淺談橋梁加固與維修技術
2015-06-09
0 引言
橋梁是我國道路交通的重要組成部分，現(xiàn)有橋梁有很大一部分都是上世紀修建的鋼筋混凝土橋[1]。橋梁鋼筋混凝土材料雖然在強度上能很好的滿足要求，但是耐凍耐腐蝕性都不是令人滿意。橋梁使用的材料本身存在構件老化、強度降低的問題。除此之外，由于我國交通運輸業(yè)的發(fā)展和交通運輸設備的大型化，橋梁所承受的載荷日益增大，尤其是大量超載車輛更是加劇了橋梁的破損。這些問題的出現(xiàn)對于交通運輸安全和區(qū)域經濟發(fā)展至關重要，如何在有限的資金條件下，維修、加固好舊橋、病橋是一個重要的課題
目前，我國舊橋的數量多，在保證安全的前提下，對其進行維修加固，有利于減少投入，具有較好的經濟效益和社會效益。隨著汽車保有量的增加，車流量增大，在原有道路升級改造后，原有橋梁的通過能力限制了總體的通過能力，需要對舊橋進行加寬處理，可以減少投資和交通封閉時間。橋梁修復可以延長使用年限，提高承載能力，保證通車安全，因此研究橋梁加固與修復技術有重要意義。
1 常見的橋梁問題
各種橋梁病害隨著運營時間會逐漸顯現(xiàn)，但是在橋梁運營初期很多內部的病害并不能直接顯現(xiàn)，難以早期發(fā)現(xiàn)。無損檢測作為早期評定橋梁運營狀態(tài)的一種技術手段，可以檢測混凝土內部裂隙和鋼筋的狀態(tài)，此時期的修補以簡單修補為主要手段。各種嚴重問題也會隨之出現(xiàn)，主要有以下幾種：表面缺陷，內部缺陷，結構裂縫，橋梁構件及附屬設施出現(xiàn)損傷。
2橋梁常見的加固維修方法
橋梁的加固維修需要根據不同的損害方式和損害程度，制定專門的加固維修方案，因為評定橋梁損害程度和具體實施的限制，橋梁加固維修難度往往大于新橋建設難度。加固維修方法有以下類型：表面缺陷與斷裂修補、增大截面加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼碳纖維復合材料加固法、體外預應力加固法、改變結構體系加固法、橋面系補強和減載法等加固維修方法[2]。
2.1表面缺陷和斷裂修補
此類缺陷一般不會對橋梁結構造成直接的影響，但是影響橋梁結構的耐久性，對表面缺陷的修復可以在一定程度上減少外界因素對橋梁耐久性的影響，起到延長橋梁結構壽命的作用。一般來說，對裂縫的修補是為了對裂縫進行封閉，避免外界的空氣、水等介質進入構件內部，造成構件強度的弱化和鋼筋的銹蝕。此類修補不能增加橋梁結構的承載能力，對于橋梁結構性開裂需要采取其他措施進行補強。瀏陽河北大橋預應力箱梁內頂澆灌早期出現(xiàn)細微裂縫，半年內基本趨于穩(wěn)定[3]。
2.2增大截面法加固法
增大界面法是在原來的基礎上，增加構件受力面積，將原來受力構件進行擴大，從而提高橋梁構件的承載能力。增大界面加固法常見的形式有：加厚橋面板法，增大受拉區(qū)梁截面法，增大受壓構件截面法三種。此方法技術成熟，工藝簡單，費用低，但是養(yǎng)護工作量大。例如，廣州番禺區(qū)蕉門大橋為簡支梁橋，主橋梁下沿產生較多裂縫，采用的就是該方法。加固后跨中截面抗彎承載力由原來的1676KN·m提高到2363KN·m，斜截面抗剪承載力從623KN提高到1035KN[4]。
2.3粘貼鋼板加固法
粘貼鋼板加固法將高強鋼板粘貼到構件受力部位，是鋼板和構件均勻的共同受力，以此提高構件整體的承載力，限制混凝土變形，適合軸向受力的橋梁構件。北京國貿橋由于周邊樓宇開發(fā)反復疏降水，導致異形板產生變形，采用1.5m和0.5m寬的條形鋼板對異形板周圍裂縫進行加固維修[5]。在白鶴電廠重型設備途徑的橋涵中，采用粘貼鋼板加固的15座石橋安然無恙，也證明了粘貼鋼板法的安全經濟[6]。
2.4粘貼碳纖維復合材料加固法
碳纖維材料具有較高的強度和耐久性，其抗拉強度是同截面剛才的68倍，重量輕、強度高，同時可以用環(huán)氧樹脂粘貼，易施工的特點。常應用于板橋的抗彎加固，除此之外還適用于橋梁的地震破壞修復。如325國道佛山大瀝段某橋就采用了碳纖維粘貼加固方法，從修復結果來看，修復后撓度由原先的22mm減小為9mm，取得了良好的效果[7]。
2.5體外預應力加固法
體外預應力施加就是在原橋梁構件外施加主動預應力鋼絞線，主要目的是調整結構應力分布，以提高結構承載力和抗裂性，可以在不中斷交通的情況進行加固維修。如石咀橋的修復就是采用體外預應力加固法，石咀橋為簡支鋼筋混凝土橋，其橋面下降，鋪裝破壞，主梁破損有裂縫，主梁跨中抗彎承載力減低16.2%，加固后承載能力評定結果滿足公路Ⅱ級荷載要求，取得了良好的效果[8]。
2.6改變結構體系加固法
此法以增設附件或者調整自重的方式，改變橋梁受力狀況，減小承載結構應力。常用的手法有調整拱上自重，加入新的支承點縮短計算跨度，加水平系桿加固等方法。
2.7橋面系補強和減載法
橋面系存在著最普遍的病害現(xiàn)象，如橋面龜裂、積水較大裂縫，伸縮裝置松動，混凝土面破損等。針對不同橋面形式，有兩種常見的維修方法：補強法就是在橋面加鋪一層鋼筋混凝土，使橋面均勻受力，防止局部破壞引起破壞擴大；減載法是針對發(fā)生變形的大跨度橋梁，減小橋面厚度，以減小承載結構的負荷，提高橋梁性能。例如某橋為一凈跨度為70m的空腹石拱橋，軸線嚴重變形，拱石開裂，橋面系破損嚴重，采用高壓注漿和套箍增強拱圈，拆除原橋面系，更換為自密實鋼筋混凝土，提高了橋面強度的同時也使得橋面恒載降低了34%[9]。
3 結語
在幾十年的摸索中，我國橋梁加固維修積累了一定經驗。橋梁的加固維修可以使用單一的方法也可以幾種方法組合使用，需要根據橋梁加固的原因和特點，制定詳細的技術方案，提高了橋梁的安全性能的同時又降低了建新橋成本。如碳纖維材料等新材料的應用對橋梁加固維修技術起到了促進作用，同時也降低橋梁加固維修成本和難度，在實踐中得到了廣泛應用。
