關于橋梁加固的探討
2016-08-22
1 我國公路橋梁的現狀
橋梁是公路建設中的重要結構物，肩負著跨越海峽、江河、溝谷的連接功能，以及上跨公路、鐵路的連接通道，同時擔負著城市立交和高架橋的使命，是保證全線通車的咽喉。近20年來公路建設得到大力的發(fā)展，據不完全統計，目前我國建設好的橋梁已超過了60萬座，躋身于世界橋梁大國行列。由于以前橋梁設計標準偏低，在自然環(huán)境影響下，超期、超載服務，大部分橋梁處于帶“病”使用。根據20世紀90年代末的統計，中國只有40%的橋梁使用年限在25年以上，如今也不會樂觀，而橋梁的設計使用年限為100年。橋梁的修建跟當時經濟、環(huán)境等因素相關，我國20世紀60～70年代修建的雙曲拱橋，因其耗鋼材少，預制裝配成橋，造價低，施工方便；但是接縫太多，形成薄弱環(huán)節(jié)，鋼材投資又嚴重不足，如今正常使用的太少。近30年來大量修建的鋼筋混凝土箱型拱橋，橋道系病害較多。近20年來修建的預應力混凝土連續(xù)剛構橋，普遍出現收縮徐變完成后，跨中仍然持續(xù)下撓，腹板、底板、頂板開裂。還有現代化城市發(fā)展的城市立交橋，高架橋，排水不暢，橋面損壞，車輛日益增多，負荷加重，病害發(fā)展加快?？傊S多橋梁都存在不同程度的病害，正需要加固維修。
2 病害情況和原因分析
2.1 病害情況
由于橋梁的類型多樣，所處的地理位置、自然環(huán)境差異性較大，承受的使用發(fā)展變化性更大，故橋梁的病害較復雜多樣。主要有橋面排水失效，橋面鋪裝、欄桿破損、殘缺，伸縮縫老化、損壞失效，支座老化、變形、開裂失效，橋梁結構開裂、破損，鋼材透蝕，橋梁下撓，橋梁強度、剛度、穩(wěn)定性滿足不了使用安全的要求。
2.2 原因分析
?。?）設計結構原因。設計時沒有充分考慮到橋梁“最不利”狀態(tài)的情況，沒有計入一切可能出現的不利因素，使設計存在缺陷或不當，設計的可靠性不能全面滿足各種使用狀態(tài)。
?。?）施工原因。施工單位為了追求最大化的利益，沒有嚴格按照設計要求組織施工，沒有細化施工工藝，沒有按設計和規(guī)范要求控制施工全過程的質量；施工管理人員和技術人員的知識水平和責任心不夠強。（3）材料原因。混凝土在強度發(fā)展過程會不斷的產生收縮徐變，特別施工周期較短的混凝土結構，施工結束后收縮徐變較大。（4）車輛超載。車輛超載超限嚴重，且數量發(fā)展較快，特別重載車高速沖擊，加速了病害的發(fā)展。（5）養(yǎng)護不到位。養(yǎng)護意識不夠強，日常檢查、維護不到位，使病害發(fā)展加快。
3 橋梁加固的必要性
根據我國經濟和交通運輸的發(fā)展要求，橋梁設計載重標準經歷了從汽-10、汽-13、汽-15、汽-20、發(fā)展到如今的汽-超20標準，其中載重標準在汽-20以下的橋梁占多數；驗算荷載也經歷了拖-30、拖-60、拖-80及掛-100、掛-120的發(fā)展過程，這樣許多橋梁的原設計規(guī)范標準過低?，F在交通量日益增加，車輛超限超載現象泛濫，相應的公路橋梁的負荷不斷加重，一大批橋梁出現不同程度的病害，如變形、破損、開裂、結構老化等，因此造成橋梁的荷載能力明顯下降，有相當一部分成為危橋，安全狀況值得高度重視。
橋梁建在自然環(huán)境中，既受自然環(huán)境影響，又受使用環(huán)境影響，若把有病害的危橋都將其拆除重建，不僅要耗費大量資金，而且工期也較長，同時阻斷交通，增加運輸困難，造成大量的經濟損失；若有計劃、有步驟的對現有橋梁進行加固改造，橋梁加固后，可以提高承載力，延長了橋梁的使用壽命，用少量的資金投入，使橋梁能滿足交通量的需求，還可以緩和橋梁投資的集中性，為國家?guī)砭薮蟮慕洕蜕鐣б?。所以加固橋梁是增加橋梁的穩(wěn)固性能，提高橋梁的承載能力，避開橋梁的薄弱段產生坍塌事故，是減少交通事故和經濟損失的必要途徑，也是可行有效的方法。
4 橋梁加固原理和原則
4.1 橋梁加固原理
（1）現場收集的數據真實可靠，相關參數選擇合理，評定方法科學有效，確定病害級別，加固可行。（2）加固方案可靠，便于施工控制質量，滿足恒載要求。（3）加固后產生的二次應變在有效范圍，且與原橋結構能共同工作，變化、變形基本同步。
4.2 橋梁加固原則
?。?）恒載應力原則。橋梁在運營過程中，隨著材料的老化、風化，承載結構裂縫的開展，截面尺寸的破損以及永久性變形的增大，橋梁本身在恒載作用下其承載能力不能滿足要求；另外，橋梁加固后，由于加固層增加了原橋的負擔，還應驗算橋梁在本身恒載與加固層恒載作用下結構應力是否滿足強度要求。（2）組合應力原則。在各種最不利荷載組合作用下，原橋結構應力必須滿足強度要求，橋梁加固的精髓在于新、老結構層能夠協調變形，，共同承擔活載作用。（3）極限承載力原則。在最不利荷載組合作用下，橋梁加固后其強度和穩(wěn)定性均要滿足要求，也是體現提高橋梁承載力幅度，加固效果是否顯著的原則。
?。?）方便檢查原則。橋梁加固在滿足以上三條原則的情況下，盡量留出方便加固后對原結構層的檢查點或檢查面，以便經常觀察加固效果，及時發(fā)現新增病害，快速判斷并采取處理措施，避免垮塌事故。
5 加固效果評估
因橋型多樣，建設時的年代和條件不同，橋梁產生的病害也不同，導致選擇的加固方案各異。加固效果主要跟加固設計方案的針對性、深度以及施工單位在施工過程中的質量控制情況相關。加固施工完成后，按照設計要求和技術規(guī)范進行靜、動載試驗，根據試驗結果與設計比較，然后評估加固效果。主要指標就是承載力、安全性、耐久性的提高。
6 經濟效益分析
?。?）一般橋梁加固的費用約為初建時的10%～30%，橋梁經過加固后安全儲備提高，使用壽命得到延長，節(jié)約了拆除重建的大筆資金。（2）避免了舊橋拆除重建時阻斷交通，增加了運營困難和帶來的經濟損失。
7 結語和展望
（1）橋梁初建設計時，要堅持全壽命成本最低的橋梁設計原則，同時注重安全、耐久、經濟、美觀、環(huán)保，要不斷更新設計理念，提高橋梁設計的可靠性，延長或減少橋梁的加固周期。（2）加固設計要綜合考慮，加固方案既能保證施工質量的控制，又方便加固后的日常檢查。（3）提高工程技術人員的知識水平和責任感，堅持精細化施工，過程可控，保證施工質量的可控性和可靠性。（4）注重運營橋梁的檢查和養(yǎng)護，加大投入，避免橋梁垮塌事故。（5）對中、小跨徑梁板橋承載力的提高，多采用主動加固方案，如預應力鋼絲加固。（6）增加加固后的監(jiān)控觀測費用，可以發(fā)現加固后的效果和還存在的缺陷問題，研究改進加固方法，發(fā)展更好的材料，探索更有效的工藝技術，如纖維復合材料的預應力施工；使橋梁加固的適用性、經濟性、安全性、耐久性更大提高。
