橋梁維修加固常用技術(shù)應(yīng)用
2015-08-26
前言：
近年來，我國橋梁建設(shè)取得了舉世公認(rèn)的成績。但是，隨著橋梁病害問題的日益突出，我國的橋梁建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入新建和改造維修并重的過渡期，橋梁維修加固任務(wù)日益繁重。我國的橋梁建設(shè)在高速發(fā)展的同時(shí)，出現(xiàn)了管理和養(yǎng)護(hù)技術(shù)滯后的問題，橋梁維修養(yǎng)護(hù)目前是一個(gè)技術(shù)瓶頸。系統(tǒng)的研究、開發(fā)橋梁的養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)，成為我國路橋管理部門的重要課題。
1．橋梁加固維修現(xiàn)狀
我國雖已成為世界橋梁大國，但在橋梁的養(yǎng)護(hù)管理方面還有很多不足和亟待解決的技術(shù)和管理問題。隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，這些問題會(huì)不斷的暴露和顯現(xiàn)出來，并成為制約公路交通事業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的關(guān)鍵因素，也將成為我國走向世界橋梁強(qiáng)國過程中必須突破的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
2．橋梁加固維修現(xiàn)狀
?。?）橋梁維修加固必須本著“牢固可靠，簡便耐用，經(jīng)濟(jì)適用”的原則。（2）根據(jù)不同橋梁的結(jié)構(gòu)和材料特點(diǎn)，在成本可控的前提下，采用不同的加固維修方法，更換或修復(fù)損壞的橋梁構(gòu)件，使橋梁整體恢復(fù)到原有的設(shè)計(jì)承載能力，保證橋梁的設(shè)計(jì)使用壽命。（3）對(duì)一些通過加固維修不能恢復(fù)原有設(shè)計(jì)承載能力但又必須繼續(xù)使用的橋梁，要確定好加固后橋梁的實(shí)際荷載等級(jí)和橋梁的剩余使用壽命。（4）用于橋梁加固維修的材料必須通過國家權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)認(rèn)證、各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足現(xiàn)行規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。
3．橋梁加固維修的常用技術(shù)
橋梁加固技術(shù)從工作原理上可分為主動(dòng)加固和被動(dòng)加固兩大類。通過施加預(yù)應(yīng)力或改變結(jié)構(gòu)體系加固屬于主動(dòng)加固范疇，后加預(yù)應(yīng)力筋主動(dòng)受力，依靠施加預(yù)應(yīng)力或改變結(jié)構(gòu)體系，改善原梁應(yīng)力狀態(tài)，達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)目的；在受拉區(qū)直接粘貼高強(qiáng)纖維復(fù)合材料、或鋼板加固，屬于被動(dòng)加固范疇，后加補(bǔ)強(qiáng)材料被動(dòng)受力，只承擔(dān)活載和后加恒載引起的內(nèi)力。
3.1 主動(dòng)加固技術(shù)
通過施加預(yù)應(yīng)力、改變結(jié)構(gòu)體系等方式，改變結(jié)構(gòu)原有的受力行為。改善橋梁恒載的內(nèi)力分配，增加全橋剛度，閉合裂縫，并調(diào)整變形。
3.1.1 施加體外預(yù)應(yīng)力加固
施加體外預(yù)應(yīng)力加固可以較好的提高梁體的抗彎截面模量，減小梁體繞度，減小受拉區(qū)梁體裂縫，從而調(diào)整原結(jié)構(gòu)的受力狀況，提高剛度及抗裂性。由于自重增加小，減小了對(duì)墩臺(tái)及基礎(chǔ)受力狀況的影響，可節(jié)省對(duì)墩臺(tái)及基礎(chǔ)的加固量?？稍诓幌拗仆ㄐ械臈l件下進(jìn)行加固施工，既可作為橋梁通過重車的臨時(shí)加固手段，也可作為永久提高承載能力的措施。在實(shí)際使用過程中應(yīng)注意新舊混凝土結(jié)合問題、預(yù)應(yīng)力索或預(yù)應(yīng)力筋及鋼構(gòu)件的防腐問題。施工工藝流程見圖1所示
3.1.2 增加橫隔板加固
增加橫隔板加固可以明顯改善T 型梁橋鉸縫開裂病害，防止病害擴(kuò)展。不影響橋下凈空，對(duì)原橋景觀基本無改變。適用于因橫向聯(lián)系較差而降低承載力的橋梁上部結(jié)構(gòu)。增加橫隔板加固只是將相對(duì)集中的荷載進(jìn)行了分散，對(duì)橋梁整體承載能力并無實(shí)質(zhì)性的提高。加固效果并不明顯，需配合其他方法同時(shí)進(jìn)行。對(duì)混凝土梁橋，增加混凝土橫隔板的效果好于增加鋼橫隔板。
3.1.3 加大橋面鋪裝鋼筋加固
采用加大橋面鋪裝鋼筋直徑的方法對(duì)絞縫開裂病害進(jìn)行修補(bǔ)，是基于原橋面鋪裝鋼筋網(wǎng)設(shè)計(jì)直徑過小或網(wǎng)格過大，或由于施工質(zhì)量原因造成的絞縫開裂病害而進(jìn)行的維修方法，該方法全部在橋面施工，要求中斷至少半幅交通，適用于允許中斷交通的小跨徑T 梁或板梁橋。施工時(shí)橋上交通受阻，不允許中斷交通的橋梁不宜采用，將增加結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的彎矩，結(jié)構(gòu)的承載力提高不顯著。
3.1.4 增大截面與配筋加固
增大截面與配筋加固法一般采用在梁底面或側(cè)面加大尺寸，增配主筋，以提高主梁截面的有效高度，從而達(dá)到提高橋梁承載能力的目的。適用于橋下凈空較高，允許增加主梁高度的情況。加固效果比較明顯，但施工工藝復(fù)雜，技術(shù)要求較高。對(duì)橋下凈空限制的橋梁不適用。實(shí)際使用時(shí)應(yīng)注意：新舊混凝土結(jié)合問題、新增鋼筋與原鋼筋的結(jié)合問題、混凝土澆筑工藝。
3.2 被動(dòng)加固技術(shù)
主要是裂縫修補(bǔ)、粘貼碳纖維、鋼板、補(bǔ)強(qiáng)普通鋼筋等。被動(dòng)加固技術(shù)不改變結(jié)構(gòu)的恒載內(nèi)力狀況，方法靈活，可根據(jù)裂縫的位置方向隨意設(shè)置?？煽刂屏芽p進(jìn)一步開展，提高橋梁承載能力。多適用于在恒載作用下承載力滿足要求但活載作用下承載力不滿足的情況，在中小橋和大橋進(jìn)行加固時(shí)常采用。對(duì)已存在的裂縫需進(jìn)行裂縫修補(bǔ)后再進(jìn)行被動(dòng)加固問題。
3.2.1 粘帖纖維復(fù)合材料加固
粘貼纖維復(fù)合材料加固方法是是采用環(huán)氧樹脂或建筑結(jié)構(gòu)膠將符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的《定向纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗(yàn)方法》（GB/T3354）中各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)的纖維片材（或布）直接粘貼在被加固混凝土結(jié)構(gòu)薄弱部位，與被加固結(jié)構(gòu)形成整體，共同受力，以限制裂縫的開展，提高結(jié)構(gòu)的抗裂能力、抗腐蝕和碳化能力，對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度提高不大。對(duì)以延長結(jié)構(gòu)使用年限為主要目的耐久性加固，粘貼纖維復(fù)合材料加固方法還是有一定效果的。
3.2.2 粘貼鋼板加固
粘貼鋼板加固是采用環(huán)氧樹脂或建筑結(jié)構(gòu)膠，將鋼板直接粘貼在被加固的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的受拉區(qū)或抗剪薄弱部位，使之與被加固結(jié)構(gòu)物形成整體共同受力，以提高結(jié)構(gòu)的高度，改善其受力狀態(tài)，限制裂縫的開展，提高結(jié)構(gòu)的承載力。粘貼鋼板施工需待混凝土缺陷修補(bǔ)、裂縫修補(bǔ)完成后進(jìn)行。粘貼鋼板加固可以顯著提高結(jié)構(gòu)抗彎剛度，對(duì)以控制結(jié)構(gòu)變形為主要目的的使用功能加固是十分有效的。
3.2.3關(guān)于部分常用加固方法的探討
在受拉區(qū)直接粘貼抗拉補(bǔ)強(qiáng)材料存在應(yīng)力滯后的問題，使用時(shí)必須考慮橋梁帶載加固，分階段受力特點(diǎn)。加固前原結(jié)構(gòu)已經(jīng)承受荷載（即第一次受力），特別是當(dāng)承載能力不足時(shí)，加固前原結(jié)構(gòu)的截面應(yīng)力、應(yīng)變水平一般都很高。新加固部分加固后并不立即承受荷載，而是在新荷載（即二次加載）下才開始受力。從而導(dǎo)致整個(gè)加固結(jié)構(gòu)在其后的第二次受力過程中新加部分的應(yīng)力、應(yīng)變始終滯后于原結(jié)構(gòu)的累計(jì)應(yīng)力和應(yīng)變。所以，混凝土結(jié)構(gòu)加固計(jì)算分析不能夠完全按普通結(jié)構(gòu)概念進(jìn)行。加固結(jié)構(gòu)的承載力與新舊兩部分的應(yīng)力差值或應(yīng)變差值直接相關(guān)，與原結(jié)構(gòu)的極限變形值有關(guān)，與兩部分材料的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系有關(guān)。受原梁變形限制，在極限狀態(tài)下纖維復(fù)合材料的高強(qiáng)抗拉性能不一定能充分發(fā)揮，若不考慮分階段受力特點(diǎn)，過高地估計(jì)了后加補(bǔ)強(qiáng)材料的作用，是不安全的。采用預(yù)應(yīng)力加固從根本上解決了后加補(bǔ)強(qiáng)材料的應(yīng)力滯后問題，可以充分發(fā)揮后加補(bǔ)強(qiáng)材料的力學(xué)性能，提高了材料的利用率。橋梁維修加固應(yīng)注意各種技術(shù)的綜合利用，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力，盡量減輕原梁的負(fù)擔(dān)，將加固補(bǔ)強(qiáng)工作量壓縮到最小。
4.結(jié)語
我國的橋梁建設(shè)正由大規(guī)模興建為主的時(shí)期進(jìn)入到建設(shè)和養(yǎng)護(hù)維修同時(shí)進(jìn)行的時(shí)期。提高橋梁管理水平，保證橋梁的正常運(yùn)營和延長橋梁使用壽命是橋梁管理維修工作者的重要任務(wù)。開展養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)的開發(fā)研究，是橋梁養(yǎng)護(hù)維修工作者面臨的重要課題。橋梁維修加固施工技術(shù)發(fā)展很快，新材料、新工藝不斷發(fā)展，交流、學(xué)習(xí)、引進(jìn)、開發(fā)、總結(jié)橋梁的養(yǎng)護(hù)、加固、維修技術(shù)尤其是關(guān)鍵技術(shù)的工法，需要大家共同努力。
