淺談橋梁加固的常用方法
2010-09-07
目前，我國公路、鐵路交通事業(yè)蒸蒸日上，不少高速公路已建成投入運(yùn)營中。還有不少正在建設(shè)的高速公路和其它等級的公路也即將建成投入運(yùn)營。但是，由于施工質(zhì)量和橋梁設(shè)計(jì)等方面的原因，使得橋梁的檢測和加固成為必要，更因?yàn)榻▏詠硭藿ǖ牟簧倥f橋，由于受到當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)、材料、施工等方面的影響和局限，先天不足，加上不能適應(yīng)目前交通量的迅猛增長，使得舊橋的檢測和加固顯得非常迫切。簡單介紹舊橋加固的常用方法。
1.塞縫灌漿是比較普及的舊橋加固方法
塞縫灌漿是把按一定比例配制的水泥（砂）漿、環(huán)氧樹脂（砂）漿，通過噴漿機(jī)按一定壓力灌人結(jié)構(gòu)物縫隙內(nèi)，起到填塞裂縫、避免鋼筋銹蝕并提高結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度的作用。裂縫在橋梁病害中較為普遍，產(chǎn)生裂縫的原因很多，也很復(fù)雜。結(jié)構(gòu)物一旦出現(xiàn)裂縫，其受力截面發(fā)生應(yīng)力重分布，也就意味著受力有效截面變小，結(jié)構(gòu)應(yīng)力增大，承載能力降低。塞縫灌漿是用膠結(jié)材料把結(jié)構(gòu)的裂縫填滿，使力的作用、傳遞盡可能恢復(fù)到原來狀態(tài)。塞縫灌漿一般用于處理橋梁上、下部結(jié)構(gòu)裂縫，灌漿分為水泥漿、水泥砂漿、環(huán)氧樹脂漿、環(huán)氧樹脂砂漿等，具體采用哪一種，應(yīng)視實(shí)際情況而定。通常水泥（砂）漿用于石砌墩、臺和拱圈裂縫，由裂縫的大小來決定灌漿中是否摻砂，采用水泥(砂)漿造價(jià)低、效果好。環(huán)氧樹脂漿一般用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物，因?yàn)殇摻罨炷翗?gòu)件產(chǎn)生的裂縫較小，易灌滿，粘結(jié)性好；環(huán)氧樹脂砂漿多用于橋面裂縫。塞縫灌漿的通常做法是：先用1：1水泥砂漿勾縫，勾縫時(shí)須預(yù)留直徑約6-8mm的灌漿孔，孔距視裂縫寬度而定，縫寬處孔距為0.6-1.0m，縫小處孔距為0.4-0.6m．待勾縫砂漿達(dá)到一定強(qiáng)度后即可灌漿。鋼筋混凝土粱的裂縫較小，用環(huán)氧樹脂勾縫，凡大于0.2mm的裂縫都要留孔灌漿，孔距一般為0.25-0.30m。灌漿方法與灌水泥漿大致相同。在公路舊橋加固中，塞縫灌漿是綜合處治的方法之一，用得比較普遍，通過試載及使用觀察，效果較好。
2.上部結(jié)構(gòu)加固改建
在調(diào)查研究舊橋的基礎(chǔ)上，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，采用充分利用原橋進(jìn)行拼寬，利用橋臺將拱式結(jié)構(gòu)改為板式結(jié)構(gòu)的加固方法，使其滿足超限運(yùn)輸要求。
2．1拼寬原橋?qū)︱?yàn)算不能滿足超限運(yùn)輸要求的舊橋，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，按實(shí)際通過的超限運(yùn)輸荷載設(shè)計(jì)拼寬橋梁，以確保超限運(yùn)輸安全。
2．2利用原橋臺改拱式結(jié)構(gòu)為板式結(jié)構(gòu)對于小跨徑石拱橋，由于拱圈厚度不能滿足超限運(yùn)輸要求或因地基較差發(fā)生不均勻沉降，致使拱圈開裂，降低承載能力，可采用此辦法。采用以上兩種方法加固的橋涵，通過試載及重車通行，經(jīng)觀察加固效果較好。
2．3舊橋下部結(jié)構(gòu)加固橋臺特別是高度較大的橋臺，受行車荷載和土壓力作用，常見病害有橋臺開裂、凸肚，翼墻外崩、開裂、錯位等。對于跨徑較小，水流不大的石拱橋，我們采用在橋跨內(nèi)加鋼筋混凝土框架進(jìn)行加固。由于橋臺太高，且位于長距離的高路堤縱坡上（橋面縱坡達(dá)55%），在行車和土壓力的共同作用下，使兩岸橋臺和靠那發(fā)岸拱腳開裂。
2．3．1采用鋼筋混凝土框架加固橋臺設(shè)計(jì)的基本假設(shè)：鑒于尚在維持正常的交通運(yùn)輸?shù)臉?，臺背填土破壞棱體引起的主動土壓力由原橋臺承擔(dān)，框架結(jié)構(gòu)僅承受在破壞棱體范圍內(nèi)布置超重車所引起的主動土壓力。在后來的應(yīng)用中，取消了鋼筋混凝土立柱，僅在橋臺上鑿出牛腿的位置，將橫系梁、支撐梁、牛腿一起現(xiàn)澆成平面支撐框架，這不僅減少了工作量，而且施工方便。采用這種方法加固的橋涵，經(jīng)多次實(shí)地觀察，使用效果良好。
2．3．2基礎(chǔ)加固橋梁基礎(chǔ)特別是天然地基上的淺基礎(chǔ)。
由于埋置深度較淺，易受河水沖刷而淘空。受河水改道沖刷橋梁引道，導(dǎo)致橋臺基礎(chǔ)沖空，引道被毀。橋梁地基局部軟弱。致使橋臺發(fā)生不均勻沉降，引起橋臺開裂等。針對以上病害，我們采取對河床用漿砌片石進(jìn)行鋪砌，上游河床設(shè)置丁壩，打木樁擴(kuò)大橋臺基礎(chǔ)等方法進(jìn)行加固。
2．3．2．1防治橋臺基礎(chǔ)沖刷對于跨徑較小的橋梁，由于河水改道，洪水直接沖刷橋臺基礎(chǔ)。導(dǎo)致基礎(chǔ)沖空甚至掉腳，可采取在橋跨范圍內(nèi)滿鋪15號片石混凝土的方法進(jìn)行加固，鋪砌厚度為30cm，鋪砌兩端設(shè)置截水墻，截水墻的深度為1m，寬度為0.6m。對于橋梁上游河床變遷、水流改道，洪水直接沖刷橋臺基礎(chǔ)和橋臺引道，導(dǎo)致橋臺基礎(chǔ)沖空、引道被毀的橋梁，采取在橋梁上游適當(dāng)位置設(shè)置丁壩等調(diào)治構(gòu)造物，將河水導(dǎo)人主河道。
2．3．2．2擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法：采用擴(kuò)大基礎(chǔ)進(jìn)行加固，具體做法：位于三那線K153+790處的欄板橋?yàn)橐豢?m石拱橋，建于1940年，橋?qū)?.0m，1978年用鋼筋混凝土梁板在左、右兩側(cè)各拼寬3.0m，拼寬的3.0m中，一半作為行車道，另一半作為人行道。該橋三岔口岸左半部分橋臺開裂，裂縫為上寬下窄，經(jīng)分析此病害系地基軟弱所至，經(jīng)調(diào)查，此處原是深水塘，為減小基底應(yīng)力，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)進(jìn)行加固，具體做法： a．挖除橋臺前的淤泥，深度與原基礎(chǔ)高度相同；b．在基底打入4m長的木樁，木樁按梅花型布置；c．在木樁頂鋪墊25cm厚的碎石；d．澆筑20號混凝土基礎(chǔ)，新舊基礎(chǔ)間采用錨固鋼筋聯(lián)系，使其共同受力。
3．橋面鋪裝層的加固橋面鋪裝層開裂或剝離等病害，縱觀有限元計(jì)算結(jié)果分析可知，在鋪裝層結(jié)構(gòu)厚度一定的情況下，鋪裝層的模量比對科鋪裝層的受力狀態(tài)影響很大。
3．1重視橋面鋪裝上層的設(shè)計(jì)和選材
如果沿用傳統(tǒng)的路用瀝青混凝土的材料設(shè)計(jì)方法，鋪裝上層總是處于不利的受力狀態(tài)，承受著較大的反復(fù)拉應(yīng)力，往往在橋面板的加勁部件(直腹板、橫隔板)的頂部產(chǎn)生開裂，導(dǎo)致鋪裝上層出現(xiàn)早期破壞，這也與實(shí)際橋面鋪裝層的損壞情況基本吻合，重視橋面鋪裝上層的設(shè)計(jì)和選材使其具有良好的變形能力以抵抗疲勞開裂，對預(yù)防鋪裝層的早期損壞具有重要的意義。所以，對于橋面鋪裝體系來說，需要采甩陛能更加優(yōu)良的復(fù)合改性瀝青，根據(jù)鋪裝上、下層的不同功能和受力狀態(tài)研究選擇合理的瀝青混合料組成。并進(jìn)一步解決鋪裝層與橋面板的粘結(jié)穩(wěn)定性等問題。
3．2材料、結(jié)構(gòu)和施工這三個要素中。材料是最為活躍的因素。
因?yàn)闆Q定瀝青混合料力學(xué)性能的原材料以及混合料的組成結(jié)構(gòu)具有很大的選擇性，鋪裝層的模量比取決于材料的組成設(shè)計(jì)。因此，在滿足鋪裝層路用性能的前提下，為了達(dá)到減小鋪裝層的拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力的目的，要充分發(fā)揮材料組成設(shè)計(jì)的作用，設(shè)計(jì)出能適應(yīng)橋面鋪裝層受力特性和防水要求的嵌擠密實(shí)型瀝青混合料。研究表明，在混凝土橋的鋪裝中使用增強(qiáng)纖維瀝青混凝土具有較好的效果且經(jīng)濟(jì)，能增強(qiáng)鋪裝層瀝青混凝土的柔韌性，改善鋪裝層的受力狀態(tài)，防止橋面鋪裝層出現(xiàn)開裂、脫落等現(xiàn)象，最終提高橋面鋪裝層的使用品質(zhì)和延長其使用壽命。當(dāng)然，也出現(xiàn)了諸多改性瀝青、SMA、環(huán)氧瀝青混凝土、瀝青瑪蹄脂混合料、澆注式瀝青混凝土等橋面鋪裝新材料和新技禮它們都具有較好的性能，但需增加設(shè)備，增加了一定的施工難度，造價(jià)比較高，一時(shí)還難以大面積推廣。若條件具備，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)、技術(shù)論證也可以使用于混凝土橋面鋪裝上。
3．3橋面鋪裝層的加固施工（瀝青或水泥砼）
首先，清除或刨洗橋梁舊鋪裝層。在清除過程中注意處理的、厚度等。在使用機(jī)械清除時(shí)其注意不得損壞舊橋的預(yù)制梁板、伸縮縫等構(gòu)造。
其次，認(rèn)真清洗舊橋面。對已經(jīng)刨洗完畢的舊橋鋪裝層及時(shí)外運(yùn)，用人工清掃廢舊料，用高壓水沖洗粱板頂面，使之清潔并干燥。再次，重鋪新橋面。水泥混凝土橋面鋪裝在澆筑混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)等級后，才可開放交通，其車輛荷載不得大于設(shè)計(jì)荷載。如果經(jīng)監(jiān)理工程師同意采用快硬水泥混凝土鋪裝，開放交通的時(shí)間需根據(jù)試驗(yàn)確定。
瀝青混凝土橋面鋪裝應(yīng)待攤鋪的混合料完全自然冷卻，其表面溫度低于5O℃后，方可開放交通。需要提早開放交通時(shí)，可灑水冷卻降溫。伸縮裝置安裝完畢，預(yù)留槽澆筑的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可開放。
