淺談橋梁加固與維修技術(shù)
2015-06-09
0 引言
橋梁是我國道路交通的重要組成部分，現(xiàn)有橋梁有很大一部分都是上世紀(jì)修建的鋼筋混凝土橋[1]。橋梁鋼筋混凝土材料雖然在強(qiáng)度上能很好的滿足要求，但是耐凍耐腐蝕性都不是令人滿意。橋梁使用的材料本身存在構(gòu)件老化、強(qiáng)度降低的問題。除此之外，由于我國交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展和交通運(yùn)輸設(shè)備的大型化，橋梁所承受的載荷日益增大，尤其是大量超載車輛更是加劇了橋梁的破損。這些問題的出現(xiàn)對(duì)于交通運(yùn)輸安全和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要，如何在有限的資金條件下，維修、加固好舊橋、病橋是一個(gè)重要的課題
目前，我國舊橋的數(shù)量多，在保證安全的前提下，對(duì)其進(jìn)行維修加固，有利于減少投入，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著汽車保有量的增加，車流量增大，在原有道路升級(jí)改造后，原有橋梁的通過能力限制了總體的通過能力，需要對(duì)舊橋進(jìn)行加寬處理，可以減少投資和交通封閉時(shí)間。橋梁修復(fù)可以延長使用年限，提高承載能力，保證通車安全，因此研究橋梁加固與修復(fù)技術(shù)有重要意義。
1 常見的橋梁問題
各種橋梁病害隨著運(yùn)營時(shí)間會(huì)逐漸顯現(xiàn)，但是在橋梁運(yùn)營初期很多內(nèi)部的病害并不能直接顯現(xiàn)，難以早期發(fā)現(xiàn)。無損檢測(cè)作為早期評(píng)定橋梁運(yùn)營狀態(tài)的一種技術(shù)手段，可以檢測(cè)混凝土內(nèi)部裂隙和鋼筋的狀態(tài)，此時(shí)期的修補(bǔ)以簡單修補(bǔ)為主要手段。各種嚴(yán)重問題也會(huì)隨之出現(xiàn)，主要有以下幾種：表面缺陷，內(nèi)部缺陷，結(jié)構(gòu)裂縫，橋梁構(gòu)件及附屬設(shè)施出現(xiàn)損傷。
2橋梁常見的加固維修方法
橋梁的加固維修需要根據(jù)不同的損害方式和損害程度，制定專門的加固維修方案，因?yàn)樵u(píng)定橋梁損害程度和具體實(shí)施的限制，橋梁加固維修難度往往大于新橋建設(shè)難度。加固維修方法有以下類型：表面缺陷與斷裂修補(bǔ)、增大截面加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼碳纖維復(fù)合材料加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法、改變結(jié)構(gòu)體系加固法、橋面系補(bǔ)強(qiáng)和減載法等加固維修方法[2]。
2.1表面缺陷和斷裂修補(bǔ)
此類缺陷一般不會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成直接的影響，但是影響橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，對(duì)表面缺陷的修復(fù)可以在一定程度上減少外界因素對(duì)橋梁耐久性的影響，起到延長橋梁結(jié)構(gòu)壽命的作用。一般來說，對(duì)裂縫的修補(bǔ)是為了對(duì)裂縫進(jìn)行封閉，避免外界的空氣、水等介質(zhì)進(jìn)入構(gòu)件內(nèi)部，造成構(gòu)件強(qiáng)度的弱化和鋼筋的銹蝕。此類修補(bǔ)不能增加橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力，對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)性開裂需要采取其他措施進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。瀏陽河北大橋預(yù)應(yīng)力箱梁內(nèi)頂澆灌早期出現(xiàn)細(xì)微裂縫，半年內(nèi)基本趨于穩(wěn)定[3]。
2.2增大截面法加固法
增大界面法是在原來的基礎(chǔ)上，增加構(gòu)件受力面積，將原來受力構(gòu)件進(jìn)行擴(kuò)大，從而提高橋梁構(gòu)件的承載能力。增大界面加固法常見的形式有：加厚橋面板法，增大受拉區(qū)梁截面法，增大受壓構(gòu)件截面法三種。此方法技術(shù)成熟，工藝簡單，費(fèi)用低，但是養(yǎng)護(hù)工作量大。例如，廣州番禺區(qū)蕉門大橋?yàn)楹喼Я簶?，主橋梁下沿產(chǎn)生較多裂縫，采用的就是該方法。加固后跨中截面抗彎承載力由原來的1676KN·m提高到2363KN·m，斜截面抗剪承載力從623KN提高到1035KN[4]。
2.3粘貼鋼板加固法
粘貼鋼板加固法將高強(qiáng)鋼板粘貼到構(gòu)件受力部位，是鋼板和構(gòu)件均勻的共同受力，以此提高構(gòu)件整體的承載力，限制混凝土變形，適合軸向受力的橋梁構(gòu)件。北京國貿(mào)橋由于周邊樓宇開發(fā)反復(fù)疏降水，導(dǎo)致異形板產(chǎn)生變形，采用1.5m和0.5m寬的條形鋼板對(duì)異形板周圍裂縫進(jìn)行加固維修[5]。在白鶴電廠重型設(shè)備途徑的橋涵中，采用粘貼鋼板加固的15座石橋安然無恙，也證明了粘貼鋼板法的安全經(jīng)濟(jì)[6]。
2.4粘貼碳纖維復(fù)合材料加固法
碳纖維材料具有較高的強(qiáng)度和耐久性，其抗拉強(qiáng)度是同截面剛才的68倍，重量輕、強(qiáng)度高，同時(shí)可以用環(huán)氧樹脂粘貼，易施工的特點(diǎn)。常應(yīng)用于板橋的抗彎加固，除此之外還適用于橋梁的地震破壞修復(fù)。如325國道佛山大瀝段某橋就采用了碳纖維粘貼加固方法，從修復(fù)結(jié)果來看，修復(fù)后撓度由原先的22mm減小為9mm，取得了良好的效果[7]。
2.5體外預(yù)應(yīng)力加固法
體外預(yù)應(yīng)力施加就是在原橋梁構(gòu)件外施加主動(dòng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，主要目的是調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布，以提高結(jié)構(gòu)承載力和抗裂性，可以在不中斷交通的情況進(jìn)行加固維修。如石咀橋的修復(fù)就是采用體外預(yù)應(yīng)力加固法，石咀橋?yàn)楹喼т摻罨炷翗?，其橋面下降，鋪裝破壞，主梁破損有裂縫，主梁跨中抗彎承載力減低16.2%，加固后承載能力評(píng)定結(jié)果滿足公路Ⅱ級(jí)荷載要求，取得了良好的效果[8]。
2.6改變結(jié)構(gòu)體系加固法
此法以增設(shè)附件或者調(diào)整自重的方式，改變橋梁受力狀況，減小承載結(jié)構(gòu)應(yīng)力。常用的手法有調(diào)整拱上自重，加入新的支承點(diǎn)縮短計(jì)算跨度，加水平系桿加固等方法。
2.7橋面系補(bǔ)強(qiáng)和減載法
橋面系存在著最普遍的病害現(xiàn)象，如橋面龜裂、積水較大裂縫，伸縮裝置松動(dòng)，混凝土面破損等。針對(duì)不同橋面形式，有兩種常見的維修方法：補(bǔ)強(qiáng)法就是在橋面加鋪一層鋼筋混凝土，使橋面均勻受力，防止局部破壞引起破壞擴(kuò)大；減載法是針對(duì)發(fā)生變形的大跨度橋梁，減小橋面厚度，以減小承載結(jié)構(gòu)的負(fù)荷，提高橋梁性能。例如某橋?yàn)橐粌艨缍葹?0m的空腹石拱橋，軸線嚴(yán)重變形，拱石開裂，橋面系破損嚴(yán)重，采用高壓注漿和套箍增強(qiáng)拱圈，拆除原橋面系，更換為自密實(shí)鋼筋混凝土，提高了橋面強(qiáng)度的同時(shí)也使得橋面恒載降低了34%[9]。
3 結(jié)語
在幾十年的摸索中，我國橋梁加固維修積累了一定經(jīng)驗(yàn)。橋梁的加固維修可以使用單一的方法也可以幾種方法組合使用，需要根據(jù)橋梁加固的原因和特點(diǎn)，制定詳細(xì)的技術(shù)方案，提高了橋梁的安全性能的同時(shí)又降低了建新橋成本。如碳纖維材料等新材料的應(yīng)用對(duì)橋梁加固維修技術(shù)起到了促進(jìn)作用，同時(shí)也降低橋梁加固維修成本和難度，在實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用。
