橋梁加固措施探討
2010-09-10
近年來，隨著我國公路交通事業(yè)的迅猛發(fā)展，公路的交通量不斷增大，特別是近十年來，國家對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進一步加大投資力度，高等級公路的通車里程得到大幅度增長。但是，由于施工質(zhì)量和橋梁設(shè)計等方面的原因，尤為建國以來所修建的不少舊橋，由于受到當時的設(shè)計、材料、施工等方面的影響和局限，先天不足，再加上超載車輛不斷出現(xiàn)，公路橋梁負荷日益加重。對于公路舊橋，全部重建的思想既不現(xiàn)實也不科學，而通過采用適當?shù)募庸碳夹g(shù)和拓寬措施，對恢復(fù)和提高舊橋的承載能力及通行能力，延長橋梁的使用壽命，滿足現(xiàn)代化交通運輸?shù)男枰强尚械?。?jù)統(tǒng)計，采用加固措施恢復(fù)橋梁的使用性能所需的費用，僅為新建橋梁的10%～30%。進入21世紀，中國的橋梁工程師們除了面臨建設(shè)特大跨徑橋梁的挑戰(zhàn)外，還擔負著對20 世紀上半世紀建造橋梁的加固、改建與修復(fù)的重任，約占20 世紀總建筑橋梁數(shù)的50%。
所謂橋梁加固，是針對正在使用的舊橋進行檢測、評定、維修、加固、改造等技術(shù)對策的總稱。與橋梁的日常維修養(yǎng)護不同，維修養(yǎng)護是橋梁保持正常運營狀態(tài)的保護性和預(yù)防性的工作，而加固卻是從承載受力的角度來處理的。橋梁不能滿足承載能力需要加固，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
(1) 橋梁使用一定年限之后，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)陳舊老化、破損，影響到它原有的設(shè)計能力而危及運行。
(2) 橋梁基本完好，但當初設(shè)計標準低，經(jīng)過一段時期的交通發(fā)展，荷載標準或橋下凈空不能滿新交通的需要，需對其加強才能適宜新的交通。
(3) 橋梁設(shè)計標準合理，結(jié)構(gòu)基本完好，但橋梁遇到某種特殊需要，原設(shè)計沒有包括在內(nèi)的荷載或結(jié)構(gòu)變化，而需要臨時加強的。比如某特重交通需要通過橋梁，但按照橋梁現(xiàn)在的狀況不能承受該荷載，就要對橋梁進行臨時性的加固以滿足該荷載，過后再將臨時性的加固結(jié)構(gòu)拆除。
對于不同的橋型、不同的使用狀況以及不同的加固位置，使用的加固方法有所不同。綜合起來看常用的加固、改造方法有:減輕恒載、加固臨界桿件、提供新補充桿件、改善原結(jié)構(gòu)的受力體系等。同時，橋梁的加固不光是對橋梁上部結(jié)構(gòu)的加固，還包括對基礎(chǔ)、墩臺等下部結(jié)構(gòu)的加固。以下將主要針對橋梁上部結(jié)構(gòu)來論述加固改造措施。
1.梁式橋上部結(jié)構(gòu)的維修加固措施
1.1 橋面補強層加固法
在舊有的混凝土或鋼筋混凝土橋面板上，重新加鋪一層混凝土或鋼筋混凝土補強層，這種方法稱為橋面板補強層加固法。此法既能修補已出現(xiàn)裂縫、剝離等損壞的橋面板，又能加高原有梁板的有效厚度，增加梁板的抗彎能力，改善鉸接梁板的荷載橫向分布，從而提高橋梁的荷載能力。采用橋面補強層施工也比較方便，這種加固法對雙車道或橋面拓寬的梁板橋，可以兩邊分開先后施工，對交通影響不大。橋面補強層加固的常用方法有:采用鋼筋網(wǎng)與混凝土、鋼筋網(wǎng)與膨脹混凝土、鋼纖維混凝土等。
1.2 增大梁截面和配筋加固法
當梁的強度、剛度、穩(wěn)定性和抗裂性能不足時，通?？刹捎迷龃髽?gòu)件截面和增加配筋的加固方法。對抗拉強度不足的簡支梁橋進行補強施工時，可在梁底部(受拉區(qū)) 或側(cè)面增配補強主筋，或在腹板上增設(shè)補強箍筋，然后噴涂或澆筑混凝土，從而使梁的抗彎截面增大，以提高梁的承載能力。增大梁截面和配筋加固法的優(yōu)點是:能在橋下施工，不影響交通，加固工作量不大，而且加固的效果也較為顯著。
對于板梁橋，主要是考慮增設(shè)板梁底面的加強主筋和截面;對于T梁橋，除考慮增設(shè)梁底主筋和截面外還需考慮設(shè)置套箍。
1.3 粘貼加固法
粘貼加固技術(shù)是一種用化學粘貼劑從結(jié)構(gòu)外部粘貼補強材料的補強方法。目前，常用的粘貼劑是環(huán)氧樹脂，而補強材料主要有鋼板、鋼筋、玻璃纖維布，碳纖維布等。碳纖維復(fù)合材料(簡稱CFRP) 是在20 世紀50 年代末60 年代初被首先應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，由于其高強度高模量，耐疲勞、耐腐蝕、耐久性好、低密度而深受重視。其材料形式有片材和板材兩種，在土木工程領(lǐng)域大多數(shù)是采用片材，也就是所說的碳纖維布。
碳纖維布加固橋梁是一種新型的橋梁加固技術(shù)，它是利用膠結(jié)材料將碳纖維布粘貼在混凝土表面，利用碳纖維良好的抗拉強度增強橋梁承載力，約束混凝土裂縫的開展，提高剛度，從而達到對橋梁補強及改善受力的目的。
1.4 體外預(yù)應(yīng)力加固法
采用體外預(yù)應(yīng)力對梁式橋上部結(jié)構(gòu)進行補強加固，其作法是在梁的下緣受拉區(qū)設(shè)置用粗鋼筋形成的預(yù)應(yīng)力拉桿或預(yù)應(yīng)力鋼絲束，通過張拉對梁體產(chǎn)生偏心預(yù)應(yīng)力，在此偏心壓力作用下梁體發(fā)生上拱，荷載撓度減小，改善了結(jié)構(gòu)的受力，從而達到提高承載能力的目的。
1.5 改變結(jié)構(gòu)體系加固法
通過改變結(jié)構(gòu)的受力體系，改善結(jié)構(gòu)的受力，提高橋梁的承載能力。主要有以下幾種方法:
(1) 八字撐架加固法:在簡支橋孔設(shè)置鋼制或鋼筋混凝土制八字撐架，為原橋上部結(jié)構(gòu)增設(shè)兩個支承，使原一跨簡支梁變?yōu)槿邕B續(xù)梁。(2) 連續(xù)體系加固法:將原多跨簡支梁的梁端翼緣連接起來，使受力體系由原來的簡支轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)，從而改善結(jié)構(gòu)的受力性能。3) 改橋為涵加固法: 對于跨徑較小的橋梁，在不影響通航和排洪能力的情況下，可用改橋為涵的方法加固。
2.拱橋的加固方法
2.1 減載法
通過減輕拱上建筑的重量，如采用輕質(zhì)的填料，變原實腹式拱橋為空腹式拱橋等，調(diào)整拱上恒載的分布，減小主拱圈承受的荷載，以達到增大橋梁承載能力的目的。
2.2 增大原拱圈截面法
在原主拱圈的上部或下部增設(shè)拱圈，這是拱橋加固的常用方法。它不僅加固了拱圈，而且將原有開裂的拱連在一起，也利于橋梁排水。加固時，加筑部分新拱圈厚度應(yīng)根據(jù)計算擬定。采用此法加固時需對稱開挖拱上填料，并對全橋裂縫部位進行壓漿處理，以修補裂縫。隨后在全橋范圍內(nèi)澆筑一層新的鋼筋混凝土拱圈，完成拱上建筑的加固。
2.3 設(shè)置橫向拉桿法
拱圈產(chǎn)生縱向裂縫時，在跨中、1/4 跨度處和拱腳附近設(shè)置橫向拉桿加固，能有效防止裂縫繼續(xù)發(fā)展。拉桿的數(shù)量視裂縫情況和跨度大小而定，裂縫嚴重、跨度大，則拉桿宜多，否則反之。橋梁加固的方法有很多，隨著新材料的應(yīng)用、科學技術(shù)及計算理論的進一步發(fā)展，還會出現(xiàn)更多的橋梁加固新技術(shù)。當然，各種加固技術(shù)也不是孤立的，在加固一座舊橋時，往往是多種技術(shù)同時使用，以達到對舊橋加固改造的目的。
參考文獻：
【1】吳鵬來、郝加和、斯玉蘭，橋梁加固的幾種措施[J]，交通標準化 2003 (1) ：22223。
