淺析橋梁加固的有效方法
2015-07-23
前言
作為交通干線的重要組成部分，橋梁的使用性能對整個交通的暢通性有直接影響作用，在經濟迅速發(fā)展，公路交通的運輸量大大增加的背景下，受材料、設計、施工等方面的影響，很多橋梁已滿足不了現有荷載的受力要求，影響橋梁荷載的原因有：一、重型車輛的超載現象較為突出；二、交通運輸量呈明顯增長；三、建筑構件、材料等的老化；四、諸多地質災害的影響等。橋梁的承載能力是有限的，部分橋梁不堪重負出現了沉陷、裂紋等破損現象，基于道路安全考慮，應對橋梁進行加固。
1、橋梁加固的原因
在上個世紀末期，橋梁的設計標準較低，而隨著我國經濟的不斷發(fā)展，交通運輸量猛增，運輸與橋梁間的矛盾也日益明顯，有些橋梁橋面寬度不夠，縱斷面、平面的現行設計標準較低，橋梁上通車的凈空能力不足，通行能力無法達到要求。另外在進行橋梁的施工時由于勘測不到位，對施工中的基礎深度、基底地質等情況無法掌握，若遇上洪水沖刷，橋墩基礎沖空外露，產生不規(guī)則的沉降，拱圈、橋臺會因為附加應力裂開，加之經濟發(fā)展下重型車輛的增加以及較為突出的超載現象的影響，橋梁的安全受到了更加嚴重的挑戰(zhàn)。如果將這些橋梁推倒重建，會耗費大量的物資，以及較長的工期，同時也會影響橋梁的正常使用。反之，當前多數交通發(fā)達的國家已將新建橋梁放在了次要位置，而把橋梁建設的重心放在了對橋梁的改造加固之上，本著“經濟簡便、可靠牢固、適用耐用”的原則，加強對現有橋梁承載力的研究，有計劃、有步驟將現有的橋梁進行改造加固，既可以延長橋梁的使用壽命，及時有效地為現代道路交通提供服務，又能夠以少量的資金來改善交通情況，并給社會帶來巨大的經濟效益。
2、橋梁加固的方法 加固，簡單來說，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。舊橋加固方法可綜合為以下幾類。
2.1結構性加固 ①體外預應力加固法。體外預應力法的加固原理是在梁的下緣受拉區(qū)設置預應力材料，通過張拉對梁體產生偏心預應力，在此偏心壓力作用下，使梁體發(fā)生上拱，抵消部分自重應力，減小了結構變形和裂縫寬度、改善了結構受力，能夠較大幅度的提高結構承載力。目前常用下撐式預應力拉桿加固法和外部預應力鋼絲束加固法兩種。 在合理安排施工流程的情況下，該方法可最大限度地減少對橋上交通的影響，甚至可以在有限開放交通的情況下組織施工，因此近年來國內工程實例較多。但加固后體外預應力筋的防腐問題一定程度上增加了后期養(yǎng)護費用，因此，一般不是公路部門的首選加固方法。 ②粘貼鋼板或碳纖維（CFRP）加固法。粘貼鋼板加固法是采用粘結劑和錨栓將鋼板粘貼錨固于混凝土結構受拉面或其它薄弱部位，使鋼板與加固混凝土結構形成整體，以達到提高結構承載能力的目的。該方法具有基本不改變原結構的尺寸、施工簡單、技術可靠、短期加固效果較好且工藝成熟等優(yōu)點，近些年來在鋼筋混凝土橋梁的加固維修中為公路部門廣泛采納，是近幾年應用最多的加固方法。 碳纖維加固技術是近幾年內才由國外引進的一種新技術，因其強度高，耐腐蝕，且施工簡便等優(yōu)點，目前已廣泛應用于實際工程中。然而，由于碳纖維本身的一些缺陷，如脆性、耐火性不好等使得這種材料的應用受到限制。 ③增大截面與配筋加固法。增大截面與配筋加固法一般采用在梁底面或側面加大尺寸，增配主筋，以提高主梁截面的有效高度，從而達到提高橋梁承載能力的目的。然而，由于增大截面法在施工過程中全部的作業(yè)需在梁底進行，施工難度較大且施工質量難以控制，因此，盡管在某些情況下費用并不太大，但以上因素制約了該技術的廣泛應用，一般用于T型截面梁的加固維修。④改變結構受力體系加固法。改變結構受力體系加固法是通過改變橋梁結構受力體系以達到提高結構整體承載能力的目的，是一種變被動為主動的加固方法。這種技術具有提高結構承載力，增大結構剛度，減小撓度等優(yōu)點。但該加固方法施工改造時一般要涉及到橋面鋪裝的再處理，增加了改造費用且加固效果受負彎矩區(qū)施工質量的影響較大，目前極少單獨采用。此外，結構性加固方法還有增設主梁加固法、錨噴混凝土加固法和增加橫向聯系加固法等。
2.2非結構性加固 ①鋼纖維混凝土修復橋面鋪裝層。對橋面鋪裝層的嚴重破損，可考慮采用鋼纖維混凝土修復。這種材料具有高強度、抗裂能力強，抗沖擊耐磨耗等性能，可延長橋面的使用壽命，在不增加橋梁恒載的情況下，改善梁的結構受力性能。 ②伸縮縫的更新改造。在橋梁維修中，以下幾種類型伸縮縫的使用是較成功的。ＳＦＰ“三防”型伸縮縫在大型橋梁上的應用情況良好；仿毛肋伸縮縫在大、中型橋梁的大量使用，效果明顯；ＴＳＴ、ＦＧ系列橋梁無縫伸縮縫，在中小行橋梁上也得到廣泛使用。
2.3Ｕ型高橋臺加固 ①預應力錨索框架法。該加固法采取在Ｕ型橋臺前墻和兩側墻外加套４０厘米的鋼筋混凝土，并在兩側墻增設水平預應力索對錨和前墻增設地錨的方案。該方案適用于不能中斷交通又無法架設便橋的高橋臺病害修復。 ②錨桿配合鋼筋混凝土抱箍法。該加固法采取臺腔與橋臺基礎持力層進行壓漿固化，再打入錨桿與槽鋼抱箍，最后在Ｕ型橋臺前墻和兩側墻外加套２５厘米的鋼筋混凝土，新舊墻體采用錨桿連接形成整體。該方案適用于地基承載力不足，且施工處理不到位，造成橋臺前墻下沉。
2.4橋墩加固 橋梁下部結構加固的主要目的是提高橋墩的整體承載能力。如橋墩發(fā)生了結構性損傷，可以用外包混凝土、粘貼鋼板或碳纖維的方法進行加固。但是對于實體橋墩等橫向剛度比較大的結構，其狀態(tài)變化主要是由地基所引起，此時可重點從回填硬土或者對地基進行注漿等方法提高其約束橋墩的能力，提高橋墩的整體承載能力。抬樁就是通常使用的一種有效的加固方法，即在舊樁的兩側各增設一根樁，并通過植筋擴大承臺，共同受力。另一種樁基加固方法是鋼筋混凝土套箍。由于下部樁基施工等原因，造成樁基縮徑，采用的加固方法是清除樁體虛浮物，通過植筋后，外抱箍微膨脹混凝土。
3、橋梁加固的方案選擇 加固方案與諸多因素有關，?？紤]的主要因素:①橋梁結構型式；②橋位地形、水文、自然狀況；③橋梁現狀分析研究結論；④施工技術水平；⑤能否封閉交通；⑥預期加固效果；⑦資金投入量等。 合理的加固方案是將上述加固方法優(yōu)化組合，體現出加固效果及經濟效益。應注意以下兩點：不同的加固方法有對應的設計計算方法；加固后的橋梁結構承載能力提高幅度受原結構的制約,如原結構配筋率、截面尺寸等，不可能無限制地提高承載能力；
4、橋梁加固效果評價 橋梁加固應在不斷總結經驗和技術進步的基礎上形成專門規(guī)范，同時要重視對加固后的橋梁進行檢測和觀察，以確定加固的效果。橋梁加固后的上部結構通常是用靜載或動載試驗,將試驗結果與加固設計的計算結果進行對比，來判斷橋梁加固成功與否。但對下部結構而言，不方便進行荷載試驗，通過其頻率變化來定量評估橋墩的加固效果。 橋梁的加固維修技術是最近興起的一門新技術,為了指導橋梁加固技術的應用，需提出一整套完整的實用性公路橋梁檢測、評定與加固成套的技術規(guī)范，為我國公路危舊橋的改造提供技術支持，確保危舊橋的改造工作科學合理、經濟安全,使得橋梁加固做到“有法可依”。
5、結束語
總之，如今橋梁加固已成為工程關注的重點，現在主要的橋梁問題多集中在低級公路橋梁上，加固主要對象也是中小橋梁，面對我國橋梁技術的快速發(fā)展，進一步提高橋梁維護以及加固改造的水平有著深刻的現實意義。
