服役橋梁的加固技術(shù)方案
2015-05-04
前言
橋梁在營運使用過程中，或者由于某種原因而產(chǎn)生較大損壞，承載能力降低；或者，隨著交通運輸?shù)娜找娣泵Γ瑯蛄撼休d能力和通過能力不能滿足要求。解決服役橋承載能力和通過能力不足的問題，通常有二種方案可供選擇：一是拆除服役橋后重建新橋的重建法和換下全部服役橋主梁，架設(shè)荷載等級高的新梁的換梁法，另一種即采用各種加固措施，或除采取加固措施外，同時對服役橋加以拓寬的加固法。前者施工費時、費力，且造價較高，后者所需費用節(jié)約很多，一般僅為建造新橋的1/10至3/10[1].顯然，橋梁的加固與維修具有非常明顯的現(xiàn)實價值。
1.服役橋維修加固的特點
與新建橋梁工程相比，服役橋的維修加固施工有不少特點。首先，維修加固的標準與設(shè)計時所采用的標準往往會有不同。由于服役有建筑物的存在，以及未來使用年限要求的不同，橋梁加固或改建的標準不可能與設(shè)計時所采用的標準完全相同。比如，服役橋的荷載等級假設(shè)是汽車-13級，而經(jīng)加固后，其荷載等級可能會提高[1].故應(yīng)在保證行車安全的前提下，根據(jù)使用要求和耐久性要求的具體情況，正確地掌握和提出加固或改建的有關(guān)標準要求。其次，維修加固工作的難度要比新建時大。維修加固橋梁建筑物的工作必須在不妨礙交通的條件下進行，因此，往往會增加不少困難。即使會使施工產(chǎn)生困難，也必須盡量照顧交通。為此，在橋梁維修加固工作中，應(yīng)從設(shè)計上和施工組織上采取有效措施，盡量減少對交通的影響。再者，橋梁的維修加固工作應(yīng)充分利用原有結(jié)構(gòu)。橋梁的維修加固，應(yīng)在對原有結(jié)構(gòu)作周密、細致檢查評定的基礎(chǔ)上，合理利用原有結(jié)構(gòu)，能不更換原有結(jié)構(gòu)的就不更換，能充分利用服役橋的，要充分利用。
2.橋梁加固的工作內(nèi)容及步驟
2.1橋梁加固的工作內(nèi)容
橋梁加固與改建工作的主要內(nèi)容：對發(fā)生重大病害和不能滿足運輸要求的橋涵設(shè)備徹底進行整治加固、改善和更新。目的是恢復(fù)原有橋梁建筑物的整體使用效能和延長使用年限；提高原有橋梁建筑物的荷載等級和通過能力。橋梁加固與改建工作的主要內(nèi)容有：
對服役橋上部構(gòu)件進行加固；對服役橋下部構(gòu)件進行加固；拓寬橋梁的行車道或人行道；升高橋梁上部構(gòu)造的高度；更換橋梁行車道路面或引橋路面的結(jié)構(gòu)；部分或全部更換橋梁損壞或破服役了的結(jié)構(gòu)物。
橋梁的加固與改建工作，應(yīng)充分利用原有的部分，凡能加固的，則不宜改建。如能部分改建的，則不應(yīng)全部改建。
2.2橋梁加固的工作步驟
對服役橋進行維修加固，一般可采用如下的步驟：
?。?）檢查橋梁現(xiàn)狀及損壞情況；
?。?）調(diào)查橋梁歷史技術(shù)資料及現(xiàn)有交通狀況；
?。?）提出維修加固或改建方案并進行分析比較；
?。?）確定方案并付諸實施，即進行維修加固或改建施工。
3.橋梁加固的原則及方法
3.1橋梁加固的原則
3.1.1橋梁加固是一種借加大或修復(fù)橋梁構(gòu)件來提高局部或整座橋梁承載能力或通過能力的措施。因此，橋梁加固工作一般以不更改原建筑形式為原則，只有在復(fù)雜的情況下，才更改其結(jié)構(gòu)。
如僅加固仍不足以適應(yīng)交通運輸?shù)男枰?，必須進行重建橋梁的一部或全部時，則重建橋梁需考慮到將來的發(fā)展，并按現(xiàn)行橋梁設(shè)計及施工規(guī)范進行設(shè)計與施工。
3.1.2橋梁加固可以有各種不同的方式，視服役橋的情況，承載能力的減弱程度以及今后的任務(wù)而變。橋梁的加固一般有如下幾種[2]：
?。?）擴大或增加原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面，以提高原結(jié)構(gòu)的強度和剛度。
?。?）以新的結(jié)構(gòu)代替服役的應(yīng)力不夠的結(jié)構(gòu)。
（3）改變原結(jié)構(gòu)的受力體系，使原結(jié)構(gòu)減少受力。
?。?）對原結(jié)構(gòu)施加外應(yīng)力（如預(yù)應(yīng)力），以改變原結(jié)構(gòu)的受力圖形，達到提高橋梁剛度和強度的目的。
3.1.3采用擴大或增加橋梁構(gòu)件截面的方法進行加固時，應(yīng)特別注意新加部分與原有部分的結(jié)合，使其成為一個整體起到加固作用。
3.1.4不管采用何種加固方案，都應(yīng)考慮投資少、功效快、不中斷交通、技術(shù)上可行、有較好的耐久性等方面的要求。
3.2橋梁加固的主要方法
3.2.1擴大或增加構(gòu)件截面法
3.2.1.1橋面補強層加固法
通過一定的工藝和結(jié)構(gòu)措施，在梁頂面（橋面）上加鋪一層鋼筋混凝土面層，使其與原有主梁形成整體，達到加厚主梁高度和增大梁的抗壓截面的目的，以提高橋梁的承載能力。其特點是：
(1）施工簡便，亦較經(jīng)濟，但加鋪梁面層后，靜載增加，承載能力提高不顯著；
(2）施工需鑿除原有橋面鋪裝，同時考慮到新服役混凝土相結(jié)合，新澆混凝土的干燥收縮影響等，尚需設(shè)置連續(xù)鋼筋和鋼筋網(wǎng)等；
(3）此法利于在抗壓截面較小的場合使用；
(4）澆筑后混凝土須經(jīng)養(yǎng)護，故必須對交通加以限制。
3.2.1.2增大梁截面和配筋加固法
在梁底或側(cè)面，加大鋼筋混凝土截面（增配主筋），使梁抗彎截面加大，提高梁的承載能力，其特點是：
(1）為加強新服役混凝土的結(jié)合，需對服役梁面鑿毛工作，操作麻煩、鑿除工作量大，常需在橋下搭設(shè)腳手架；
(2）對T形梁有采用底面及側(cè)面同時加大，以及底部馬蹄形加大兩種加固形式；
(3）加固效果顯著，適用于梁橋及拱橋?qū)叭Φ募庸獭?br />
3.2.1.3鋼板粘貼或增設(shè)其他鋼梁，以作成組合梁的加固法
用環(huán)氧樹脂類粘結(jié)劑，將鋼板（或槽鋼）粘貼錨固在混凝土結(jié)構(gòu)的受拉緣或薄弱部位，使其與結(jié)構(gòu)形成整體，以鋼板代替鋼筋作用，提高梁的承載能力，其特點是：
(1）不需要破壞被加固的原有結(jié)構(gòu)物；
(2）加固工程幾乎不增大原結(jié)構(gòu)的尺寸；
(3）盡管工程質(zhì)量要求很高，但施工時并不要求高級的專門技術(shù)人員操作；
(4）能在短期內(nèi)完成加固工程；
(5）幾乎可以不改變具有歷史價值建筑物的原有藝術(shù)特點。
3.2.1.4粘貼炭纖維布加固法
碳纖維是一種高新材料，它有著優(yōu)異的力學(xué)性能，是在幾千度的高溫下經(jīng)特殊工藝制造出的一種高科技產(chǎn)品。用環(huán)氧樹脂類粘結(jié)劑，將炭纖維粘貼錨固在混凝土結(jié)構(gòu)的受拉緣或薄弱部位，使其與結(jié)構(gòu)形成整體，以炭纖維布代替鋼筋作用，提高梁的承載能力，其特點是[1]：
(1）優(yōu)異的力學(xué)性能?？捎行?yīng)用于多種形式的結(jié)構(gòu)補強，包括抗彎、抗剪、抗壓、抗疲勞、抗震、抗風(fēng)、控制裂縫和撓度的擴展等等；
(2）優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性。碳纖維片具有極強的抗酸、堿、鹽、紫外線和防水能力，具有足夠的適應(yīng)氣溫變化的能力，外加防火涂料后可以有效地防火。因此，可以大大增強結(jié)構(gòu)對惡劣外部環(huán)境的適應(yīng)能力，延長構(gòu)件壽命；
(3）材料本身質(zhì)輕高強?？梢圆辉黾咏Y(jié)構(gòu)體積和不改變結(jié)構(gòu)外形，增加的結(jié)構(gòu)重量可以忽略，便于用所需的色彩涂裝，而不留補強痕跡，這是其他方法不可比擬的；
(4）施工工序簡單。可用小型電動工具操作，工種少，用工少，工期短，進度快，更有資料表明能在持續(xù)交通有震動的情況下施工，而不影響補強效果，從而大大縮短施工斷交的時間，具有較大的經(jīng)濟效益和社會效益。
3.2.2改變結(jié)構(gòu)體系法
（1）增設(shè)縱梁法
在墩臺地基安全性能好、并有足夠承載能力的情況下，可增設(shè)承載力高和剛度大的新縱梁。當(dāng)基礎(chǔ)承載力不足時，必須對基礎(chǔ)采取加固措施。新增主梁與服役梁連接，共同受力，從而達到提高橋梁承載力的目的。當(dāng)新增主梁位于兩側(cè)時，則兼有加寬的作用[3].
?。?）增設(shè)立柱或橋墩，使簡支變連續(xù)，或改橋為涵的改變結(jié)構(gòu)體系法
通過改變橋梁結(jié)構(gòu)體系，如在簡支梁下增設(shè)支點（墩臺），縮短橋跨，或把相鄰兩跨簡支梁加以連接，從而使簡支梁變成連續(xù)梁。對于小橋，還可采用改橋為涵的形式，來提高橋梁的承載能力。前者，一般為臨時通過重車的應(yīng)急措施，后者則必須視通航及排洪灌溉而定。
4.結(jié)言
隨著我國公路交通運輸事業(yè)的蓬勃發(fā)展，新建橋梁不斷涌現(xiàn)，而原有橋梁也在不斷地老化。服役橋的加固是一項具有現(xiàn)實意義而又復(fù)雜的工作，它所需要考慮的因素及涉及到的問題很多，從某種意義上，無論是技術(shù)改造方案的擬定與設(shè)計計算，還是技術(shù)改造的具體實施，都是值得人們不斷地去研究的方向。
