淺析道路橋梁結(jié)構(gòu)病害與加固方法
2015-07-09
1 橋梁病害及分析
1.1 病害衡量標準
定性地衡量改建前、后橋梁剛度及承載能力提高程度，目前常用“剛度提高度”和“承載能力提高度”兩個指標。兩者反映的是全橋狀況，前者指全橋剛度提高了的倍數(shù)，后者指全橋承載能力提高了的倍數(shù)。
1.2 常見病害
1.2.1 梁、板等部位構(gòu)造和受力裂縫
梁體主要受力區(qū)在荷載作用下，截面應(yīng)變符合截面假定，截面應(yīng)力較小，梁體在荷載作用下沒有開裂或原有裂縫穩(wěn)定，沒有新的擴展，結(jié)構(gòu)的使用狀態(tài)沒有問題，這種裂縫為構(gòu)造裂縫；梁體由于被撞而造成鋼筋或預(yù)應(yīng)力鋼絲斷裂，使梁體現(xiàn)有配筋與原設(shè)計相比減少，結(jié)構(gòu)的極限強度降低而產(chǎn)生的裂縫為受力裂縫。構(gòu)造裂縫的成因，主要是環(huán)境溫差、施工養(yǎng)護不當?shù)纫蛩亍Ｊ芰α芽p則是由于結(jié)構(gòu)剛度不夠、承載能力不足引起，這種裂縫對結(jié)構(gòu)安全影響大，須謹慎對待。
1.2.2 梁體、墩臺等局部破損，漏筋
梁體主要受拉區(qū)在荷載作用下開裂或原有裂縫有擴展，鋼筋應(yīng)力較大，結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)出現(xiàn)問題；但梁體本身受壓區(qū)未破損，受拉筋未損失，結(jié)構(gòu)的極限強度并未減少。這類病害主要是施工質(zhì)量問題造成的，另外，橋梁年代久遠、結(jié)構(gòu)性能退化也是病害原因。
1.2.3 橋面變形及破碎
橋面縱向變形多呈波浪形，高差尚不很大。但橋面破碎現(xiàn)象甚為嚴重，在墩頂附近伸縮縫處裂縫尤其發(fā)達，以致破碎露筋。
1.2.4 橋面及伸縮縫
橋面呈波浪狀，橋面鋪裝層裂縫及破碎現(xiàn)象甚為嚴重，在墩頂處及伸縮縫處裂縫尤其發(fā)達，以致破碎脫落。此類破壞是由車輛沖擊荷載反復(fù)作用而產(chǎn)生。伸縮縫病害包括：伸縮縫本身的破壞損傷、錨固件損壞、接頭周圍部位后鋪料的剝落、凹凸不平等，這些病害也成為伸縮縫處漏水的原因，從而加速支座和結(jié)構(gòu)本身的惡化。造成伸縮縫損壞的原因有：設(shè)計考慮不周、施工質(zhì)量差、養(yǎng)護不及時等。伸縮縫損壞后影響到路面，造成行車不平順，增加不安全因
素；如伸縮縫頂死，將使主梁損壞乃至報廢；伸縮縫膠條破壞還會造成雨水下滲， 使支座及附近主梁部位產(chǎn)生鋼筋銹蝕、混凝土剝落等一系列病害。
2 橋梁加固設(shè)計思路
一般來說，橋梁的加固包括現(xiàn)有橋梁的改造及病害的修復(fù)。加固設(shè)計是以實測數(shù)據(jù)為依據(jù)，以現(xiàn)行規(guī)范為標準，對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進行補強設(shè)計，使現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在補強后能滿足原設(shè)計要求或滿足規(guī)范和正常安全運營的要求。橋梁加固與橋梁的設(shè)計一樣，除了應(yīng)滿足設(shè)計規(guī)范，符合技術(shù)可行、經(jīng)濟合理、結(jié)構(gòu)安全的原則外，還必須經(jīng)過一定的程序和步驟：
2.1 橋梁結(jié)構(gòu)經(jīng)評估不能滿足結(jié)構(gòu)安全或正常使用要求時，必須進行加固；
2.2 建立既有橋梁維修、加固、重建的經(jīng)濟分析模型，選擇技術(shù)可行、經(jīng)濟合理、對現(xiàn)有交通干擾較小的方案實施；
2.3 根據(jù)評估及經(jīng)濟分析，得出現(xiàn)有橋梁可以通過加固、維修達到使用要求的結(jié)論后，再提出橋梁加固的設(shè)計方案；
2.4 加固設(shè)計及施工盡量不損壞原結(jié)構(gòu)，并保留具有利用價值的構(gòu)件，避免不必要的拆除或更換；
2.5 加固施工中，應(yīng)采取安全監(jiān)測措施，確保人員及結(jié)構(gòu)安全。
3 橋梁加固方法分析
加固，簡單來說，就是通過一定的措施使構(gòu)件乃至整個結(jié)構(gòu)的承載能力及其使用性能得到提高，以滿足新的要求。這些措施有直接針對整個結(jié)構(gòu)的，如體外預(yù)應(yīng)力的應(yīng)力狀態(tài)，使其回到原設(shè)計狀態(tài)或者更適應(yīng)新的要求；有些措施是針對截面的，即通過提高截面某一方面的承載力強度（如抗剪強度），從而改善整個結(jié)構(gòu)的承載力水平。根據(jù)橋梁的加固原因、加固部位以及現(xiàn)有橋梁本身橋型方案的不同，采用不同的加固方法。
3.1 預(yù)應(yīng)力加固法
施加體外預(yù)應(yīng)力加固是指應(yīng)用預(yù)應(yīng)力原理，以梁身為錨固體，通過張拉，對梁的受拉區(qū)施加壓力，以抵消部分自重應(yīng)力，減少在活載應(yīng)力下的應(yīng)力增量（對梁起卸載作用），從而減少和避免梁上出現(xiàn)裂縫，提高其耐久性，可作為重車通行的臨時加固手段，也可作為永久性提高橋梁荷載等級的措施。該方法具有操作簡單、對原結(jié)構(gòu)損傷小、不影響交通、節(jié)省投資的優(yōu)點，能顯著提高結(jié)構(gòu)承載力和抗裂度，有效改善結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)。體外預(yù)應(yīng)力加固法的缺點在于預(yù)應(yīng)力筋暴露于體外，防銹蝕、防水性差，與梁體的連接點少，要給以切實有效的防護措施，防止預(yù)應(yīng)力筋銹蝕和因碰撞而斷裂。車輛通過時，這些體外拉桿是上部結(jié)構(gòu)的組成部分并與原有梁體共同受力形成超靜定體系，各拉桿的張拉力將自動增加，進一步起到加強作用。與通常的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)相比，預(yù)應(yīng)力筋與原結(jié)構(gòu)只在錨固點與梁連接，類似于無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。這種方法在自重增加很小的情況下可大幅度改善和調(diào)整原結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，提高結(jié)構(gòu)剛度、抗裂性。該方法既適用于通行重車時的臨時加固，也可作為提高橋梁承載力的永久加固措施。
3.2 橋面鋪裝層加固法
首先用切割機將修復(fù)的橋面鋪裝層與暫不修復(fù)的部分切割開來，以免鑿除修復(fù)部分時殃及鄰里。切割時，應(yīng)注意切割的深度，避免切斷鋪裝層鋼筋，使修復(fù)段與未修復(fù)段鋼筋無法連接，形成新的施工縫，從而影響橋面鋪裝層的整體性。因此，切割的深度應(yīng)以切割到鋼筋為準，下面的部分采用鑿除的方式。鑿除后的橋面表面處理，直接影響著后期橋面鋪裝層的施工質(zhì)量及使用壽命。舊混凝土表面粗面時，可采用人工在表面用鑿刀進行輕擊的方式進行，同時要掌握好力度。對鑿除鋪裝層后的橋面進行檢查，缺陷處用聚合物水泥砂漿或聚合物細石混凝土進行修補。鑿除橋面鋪裝層過程中，常留下粉塵、碎水泥混凝土塊及油跡污跡等，必須通過清冼進行徹底的清除。最后用高壓空氣或高壓水槍進行完全清潔。作業(yè)時應(yīng)進行地毯式地檢查并清除一切可能存在的污垢，對邊角的清理要充分重視，使橋面新鮮、潔凈。 3.3 橋面植筋加固法
服役中的舊橋，很大一部分是鋼筋混凝土橋面，有些雖經(jīng)長期運營可損壞不是很多，基本完好，但面對交通量的增長開始出現(xiàn)不堪重負的傾向，對這些舊橋面如完全鑿除換鋪新橋面，一來費工費時；二來并不經(jīng)濟。對此，可采用植筋技術(shù)，在舊橋面上加一層新橋面，這樣不僅充分利用了舊橋面，而且縮短施工時間，經(jīng)濟效益也很顯著。采用植筋技術(shù)，對舊橋面的處理比較簡單，可以進行高壓水噴、噴沙、鑿毛等簡易處理，然后平行舊橋面鋼筋，按計算深度鉆孔（同原鋼筋的間距并滿足鉆孔操作要求），將鋼筋植入孔內(nèi)，再采用同級別的砂漿填孔，并澆筑新的橋面層。
橋面加固中，新舊橋面的連接是個薄弱環(huán)節(jié)，尤其是界面的抗剪強度。采用植筋技術(shù)以后，界面的抗剪強度大大提高，植入的鋼筋對舊橋面也起到一定的加強作用。但該方法計算比較復(fù)雜，不僅要計算新橋面層的厚度，還要計算剪力植筋的埋深。另外，植筋點的選擇也是一個問題，既要避開原鋼筋，還要保持一定的鋼筋間距。另外，植筋后要往孔內(nèi)注入砂漿，砂漿的膨脹和收縮也是一個需認真考慮的問題。
3.4 裂縫-塞縫灌漿法
3.4.1 特點
裂縫在橋梁病害中較為普遍，產(chǎn)生裂縫的原因很多，也很復(fù)雜。結(jié)構(gòu)物一旦出現(xiàn)裂縫，其受力截面發(fā)生應(yīng)力重分布，也就意味著受力有效截面變小，結(jié)構(gòu)應(yīng)力增大，承載能力降低。塞縫灌漿是用膠結(jié)材料把結(jié)構(gòu)的裂縫填滿，使力的作用、傳遞盡可能恢復(fù)到原狀態(tài)。塞縫灌漿一般用于處理橋梁上、下部結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)物，因鋼筋混凝土構(gòu)件產(chǎn)生的裂縫較小，易灌滿，黏結(jié)性好；環(huán)氧樹脂砂漿多用于橋面裂縫。該方法可以充分提高橋梁的承載力，但是環(huán)氧樹脂砂漿的配制、使用復(fù)雜，造價較高。
3.4.2 施工流程
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。鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)裂縫加固施工流程如下：
?。?）根據(jù)裂縫數(shù)量、長度及寬度，進行化學(xué)壓漿配量、埋嘴、灌漿等方面的計算和安排。
?。?）在裂縫交叉處鉆孔，鉆孔后用高壓空氣將孔眼吹干凈，然后沿裂縫自上而下將兩邊的灰塵、浮漿用小錘、毛刷依次進行處理，將構(gòu)件表面整平，鑿除突出部分，然后用丙酮擦洗，清除裂縫周圍的油圬。
?。?）用砂紙除去壓漿嘴底盤的鐵銹，并用丙酮清洗干凈，用502 膠將底盤與孔眼對準粘貼在裂縫上，然后用環(huán)氧樹脂膠泥沿裂縫走向進行封閉。
?。?）環(huán)氧封閉帶固化后，進行氣密性檢查，檢查封閉帶是否封嚴。在封閉帶上及灌漿嘴周圍涂上肥皂水，通氣后如發(fā)現(xiàn)封閉帶上有泡沫出現(xiàn)，說明該部位漏氣，對漏氣部位可再次封閉。密封檢查完畢，根據(jù)裂縫長度、寬度、部位及現(xiàn)場施工溫度，配制環(huán)氧樹脂壓漿液，即配即用。
?。?）將配制好的環(huán)氧樹脂膠漿（配比見表1）倒入壓漿罐內(nèi)，蓋上蓋子擰緊，待空壓機壓力在0.1～0.2 MPa時，打開出漿開關(guān)，并注意觀察壓漿管里漿液的流動情況，如果進漿不順暢，可把壓力適當提高。
壓力灌漿的順序為：頂板及底板裂縫可由左向右、由低端逐漸壓到高端；對于豎向裂縫可由下向上逐漸灌注，從一端開始壓漿，當另一端壓漿嘴排出裂縫內(nèi)的氣體后噴出的漿液與壓入的漿液相同時，停止壓漿，持壓下封堵壓漿嘴。
?。?）對已灌漿的裂縫，待漿液固化后將壓漿嘴一一拆除，并將粘貼壓漿嘴處用環(huán)氧膠泥（配比見表2）抹平，盡量使其顏色與原混凝土結(jié)構(gòu)表面保持一致。
4 結(jié)語
總之，近幾年多次出現(xiàn)了橋梁跨塌等事故，給人民的生命財產(chǎn)造成了巨大的損失。為保證舊橋安全使用，又不必投入較大的重建資金，首先應(yīng)盡早及時發(fā)現(xiàn)病害，進行系統(tǒng)的病害調(diào)查與檢測，弄清病害發(fā)生的原因，然后在此基礎(chǔ)上，提出方案并進行比較，最后選擇一種切實可行的加固方案，達到既延長橋梁使用壽命，又降低其養(yǎng)護費用的目的。
