橋梁維修與加固技術方法

劉鐵志

(黑龍江省高速公路管理局)

公路橋梁造價昂貴,在公路運輸中發揮著重要作用,因此,人們在橋梁建設過程中,總是采取各種措施,千方百計確保工程質量。盡管如此,公路橋梁長期在自然環境(大氣腐蝕、溫度、溫度變化)和使用環境(荷載作用與頻率的增加、材料與結構的疲勞)的作用下,總會逐漸產生損壞現象,因此加固、維修便成為一個十分突出的問題。

1 針對橋梁所發生的不能滿足繼續使用的狀況進行處理

(1)橋梁使用一定年限之后,出現結構陳舊老化、破損影響到原有設計能力而危及運行的,必須予以修補,使之恢復到原有設計的承載能力。

(2)橋梁基本完好,但當初設計標準低,經過一段時間的交通發展,荷載標準或橋上、橋下的凈空不能滿足新交通的需要,需對橋梁維修才能適應新的交通。

(3)橋梁設計標準合理,結構基本完好,但橋梁遇到某種特殊需要,是原設計所沒有包括在內的荷載或結構變化的添加,而需要臨時加強的。

2 橋梁加固技術

(1)粘貼補強材料。此種方式所涉及的加固手段主要有粘鋼加固、碳纖維加固等。

(2)增大構件的截面。此種方式所涉及的加固手段主要有化學植筋、噴射混凝土等。

(3)增加輔助構件。例如增加混凝土構件、增加鋼構件、增加體外預應力等。

(4)對結構的微小縫隙進行粘結填補。例如,環氧樹脂低壓灌縫。

3 加固方法的選用

(1)上部 T梁。

①由于粘貼加固法中的鋼板粘貼加固法和炭纖維粘貼加固法施工難度較大、造價較高且其加固方法并不能提高 T梁的剛度從而在根本上解決T梁擾度過大的問題。

②截面增強法雖然施工難度較高但造價較低,且可以提高橋梁的設計荷載,可以提高T梁的剛度在根本上解決T梁擾度過大的問題。故在橋梁維修加固設計中采用方法。

③T梁的裂縫采用壓力灌漿和鑿槽嵌補法進行封閉。

(2)下部墩臺。

①由于原有橋臺為 U型橋臺,在運營過程當中未出現大的病害故在此次設計位于維修加固。

②橋墩采用鋼筋混凝土套箍或護套加固法和增加承臺法進行加固。

4 橋梁加固改造的基本方法

4.1 增大構建截面加固法

主要針對因受力鋼筋和截面尺寸偏小、荷載等級偏低而導致承載力不足的缺陷、主要法增加受力主筋,加大主梁截面,加厚橋面特設層(板)等。該加固方法應用范圍廣,施工工藝簡單,并具有成熟的設計和施工經驗,能有效增大截面尺寸及截面剛度,但現場作業量大,養護期長,而且界面增大還需注意對結構外觀和凈空的影響。

4.2 壓力灌漿和鑿槽嵌補法

各類混凝土橋梁的裂縫修補。對于縫寬小于 0.3mm的裂縫或表面裂縫可采用表面封閉;對于 0.3～0.5mm的裂縫可采用化學灌漿封閉;對于大于 0.5mm的裂縫則需采鑿槽嵌補法修復。裂縫較大時采用手壓泵注漿;裂縫較細或灌漿量小時采用注射器注漿;裂縫較細或灌漿量小時采用注射器注漿;封閉應嚴格;作業要防火、防毒;鑿槽嵌補時應將槽內清除干凈,用水泥砂漿填補時槽內應濕潤,用環氧砂漿時槽內應干燥。

4.3 粘貼鋼板加固法

(1)堅固耐用：經過多年來的工程實踐,已經證明完全能保證加固工程的質量,結構的強度和剛度都能滿足設計的要求。膠粘劑老化試驗耐久性能滿足要求。粘鋼加固后的結構試驗,也證明強度和剛度的設計方法是正確的和可靠的。

(2)施工快速：在保證粘鋼加固結構質量的前提下,快速完成施工任務,并能根據業務要求,在不停產不影響使用的情況下完成施工。

(3)簡潔輕巧：與其他加固方法比較,粘鋼加固的施工干凈利落,比較簡便,現場無濕作業。完成加固后的結構外觀不改變,比較輕巧,鋼板薄,結構自重增加極微,不會導致建筑內其他構建的連鎖加固。

(4)經濟合理：由于施工快,避免或減少工廠停產時間,節約加固材料,與其他加固方法比較,粘鋼加固的費用大為節省,經濟效益很高。

4.4 粘貼碳纖維增強塑料加固法

碳纖維復合材料通常由纖維和基體組成。加固混凝土結構用的纖維材料目前主要有玻璃纖維,碳纖維和芳綸纖維。纖維復合材料的力學特點是其應力變量完全線彈性,不存在屈服點或塑性區。由于碳纖維具有高強、輕質、耐腐蝕、耐疲勞等優異物理力學性能,以及現場施工便捷,碳纖維布的抗拉強度一般為 3550MPa,彈性模量為2.35×105MPa。根據碳纖維布的品質產不同,其厚度在 0.11～0.43mm,幅寬在 20～100cm,卷材長度為 50～1000cm,是舊橋加固補強的比較理想材料。

4.5 鋼筋混凝土套箍或護套加固法

當橋梁墩臺由于埋置深度不夠,或因施工質量控制不嚴等原因,導致墩臺破損時,有時會出現貫通裂縫,可采用鋼筋混凝土圍帶或鋼箍進行加固,當墩臺損壞嚴重。如有嚴重裂縫及大面積表面破損、風化和剝落時,則可采用圍繞整個墩臺設置鋼筋混凝土護套的方法進行加固。

5 橋梁維修加固設計

5.1 上部 T梁的加固設計

設置下馬蹄,并根據計算配置 4Φ25+2Φ20鋼筋,馬蹄尺寸為 33cm×28cm,梁高由原 135cm增高至 153cm。經過計算橋梁的抗力強度及剛度已經滿足汽 -20,掛 -100設計的荷載標準。

(1)其荷載效應的控制值為 Mj=3113.1kN?m,拉力效應的理論計算值為 Mj=4221.5kN?m。

(2)剪力荷載效應的控制值為Qj=556.2kN,控制截面的鋼筋所需面積為 Aw=16.9cm,控制截面的鋼筋實有面積為Aw'=32.6cm2。

(3)附加恒載及活載對截面產生的上緣混凝土應力為8.5kPa,下緣鋼筋應力為 151kPa,均小于容許應力。

(4)附加恒載及活載產生的跨中撓為 5.85mm和25.2mm,均小于容許值。

5.2 更換支座

原橋支座為鋼板支座和活動擺柱支座,改造后全部改為板式橡膠支座。為此將原橋活動擺柱支座拆除,設預制墊塊調整其標高。由于原橋鋼板支座與主梁和蓋梁都由預埋筋焊牢,無法清除。故采用槽型鋼板扣住鋼板支座,一方面免除剔掉鋼板支座的麻煩和對主梁和蓋梁的傷害,也為設置橡膠板支座增加了承壓面積。

5.3 橋臺的改造

橋墩基礎加固對 1#～18#,23#～30#墩進行,19#～22#墩為群樁承臺基礎,有較高強度儲備,0#及 31#為橋臺基礎不允加固。加固采用在雙柱間設置承臺,形成樁基與擴大基礎聯合作用,圖中承臺所設位置在樁柱結合面以下 2m,按此承臺加固時,增加基礎承壓面積 10.3m,以該橋位處地質狀況為松散砂礫,其地基礎強度為(200～300kPa),故可提高地基承載能力 206～309t而承臺本身自重只為 25.8t。1～30#橋墩墩柱均采用鋼筋混凝土套箍法進行回固。

6 使用效果和效益分析

該橋的維修加固僅用了 5個月時間,工程投資 510.8萬元,平均每延米造價 7421.8元,達到了節省投資、縮短工期、提高橋梁通行能力的目的。以該橋和相關資料考核比在原舊橋旁新建一座相同長度和寬度的橋梁,可節約投資67%,工期縮短 60%。該橋經過幾年的通車運營,未發現異常跡象,行車舒暢,使用效果良好,經濟效益和社會效益巨大。

7 結束語

舊橋的補強加固是橋梁工程中的重要組成部分,不能重建輕修,舊橋的補強加固比新建造橋梁難度大,因為舊橋的補強加固沒有現成的設計規范,又沒有現成的施工驗收標準,需要廣大的技術人員通過對舊橋的實際情況進行評估,而橋梁的病害又錯綜復雜,病害原因難以確定。因此,對這些橋梁進行病害分析,提出相應的維修加固措施,具有顯著的經濟效益和社會效益。

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[1]顏志華.舊橋加固技術淺談[J].甘肅科技,2003.

[2]崔國喜.混凝土橋梁補強加固技術[J].華北水利水電學院學報,2002.

[3]楊文淵.橋梁維修與加固[M].人民交通出版社,2000.