橋梁維修與加固方法及應(yīng)用
2015-07-20
加固，簡(jiǎn)單來說，就是通過一定的措施使構(gòu)件乃至整個(gè)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。這些措施包括直接針對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的，如體外預(yù)應(yīng)力，改變了結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)，使其回到原設(shè)計(jì)狀態(tài)或者更適應(yīng)新的要求；有些措施是針對(duì)截面的，即通過提高截面某一方面的承載力強(qiáng)度（如抗剪強(qiáng)度），從而改善整個(gè)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，應(yīng)采用不同的加固方法。目前，橋梁上部結(jié)構(gòu)常用的加固方法有：體外預(yù)應(yīng)力加固法、體系轉(zhuǎn)換加固法、增加構(gòu)件加固法、粘貼鋼板加固法、碳纖維加固法、橋面層補(bǔ)強(qiáng)加固法等；橋梁下部結(jié)構(gòu)常用的加固方法有擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法、高壓旋噴注漿加固法等。
一、橋梁維修與加固總體概況
1、橋梁加固的步驟與基本原則橋梁的加固與橋梁的設(shè)計(jì)一樣，除了應(yīng)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范，符合技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)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，這就是所謂的加固概念設(shè)計(jì)。
1.1 橋梁結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)失效或損傷經(jīng)評(píng)估不能滿足結(jié)構(gòu)安全或正常使用要求時(shí)，必須進(jìn)行加固。加固設(shè)計(jì)的內(nèi)容及范圍，應(yīng)根據(jù)評(píng)估結(jié)論和委托方提出的要求確定，可以包括整體橋梁，也可以是指定的區(qū)段或特定的構(gòu)件；
1.2 建立既有橋梁維修、加固、重建的經(jīng)濟(jì)分析模型，通過分析比較，選擇技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、對(duì)現(xiàn)有交通干擾較小的方案實(shí)施，以保證改造后的橋梁能安全運(yùn)營(yíng)；
1.3 根據(jù)需要改造橋梁的評(píng)估結(jié)論及經(jīng)濟(jì)分析，當(dāng)?shù)弥F(xiàn)有橋梁可以通過加固、維修達(dá)到使用要求的結(jié)論后，再提出橋梁加固的設(shè)計(jì)方案；
1.4 對(duì)于大橋、特大橋，其主要承重構(gòu)件需要加固補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，加固設(shè)計(jì)方案應(yīng)≮2個(gè)，進(jìn)行方案比選和經(jīng)濟(jì)評(píng)估，選擇最佳加固方案；
1.5 加固設(shè)計(jì)及施工盡量不損壞原結(jié)構(gòu)，并保留具有利用價(jià)值的構(gòu)件，避免不必要的拆除或更換；加固設(shè)計(jì)應(yīng)與施工方法緊密結(jié)合，并采取有效措施，保證新老結(jié)構(gòu)連接可靠、協(xié)同工作；加固設(shè)計(jì)應(yīng)按結(jié)構(gòu)實(shí)際損壞情況進(jìn)行計(jì)算；
1.6 在加固施工中，應(yīng)盡可能減少對(duì)橋上和橋下的通行車輛及行人的干擾，采取必要的措施，減少對(duì)周圍環(huán)境的污染；在施工過程中，若發(fā)現(xiàn)原結(jié)構(gòu)或相關(guān)工程隱蔽部位的構(gòu)造有嚴(yán)重缺陷時(shí)，應(yīng)立即停止施工，會(huì)同加固方案設(shè)計(jì)者進(jìn)行研究，待采取有效措施處理后，方能繼續(xù)施工；加固施工中，應(yīng)采取安全監(jiān)測(cè)措施，確保人員及結(jié)構(gòu)安全。
橋梁加固的方法
2.1 橋梁上部結(jié)構(gòu)加固
2.1.1 體外預(yù)應(yīng)力加固法 體外預(yù)應(yīng)力法的加固原理是在梁的下緣受拉區(qū)設(shè)置預(yù)應(yīng)力材料，通過張拉對(duì)梁體產(chǎn)生偏心預(yù)應(yīng)力，在此偏心壓力作用下，使梁體發(fā)生上拱，抵消部分自重應(yīng)力，減小了結(jié)構(gòu)變形和裂縫寬度、改善了結(jié)構(gòu)受力，能夠較大幅度的提高結(jié)構(gòu)承載力。與通常的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)相比，力筋與原結(jié)構(gòu)只在錨固點(diǎn)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的改善和調(diào)整原結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，提高結(jié)構(gòu)剛度、抗裂性。此法既適用于通行重車時(shí)的臨時(shí)加固，也可作為提高橋梁承載力的永久加固措施。該方法主要適用情況有：當(dāng)混凝土梁中預(yù)應(yīng)力筋或普通鋼筋嚴(yán)重銹蝕及其它病害造成結(jié)構(gòu)承載力下降；需要提高橋梁的荷載等級(jí)；用于控制梁體裂縫及鋼筋疲勞應(yīng)力幅度；適用于高應(yīng)力狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)，尤其是大型結(jié)構(gòu)的加固等情況。
2.1.2 體系轉(zhuǎn)換加固法改變結(jié)構(gòu)體系加固舊橋通常是指增設(shè)附加構(gòu)件或進(jìn)行技術(shù)改造，使橋梁的受力體系和受力狀況發(fā)生改變，從而起到減小承重構(gòu)件的應(yīng)力，改善橋梁性能，達(dá)到提高承載能力的目的。這種技術(shù)具有提高結(jié)構(gòu)承載力，增大結(jié)構(gòu)剛度，減小撓度等優(yōu)點(diǎn)。常使用的方法有：拱橋轉(zhuǎn)換為梁拱式拱上建筑法；梁橋轉(zhuǎn)換為梁拱組合體系法；簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)法；多跨簡(jiǎn)支梁轉(zhuǎn)為先簡(jiǎn)支后橋面連續(xù)體系法；增加輔助墩法等。
2.1.3 增加構(gòu)件加固法 增加構(gòu)件加固法主要是指增設(shè)縱梁提高承載能力或拓寬改建，增加橫隔板加強(qiáng)橫向聯(lián)系。當(dāng)墩臺(tái)地基安全性能好，并具有承載能力，上部結(jié)構(gòu)也基本完好，但其承載能力不能滿足要求，同時(shí)要求加寬橋面時(shí)，一般采用增加承載能力高和剛度大的新縱梁使新舊梁互相聯(lián)結(jié)共同受力。對(duì)于要進(jìn)行拓寬改造的則還需要對(duì)墩臺(tái)進(jìn)行拓寬。
2.1.4 粘貼鋼板加固法 粘貼鋼板加固是采用粘結(jié)劑將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的受拉邊緣或薄弱部位，使之與結(jié)構(gòu)物形成整體，從而提高梁的承載能力是一種加固方法。若使用錨栓將鋼板錨固在梁體上，則又稱錨栓鋼板法，這時(shí)鋼板可適當(dāng)厚一些。鋼板固定于受拉混凝土表面可以增加混凝土結(jié)構(gòu)抗彎剛度，使結(jié)構(gòu)撓度減小，限制了裂縫的發(fā)展。并且施工時(shí)可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行裁切鋼板，有效的發(fā)揮粘鋼構(gòu)件的抗彎、抗壓和抗剪的性能，受力均勻，不會(huì)在混凝土中產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，除此以外，該方法還具有施工簡(jiǎn)便，快速，不影響結(jié)構(gòu)外形，加固費(fèi)用低，不減小橋梁凈空以及增加荷載不多等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是粘結(jié)劑的質(zhì)量及耐久性是影響加固效果的主要因素。
2.1.5 碳纖維加固法 粘貼碳纖維加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在建筑結(jié)構(gòu)物表面，當(dāng)結(jié)構(gòu)荷載增加時(shí)，兩者共同工作，提高構(gòu)件承載力，從而達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)的目的。纖維復(fù)合材料的力學(xué)特點(diǎn)是其應(yīng)力應(yīng)變量完全線彈性，不存在屈服點(diǎn)或塑性區(qū)。由于碳纖維具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)異物理力學(xué)性能，以及施工速度快，施工工期短，粘貼質(zhì)量容易得到保證等優(yōu)點(diǎn)，因此是舊橋加固補(bǔ)強(qiáng)的理想材料。碳纖維加固法中粘結(jié)材料的性能是保證碳纖維與混凝土共同工作的關(guān)鍵，也是兩者傳力途徑的薄弱環(huán)節(jié)，因此粘結(jié)材料應(yīng)有足夠的剛度與強(qiáng)度保證碳纖維與混凝土間剪力的傳遞，同時(shí)應(yīng)有足夠的韌性，不會(huì)因混凝土開裂導(dǎo)致脆性粘結(jié)破壞。與其它加固方法相比，采用碳纖維加固舊橋能最小程度的改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，保證在設(shè)計(jì)荷載范圍內(nèi)與原結(jié)構(gòu)共同受力。
2.1.6 橋面層補(bǔ)強(qiáng)加固法 橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法是通過在梁頂（橋面）上加鋪一層鋼筋混凝土層，使其與原有主梁形成整體，從而達(dá)到增大主梁有效高度和抗壓截面，增加橋面整體剛度，提高橋梁承載能力的一種常用且有效的方法。為了減小補(bǔ)強(qiáng)層增加的恒載，常將原有橋面鋪裝層鑿除，而且能使新老結(jié)合良好，共同受力。
2.2 橋梁墩臺(tái)與基礎(chǔ)加固
2.2.1 擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法 橋梁基礎(chǔ)擴(kuò)大底面積的加固方法，稱為擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法。此法適應(yīng)于基礎(chǔ)承載力不足或埋置太淺，而墩臺(tái)又是磚石或混凝土剛性實(shí)體或基礎(chǔ)時(shí)的情況。當(dāng)構(gòu)造物基礎(chǔ)具有較大的不均勻沉降，并且地基土質(zhì)比較堅(jiān)實(shí)時(shí)，可以采用擴(kuò)大基礎(chǔ)法進(jìn)行加固。
2.2.2 高壓旋噴注漿加固法 高壓旋噴注漿，就是先利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆入土層的預(yù)定位置，旋轉(zhuǎn)并以一定的速度提升，同時(shí)將漿液或水以高壓流的形式從噴嘴里射出，沖擊破壞土體，高壓流切割并攪碎土層，使其成顆粒狀分散，一部分被漿液和水帶出鉆孔，另一部分則與漿液攪拌混合，隨著漿液的凝固，組成具有一定強(qiáng)度和抗?jié)B能力的固結(jié)體，從而對(duì)地基進(jìn)行加固的一種加固方法。旋噴注漿加固法，用途廣泛，加固地基的質(zhì)量尚可而且效果好，成本低，加固效果明顯，且施工便捷，目前已逐漸成為我國(guó)常用的對(duì)橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)處理方法之一。
2.2.3 粘貼鋼板加固法、碳纖維加固法，橋梁墩臺(tái)的加固改造也可以采用粘貼鋼板加固法、碳纖維加固法增加墩臺(tái)的剛度，提高墩臺(tái)的抗彎、抗壓和抗剪能力，其加固方法、加固機(jī)理與2.1.4及2.1.5一致，在此就不再詳述。
公路舊橋的加固比新建橋梁還難，因?yàn)榕f橋的維修加固，沒有現(xiàn)成的規(guī)范，更沒有可供使用的標(biāo)準(zhǔn)圖，橋梁的病害又錯(cuò)綜復(fù)雜，病害原因難以確定，因此，應(yīng)充分重視公路舊橋的管理工作，加大資金投入，使其保持良好的工作狀態(tài)，確保公路運(yùn)輸?shù)陌踩?br />
結(jié)束語
橋梁的加固維修問題已經(jīng)成為世界普通關(guān)注的課題，采取加固的方法提高橋梁承載力、抗彎能力、抗剪能力、荷載等級(jí)等是最經(jīng)濟(jì)、最簡(jiǎn)單和最適用的措施，依據(jù)不同的橋梁現(xiàn)狀和加固要求可以采取不同的方法。確保危舊橋的改造工作科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)安全。
