淺談橋梁施工加固技術(shù)
2016-07-05
上個(gè)世紀(jì)七八十年代建造的橋梁使用至今已然出現(xiàn)混凝土老化或破損以及因設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)改變而不再符合要求等問題，因此為了滿足現(xiàn)今城市呈指數(shù)增長的交通運(yùn)輸需求，亟需研究提升橋梁上部結(jié)構(gòu)承載力的對(duì)策，對(duì)城市中舊橋、危橋進(jìn)行一定的加固維修。
一、加固技術(shù)途徑及設(shè)計(jì)原則
橋梁的加固是指以提升或復(fù)原原有橋梁承載能力為目的，改善橋梁結(jié)構(gòu)性能以及對(duì)橋梁構(gòu)件采取補(bǔ)強(qiáng)措施，從而使得原有橋梁滿足現(xiàn)代化交通運(yùn)輸?shù)男枨?，并延長橋梁壽命。該改造方法的技術(shù)途徑有以下幾種：其一，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行改造，包括加強(qiáng)薄弱構(gòu)件和添加輔助構(gòu)件；其二，改變橋梁結(jié)構(gòu)體系，減輕橋梁恒載并加固墩臺(tái)和基礎(chǔ)。現(xiàn)行的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范是舊橋加固設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，因?yàn)槠淅碚摶A(chǔ)是歷經(jīng)不斷改進(jìn)的橋梁理論。橋梁的加固設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)根據(jù)下面四條原則進(jìn)行：第一，應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范，保證在使用載荷作用下，橋梁各部分結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度以及裂縫符合設(shè)計(jì)要求；第二，若加固要求僅限于提升活載能力，因橋梁原有結(jié)構(gòu)將承擔(dān)原有恒載以及在改造之后的新增恒載，而活載是由原有結(jié)構(gòu)以及新增構(gòu)件或者加大后的截面同時(shí)承擔(dān)，所以在改造工作可在原有結(jié)構(gòu)維持恒載應(yīng)力的狀態(tài)下進(jìn)行；第三，若在檢測計(jì)算之后發(fā)現(xiàn)原有結(jié)構(gòu)工作應(yīng)力靠近規(guī)定值甚至超過該值，則應(yīng)當(dāng)采用減小舊橋恒載應(yīng)力和卸載等措施；第四，若是通過增大橋梁截面進(jìn)行加固改造的橋梁，必須注意橋梁結(jié)構(gòu)的整體性。主要是因?yàn)闃蛄盒屡f結(jié)構(gòu)材料的性質(zhì)不同以及混凝土的收縮率不同，其結(jié)合面極易出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力從而產(chǎn)生裂縫。
二、加固采用的主要技術(shù)
1.橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法
在對(duì)橋面進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)層加固措施時(shí)，要求先將橋面原有鋪裝除盡或鑿毛，其后鋪裝具有一定厚度的補(bǔ)強(qiáng)層。該措施不但能加大橋梁主梁的有效高度，還能提高橋梁荷載的橫向分布能力，故而提升橋梁整體和單根梁柱結(jié)構(gòu)的承載能力。但是由于該方法只能通過人工作業(yè)鑿除橋面鋪裝且工作量大，從而導(dǎo)致工期長，又由于人工控制精度問題，所以容易對(duì)橋梁原有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生傷害。
2.加大截面加固法
加大截面加固法是指采取增大混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)筑物的截面面積，一般情況下是以加厚橋面板或是增大主梁梁肋寬度為主，從而提高其承重力和滿足正常使用的一種加固方法，通常也可稱作外包混凝土加固法。該種方法要求橋梁下部結(jié)構(gòu)可以承受更高的自重和承載能力。
3.增大截面與配筋加固法
增大截面與配筋加固法的主要方法是擴(kuò)大構(gòu)件截面面積，加大構(gòu)件配筋率，主要目的是為了使得鋼筋混凝土梁的強(qiáng)度和剛度以及穩(wěn)定性。具體而言是為了加大主梁截面的有效高度，通常加大梁的側(cè)面或者底面的尺寸，以及增加主筋配置，最終提升橋梁承載能力。若工程施工質(zhì)量完美，該加固效果一般不再需要進(jìn)行后期的保養(yǎng)工作。但是，因?yàn)樵摲椒◣缀醵际窃诹旱走M(jìn)行施工作業(yè)，所以施工難度較大，以至于工程質(zhì)量也不一定保證完全達(dá)標(biāo)。
4.外部粘鋼加固法
外部粘鋼加固法是用粘結(jié)劑將鋼板粘貼到構(gòu)件需要加固的部位上，使構(gòu)件能夠同時(shí)受力，以提高結(jié)構(gòu)承載力和剛度的一種加固方法。
5.FRP材料粘貼承載法
使用強(qiáng)度高的或者彈性模量大的復(fù)合型纖維材料的方法稱為FRP法。其使用的材料通常為專門設(shè)計(jì)的侵潤型或者粘貼樹脂，通常實(shí)際應(yīng)用的FRP材料三類：AFRP、CFRP、GFRP，而在工程中使用最多的當(dāng)屬CFRP（玻璃纖維）。這些材料的使用方法為將其附著在用橋梁混凝土填充的構(gòu)件上，然后待結(jié)合成一體后再共同承擔(dān)載荷。
6.預(yù)應(yīng)力加固法
對(duì)于一些體積小的橋梁，由于用料少，本身的各項(xiàng)指標(biāo)有可能達(dá)不到要求，這時(shí)就需要附加一些鋼質(zhì)桿來對(duì)其預(yù)設(shè)預(yù)緊力對(duì)橋梁進(jìn)行加固，來提升橋梁的剛度、抗裂性還有承載能力。通常使用的桿分為兩種類型：撐桿與拉桿。對(duì)于主要受載變彎的橋梁，主要采用拉桿對(duì)橋身添加預(yù)設(shè)拉力抵消一部分橋梁自重，降低通車時(shí)橋梁的承受載荷，提高抗裂性能，延長使用壽命。撐桿則作用于橋身的下端，撐住橋的軸心墩柱，這種方法在具體應(yīng)用中并不多見。
7.體外預(yù)應(yīng)力加固法
這種方法應(yīng)當(dāng)說是最為有效但是也是復(fù)雜性最大的一種加固法，它可以大大的提升橋身的承受載荷與橋梁主梁的抗彎能力且不需要另外增加橋身的重量，這樣一來，橋墩的用料可以相對(duì)減少。由于這種辦法本身對(duì)橋梁本體沒有太大要求，直接在外部對(duì)其加固，所以在施工過程中也可以保持橋梁車輛的正常通行。不過這種辦法也有一個(gè)比較大的弊端，施工后的體外預(yù)應(yīng)力會(huì)在外界環(huán)境不良好的情況下，會(huì)出現(xiàn)較為明顯的腐蝕。
8.改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法
對(duì)橋梁的受力體系進(jìn)行分析然后針對(duì)預(yù)期受力來對(duì)其進(jìn)行整改的辦法稱為修改結(jié)構(gòu)受力體系法。這種辦法應(yīng)當(dāng)屬于一種主動(dòng)出擊式的辦法。這種方案要求充足的現(xiàn)場調(diào)研與橋梁受力分析，然后對(duì)按照預(yù)期修改后的結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行受力可靠性分析，確定加固后的橋梁結(jié)構(gòu)的載荷承擔(dān)性能是不是達(dá)到規(guī)定的交通荷載等級(jí)。這種方法要求大量的理論計(jì)算，主要計(jì)算橋梁各個(gè)結(jié)構(gòu)截面上的應(yīng)力大小然后對(duì)其實(shí)施控制，這也帶來了一個(gè)難題，相鄰的端梁上的負(fù)彎矩不好應(yīng)對(duì)。
9.增設(shè)主梁加固法
由于該方案需要新添主梁，一方面費(fèi)用較高，另一方面同原有主梁的銜接也是個(gè)難題。通常橋梁的長期通車后橋梁下方的鋪設(shè)層里會(huì)有較為普遍的銜接面裂縫，而且不易剔除，往往需要對(duì)這些裂痕進(jìn)行反復(fù)的治理，提高了橋梁日后的維護(hù)資費(fèi)，對(duì)于橋梁通車的平穩(wěn)性能也有一定的不良影響。
10.添設(shè)橫向聯(lián)結(jié)加固法
這種方法是近些年來興起的，此法在橋身上架設(shè)橫桿來增強(qiáng)橋梁上端的承載性能，改善載荷分布，進(jìn)而增強(qiáng)橋身的整體載荷承擔(dān)性能。通常該法運(yùn)用在那些橫向上受載分布不良的橋梁上，如內(nèi)部橫梁不多或者無橫梁的橋梁以及截面為工字型的橋梁。在具體施工操作時(shí)，施工人員在橋梁的相鄰主梁的空間里澆筑混凝土或者添加鋼質(zhì)橫梁從而達(dá)到提升橋梁橫向抗彎性能的目的。由于在橋梁內(nèi)部進(jìn)行施工操作，此法會(huì)在一定程度上對(duì)橋梁原有構(gòu)建造成損壞，如果橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不建議使用此法。
三、在進(jìn)行加固施工時(shí)要考慮的問題
第一，選擇使用的加固方法要求有較高的操作性、可靠性與耐久性；第二，費(fèi)用應(yīng)當(dāng)?shù)陀诮⑿聵蛄旱馁M(fèi)用，而且應(yīng)當(dāng)盡可能經(jīng)濟(jì)實(shí)用；第三，因?yàn)樵谠械臉蛄褐膺M(jìn)行施工操作，因而最好加固的設(shè)備不要太龐大復(fù)雜，要便于施工；第四，在進(jìn)行施工時(shí)要盡可能保持橋梁的正常通車或者不要對(duì)交通形成太大的干擾； 第五，要保證加固材料的使用性能耐用性，減少日后的維護(hù)工作；第六，盡可能降低對(duì)橋梁本身結(jié)構(gòu)的破壞與損壞。
四、結(jié)束語
以上加固方法都有利有弊，應(yīng)當(dāng)根據(jù)施工的具體情況來挑選，要遵循因地制宜的原則。在挑選方案時(shí)主要考慮的因素有：為何要加固橋梁，橋梁的軟肋在哪，橋梁所處的外部條件環(huán)境，加固的預(yù)期要求是什么。在權(quán)衡上述方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)先考慮這些因素，然后對(duì)方法進(jìn)行評(píng)估，最后挑選出最優(yōu)的方案。
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