公路橋梁加固技術淺析
2015-04-14
0 引言
隨著國民經濟的發(fā)展，作為快捷運輸?shù)墓?，也日新月異地發(fā)生著變化。作為連接道路的橋梁，起著至關重要的作用。公路橋梁是公路的咽喉，更是跨江河、山谷及線路(公路、鐵路、水渠)等礙的重要結構物，近十年來我國橋梁建設進入了最輝煌時期，建成了一大批構新穎、技術復雜、現(xiàn)代化品位的橋梁，設計和施工水平己躋身于國際先進平。公路橋梁造價昂貴，因此，人們在橋梁建設過程中，總是采取各種措施，千方百計確保工程質量。盡管如此，公路橋梁長期在自然環(huán)境（大氣腐蝕、溫度、濕度變化）和使用環(huán)境（荷載作用與頻率的增加、材料與結構的疲勞）的作用下，總會逐漸產生損壞現(xiàn)象，這是一個不可逆轉的過程。
現(xiàn)役橋梁中，建于20 世紀 80 年代以前的占有很大比例，經多年超負荷使用，致使橋梁存在嚴重的病害，降低了橋梁的現(xiàn)有承載力，因此在交通運輸中制約了車輛的順利流動。若全部重新建造這些橋梁，不僅需要大量的資金，建設周期長，并且在施工中交通不暢，造成嚴重的社會經濟損失。因此，維修和加固舊橋便成為一個亟待研究解決的問題。
1 橋梁加固原因
1.1設計荷載標準偏低，承載能力不足
舊橋梁原有的設計標準低，不能滿足經濟日益發(fā)展及車輛通行要求。公路橋梁的設計荷載已由汽車―6級、 汽車― 8級、 汽車―13級發(fā)展到汽車―15級、 汽車―20級及汽車―超 20級，并且仍有繼續(xù)增大的趨勢。隨著交通量的增加和荷載等級的提高，原有橋梁己經無法滿足現(xiàn)今交通的需要，絕大多數(shù)橋梁處于“帶病”工作狀態(tài)，急需進行加固改造，提高設計荷載標準，適應重載交通需要。
1.2通行能力不足
通行能力不足主要表現(xiàn)在橋面寬度不足；橋梁平面線形、縱斷面線形標準太低；橋上通車凈空或橋下通車凈空不足。公路網中半永久性橋梁臨時性橋梁為數(shù)不少，承載能力普遍偏低，抵抗自然災害能力差，急需進行改造。
1.3 超負荷使用
按路線等級或者預期設計荷載等級來說，這一部分設計荷載等級并不低， 但由于一些特殊的原因，橋梁使用荷載大大超出設計荷載，致使橋梁長期在超重荷載作用下運營。
1.4 人為及自然因素引起結構的損壞
比如超出設計的洪水、泥石流、冰凍、地震、強風、船舶撞擊，河道不恰當開挖等，引起橋梁結構的局部損壞。
1.5 設計、施工缺陷
有些橋梁設計上不是很合理，在早期的運營階段其缺陷并不明顯，運營一定時間后，病害逐漸顯現(xiàn)出來。由于受施工質量、施工技術、施工手段等方面的影響，使橋梁存在一定的技術缺陷，隨著運營時間的增加，其病害也逐漸在發(fā)展。
1.6 養(yǎng)護維修及加固措施不當
有些橋梁的技術缺陷是由于養(yǎng)護維修不恰當引起的。比如橋面維修增加過大的恒載，致使橋梁負擔加重；又如支座維修不當，約束了承重結構的變形等。有些橋梁則是加固不當引起的。比如加固施加的預應力大小或者位置不恰當，引起結構的二次病害；又如結構體系改變不合理，致使結構的關鍵部位應力超限等。
2 橋梁加固原則
2.1 經濟適用性原則
采用加固方案應考慮耗費少、功效快、不中斷交通、技術上可行、有較好耐久性等方面的要求。
2.2 整體性原則
無論采取哪種方法加固，都應特別注意新加部分與原有部分的結合，要采取相應的措施使其結合為一個整體，共同承受外部荷載作用。
2.3 安全美觀性原則
補強加固是通過加大或修復橋梁構件來提高局部或整座橋梁承載能力的措施。因此橋梁加固一般以不更改原結構形式為原則，在兼顧經濟性的前提下，只有在較復雜的情況下，才可考慮更改結構形式。
3 橋梁加固常用方法
橋梁加固，就是通過一定的措施使構件乃至整個結構的承載能力及其使用性能得到提高，以滿足新的要求。這些措施包括直接針對整個結構的，如體外預應力，改變了結構的應力狀態(tài)，使其回到原設計狀態(tài)或者更適應新的要求；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），從而改善整個結構的承載力水平。
3.1 上部結構加固
3.1.1體外預應力加固法
當梁式橋需要對橋梁主要受力結構進行加固時，可在梁體外部設置鋼筋或鋼絲束，并施加預應力，以改善橋梁的受力狀況，達到提高橋梁承載能力的目的。該方法主要適用情況有：當混凝土梁中預應力筋或普通鋼筋嚴重銹蝕及其他病害造成結構承載力下降；用于控制梁體裂縫及鋼筋疲勞應力幅度；適用于高應力狀態(tài)下的結構，尤其是大型結構的加固等情況。
3.1.2 增大截面和配筋加固法
增大截面加固法又稱外包混凝土加固法。它是增大構件截面和配筋，提高構件的強度、剛度、穩(wěn)定性和抗裂性，也可用來修補裂縫等。加固中應將新、舊鋼筋焊接，或用錨桿連接補強鋼筋和原構件。該方法廣泛用于梁橋及拱橋拱肋的加固。
3.1.3 改變結構受力體系的加固法
這種加固、改造方法是通過改變橋梁結構受力體系，達到提高橋梁的承載能力的目的。它的基本原理是以減少控制截面的內力為目的進行加固。改變結構體系加固常用的方法有：在簡支梁下增設支架或橋墩；把簡支梁和簡支梁加以連接，即簡支梁結構改變?yōu)檫B續(xù)梁結構；在梁下增設鋼桁架等加勁或疊合梁；在拱橋上增設鋼梁等。
3.1.4 粘貼復合材料加固法
粘貼復合材料加固法是用粘結劑將具有高強、輕質、耐腐蝕、耐疲勞的符合材料粘貼到橋梁需要加固的部位上，以提高橋梁承載力和剛度的一種加固方法。粘貼復合材料加固法具有以下的優(yōu)點：
(1) 復合材料有很高的抗腐蝕能力和對被加固結構的保護能力，提高了結構的耐久性。
(2) 復合材料強度高，外粘貼加固用量少。
(3) 復合材料質輕，幾乎不改變原有結構的外形和尺寸。
(4) 施工周期短，操作簡單。
(5) 加固時噪音小、灰塵少，對結構使用環(huán)境影響較小。
該方法已經被視為梁式橋加固補強、提高承載能力，尤其是當高度受限制時的首選加固方法。其中碳纖維布(片)加固方法是此類加固方法中工程使用最為廣泛的。
3.1.5 橋面補強層加固法
橋面補強層加固法是將橋面上原有的橋面經過處理后，重新澆筑鋼筋混凝土補強層，使其與原有橋跨結構形成組合結構。此方法既能修補已有裂縫、車轍、 臃包等損壞的橋面板，又能增加原先梁板的有效高度，增加梁板的抗彎能力，改善鉸結梁板的荷載橫向分布，提高橋梁的荷載能力。
3.2 橋梁墩臺與基礎加固
3.2.1擴大基礎加固法
橋梁基礎擴大底面積的加固，稱為擴大基礎加固法。此法適用于基礎承載力不足或埋深太淺，而墩臺又是磚石或混凝土剛性實體基礎時的情況。擴大基礎底面積應由地基強度驗算確定，當?shù)鼗鶑姸葷M足要求而缺乏僅僅表現(xiàn)為不均勻沉降變形過大時，采用擴大基礎底面積的加固，主要由地基變形計算來加以選定。擴大基礎加固法施工比較簡單，缺點是它必須使新老基礎連成一體共同承受上部荷載，故加固費用較高，而且加固效果也不易控制。
3.2.2 筋混凝土套箍或護套加固法
當橋梁墩臺由于基礎埋置深度不夠，或因施工質量控制不嚴等原因，導致墩臺開裂破損，可采用鋼筋混凝土圍帶或鋼箍進行加固。加固時一般在墩身上中下分設三道圍帶，其間距應大致相當于橋墩側面的寬度。
3.2.3 橋臺新建輔助擋土墻加固法
由于橋臺臺背水平土壓力過大，引起橋臺傾斜，應設法采取平衡橋臺后壁的土壓力處理，在臺背后面建一擋墻，以抵御過大的壓力。
4 結論
橋梁加固維修直接關系到道路的運營狀況，加固效率的高低直接關系到道路中斷運營時間的長短。為了適應公路交通運輸事業(yè)發(fā)展需求，保證橋梁結構安全 滿足使用功能，需要對大量的危舊橋梁進行改造或加固。隨著研究的不斷深入，舊的加固方法更加完善，同時新的加固技術不斷涌現(xiàn)，為橋梁加固方案的選擇者提供了更廣闊的空間。遵循橋梁加固、改造工作的共性，結合橋梁的特殊性，改善橋梁的服務性能和延長其使用壽命，使舊橋繼續(xù)發(fā)揮其固有的使用功能，以保證公路交通暢通無阻。
