)不夠強(qiáng)，日常檢查、維護(hù)不到位，使病害發(fā)展加快。
3 橋梁加固的必要性
根據(jù)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展要求，橋梁設(shè)計(jì)載重標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了從汽-10、汽-13、汽-15、汽-20、發(fā)展到如今的汽-超20標(biāo)準(zhǔn)，其中載重標(biāo)準(zhǔn)在汽-20以下的橋梁占多數(shù)；驗(yàn)算荷載也經(jīng)歷了拖-30、拖-60、拖-80及掛-100、掛-120的發(fā)展過程，這樣許多橋梁的原設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)過低?，F(xiàn)在交通量日益增加，車輛超限超載現(xiàn)象泛濫，相應(yīng)的公路橋梁的負(fù)荷不斷加重，一大批橋梁出現(xiàn)不同程度的病害，如變形、破損、開裂、結(jié)構(gòu)老化等，因此造成橋梁的荷載能力明顯下降，有相當(dāng)一部分成為危橋，安全狀況值得高度重視。
橋梁建在自然環(huán)境中，既受自然環(huán)境影響，又受使用環(huán)境影響，若把有病害的危橋都將其拆除重建，不僅要耗費(fèi)大量資金，而且工期也較長(zhǎng)，同時(shí)阻斷交通，增加運(yùn)輸困難，造成大量的經(jīng)濟(jì)損失；若有計(jì)劃、有步驟的對(duì)現(xiàn)有橋梁進(jìn)行加固改造，橋梁加固后，可以提高承載力，延長(zhǎng)了橋梁的使用壽命，用少量的資金投入，使橋梁能滿足交通量的需求，還可以緩和橋梁投資的集中性，為國(guó)家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。所以加固橋梁是增加橋梁的穩(wěn)固性能，提高橋梁的承載能力，避開橋梁的薄弱段產(chǎn)生坍塌事故，是減少交通事故和經(jīng)濟(jì)損失的必要途徑，也是可行有效的方法。
4 橋梁加固原理和原則
4.1 橋梁加固原理
?。?）現(xiàn)場(chǎng)收集的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，相關(guān)參數(shù)選擇合理，評(píng)定方法科學(xué)有效，確定病害級(jí)別，加固可行。（2）加固方案可靠，便于施工控制質(zhì)量，滿足恒載要求。（3）加固后產(chǎn)生的二次應(yīng)變?cè)谟行Х秶遗c原橋結(jié)構(gòu)能共同工作，變化、變形基本同步。
4.2 橋梁加固原則
?。?）恒載應(yīng)力原則。橋梁在運(yùn)營(yíng)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，橋梁本身在恒載作用下其承載能力不能滿足要求；另外，橋梁加固后，由于加固層增加了原橋的負(fù)擔(dān)，還應(yīng)驗(yàn)算橋梁在本身恒載與加固層恒載作用下結(jié)構(gòu)應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度要求。（2）組合應(yīng)力原則。在各種最不利荷載組合作用下，原橋結(jié)構(gòu)應(yīng)力必須滿足強(qiáng)度要求，橋梁加固的精髓在于新、老結(jié)構(gòu)層能夠協(xié)調(diào)變形，，共同承擔(dān)活載作用。（3）極限承載力原則。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，也是體現(xiàn)提高橋梁承載力幅度，加固效果是否顯著的原則。
（4）方便檢查原則。橋梁加固在滿足以上三條原則的情況下，盡量留出方便加固后對(duì)原結(jié)構(gòu)層的檢查點(diǎn)或檢查面，以便經(jīng)常觀察加固效果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)新增病害，快速判斷并采取處理措施，避免垮塌事故。
5 加固效果評(píng)估
因橋型多樣，建設(shè)時(shí)的年代和條件不同，橋梁產(chǎn)生的病害也不同，導(dǎo)致選擇的加固方案各異。加固效果主要跟加固設(shè)計(jì)方案的針對(duì)性、深度以及施工單位在施工過程中的質(zhì)量控制情況相關(guān)。加固施工完成后，按照設(shè)計(jì)要求和技術(shù)規(guī)范進(jìn)行靜、動(dòng)載試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)比較，然后評(píng)估加固效果。主要指標(biāo)就是承載力、安全性、耐久性的提高。
6 經(jīng)濟(jì)效益分析
?。?）一般橋梁加固的費(fèi)用約為初建時(shí)的10%～30%，橋梁經(jīng)過加固后安全儲(chǔ)備提高，使用壽命得到延長(zhǎng)，節(jié)約了拆除重建的大筆資金。（2）避免了舊橋拆除重建時(shí)阻斷交通，增加了運(yùn)營(yíng)困難和帶來的經(jīng)濟(jì)損失。
7 結(jié)語和展望
?。?）橋梁初建設(shè)計(jì)時(shí)，要堅(jiān)持全壽命成本最低的橋梁設(shè)計(jì)原則，同時(shí)注重安全、耐久、經(jīng)濟(jì)、美觀、環(huán)保，要不斷更新設(shè)計(jì)理念，提高橋梁設(shè)計(jì)的可靠性，延長(zhǎng)或減少橋梁的加固周期。（2）加固設(shè)計(jì)要綜合考慮，加固方案既能保證施工質(zhì)量的控制，又方便加固后的日常檢查。（3）提高工程技術(shù)人員的知識(shí)水平和責(zé)任感，堅(jiān)持精細(xì)化施工，過程可控，保證施工質(zhì)量的可控性和可靠性。（4）注重運(yùn)營(yíng)橋梁的檢查和養(yǎng)護(hù)，加大投入，避免橋梁垮塌事故。（5）對(duì)中、小跨徑梁板橋承載力的提高，多采用主動(dòng)加固方案，如預(yù)應(yīng)力鋼絲加固。（6）增加加固后的監(jiān)控觀測(cè)費(fèi)用，可以發(fā)現(xiàn)加固后的效果和還存在的缺陷問題，研究改進(jìn)加固方法，發(fā)展更好的材料，探索更有效的工藝技術(shù)，如纖維復(fù)合材料的預(yù)應(yīng)力施工；使橋梁加固的適用性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、耐久性更大提高。
