淺談橋梁加固技術

王 瑤,吳勝德

(黑龍江省高速公路建設局)

橋梁是公路交通的咽喉,其使用功能的好壞直接影響整條線路的暢通,既有公路中由于受到當時局限的設計、材料、施工加固等各方面的影響,嚴重制約了公路運輸事業的發展,加上不能適應現在交通量飛速增長,使得舊橋檢測和舊橋加固技術顯得非常迫切,因此研究如何修復這些橋梁已成為當今橋梁設計的重要課題。隨著經濟的日益發展,交通運輸量的迅速增長,危橋總量也不斷上升,若將其拆除重建,不僅要耗費大量資金,而且工期也較長;若有計劃、有步驟的對現有舊橋進行加固改造,橋梁加固后,可以延長橋梁的使用壽命,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,為國家帶來巨大的經濟和社會效益。因此,加固設計必須本著“牢固可靠、簡便耐用、經濟適用”的基本原則。

1 加固方法

加固,簡單來說,就是通過一定的措施使構件乃至整個結構的承載能力及其使用性能得到提高,以滿足新的要求。舊橋加固方法可綜合為以下幾類。

(1)結構性加固

體外預應力加固法。體外預應力法的加固原理是在梁的下緣受拉區設置預應力材料,通過張拉對梁體產生偏心預應力,在此偏心壓力作用下,使梁體發生上拱,抵消部分自重應力,減小了結構變形和裂縫寬度、改善了結構受力,能夠較大幅度的提高結構承載力。目前,常用下撐式預應力拉桿加固法和外部預應力鋼絲束加固法兩種。

在合理安排施工流程的情況下,該方法可最大限度地減少對橋上交通的影響,甚至可以在有限開放交通的情況下組織施工,因此近年來國內工程實例較多。如 301國道盤錦立交主線橋和盤錦立交WH匝道橋的加固。但加固后體外預應力筋的防腐問題一定程度上增加了后期養護費用,因此,一般不是公路部門的首選加固方法。

粘貼鋼板或碳纖維(CFRP)加固法。粘貼鋼板加固法是采用粘結劑和錨栓將鋼板粘貼錨固于混凝土結構受拉面或其它薄弱部位,使鋼板與加固混凝土結構形成整體,以達到提高結構承載能力的目的。該方法具有基本不改變原結構的尺寸、施工簡單、技術可靠、短期加固效果較好且工藝成熟等優點,近些年來在鋼筋混凝土橋梁的加固維修中為公路部門廣泛采納,是近幾年應用最多的加固方法。碳纖維加固技術是近幾年內才由國外引進的一種新技術,因其強度高,耐腐蝕,且施工簡便等優點,目前已廣泛應用于實際工程中,但由于碳纖維本身的一些缺陷,如脆性、耐火性不好等使得這種材料的應用受到限制。

增大截面與配筋加固法。增大截面與配筋加固法一般采用在梁底面或側面加大尺寸,增配主筋,以提高主梁截面的有效高度,從而達到提高橋梁承載能力的目的。然而,由于增大截面法在施工過程中全部的作業需在梁底進行,施工難度較大且施工質量難以控制,因此,盡管在某些情況下費用并不太大,但以上因素制約了該技術的廣泛應用,一般用于 T型截面梁的加固維修。改變結構受力體系加固法是通過改變橋梁結構受力體系以達到提高結構整體承載能力的目的,是一種變被動為主動的加固方法。這種技術具有提高結構承載力,增大結構剛度,減小撓度等優點。但該加固方法施工改造時一般要涉及到橋面鋪裝的再處理,增加了改造費用且加固效果受負彎矩區施工質量的影響較大,目前極少單獨采用。此外,結構性加固方法還有增設主梁加固法、錨噴混凝土加固法和增加橫向聯系加固法等。

(2)非結構性加固

鋼纖維混凝土修復橋面鋪裝層。對橋面鋪裝層的嚴重破損,可考慮采用鋼纖維混凝土修復。這種材料具有高強度、抗裂能力強,抗沖擊耐磨耗等性能,可延長橋面的使用壽命,在不增加橋梁恒載的情況下,改善梁的結構受力性能。

伸縮縫的更新改造。在橋梁維修中,以下幾種類型伸縮縫的使用是較成功的。SFP“三防”型伸縮縫在大型橋梁上的應用情況良好;仿毛肋伸縮縫在大、中型橋梁的大量使用,效果明顯;TST、FG系列橋梁無縫伸縮縫,在中小行橋梁上也得到廣泛使用。

(3)U型高橋臺加固

預應力錨索框架法。該加固法采取在 U型橋臺前墻和兩側墻外加套 40cm的鋼筋混凝土,并在兩側墻增設水平預應力索對錨和前墻增設地錨的方案。該方案適用于不能中斷交通又無法架設便橋的高橋臺病害修復。錨桿配合鋼筋混凝土抱箍法。該加固法采取臺腔與橋臺基礎持力層進行壓漿固化,再打入錨桿與槽鋼抱箍,最后在U型橋臺前墻和兩側墻外加套 25cm的鋼筋混凝土,新舊墻體采用錨桿連接形成整體。該方案適用于地基承載力不足,且施工處理不到位,造成橋臺前墻下沉。

(4)橋墩加固

橋梁下部結構加固的主要目的是提高橋墩的整體承載能力。如橋墩發生了結構性損傷,可以用外包混凝土、粘貼鋼板或碳纖維的方法進行加固。但是對于實體橋墩等橫向剛度比較大的結構,其狀態變化主要是由地基所引起,此時可重點從回填硬土或者對地基進行注漿等方法提高其約束橋墩的能力,提高橋墩的整體承載能力。抬樁就是通常使用的一種有效的加固方法,即在舊樁的兩側各增設一根樁,并通過植筋擴大承臺,共同受力。另一種樁基加固方法是鋼筋混凝土套箍。由于下部樁基施工等原因,造成樁基縮徑,采用的加固方法是清除樁體虛浮物,通過植筋后,外抱箍微膨脹混凝土。

2 加固方案選擇

加固方案與諸多因素有關,常考慮的主要因素有橋梁結構型式;橋位地形、水文、自然狀況;橋梁現狀分析研究結論;施工技術水平;能否封閉交通;預期加固效果;資金投入量等。合理的加固方案是將上述加固方法優化組合,體現出加固效果及經濟效益。應注意以下兩點,不同的加固方法有對應的設計計算方法;加固后的橋梁結構承載能力提高幅度受原結構的制約,如原結構配筋率、截面尺寸等,不可能無限制地提高承載能力。

3 加固效果評價

橋梁加固應在不斷總結經驗和技術進步的基礎上形成專門規范,同時要重視對加固后的橋梁進行檢測和觀察,以確定加固的效果。橋梁加固后的上部結構通常是用靜載或動載試驗,將試驗結果與加固設計的計算結果進行對比,來判斷橋梁加固成功與否。但對下部結構而言,不方便進行荷載試驗,通過其頻率變化來定量評估橋墩的加固效果。

橋梁的加固維修技術是最近興起的一門新技術,為了指導橋梁加固技術的應用,需提出一整套完整的實用性公路橋梁檢測、評定與加固成套的技術規范,為公路危舊橋的改造提供技術支持,確保危舊橋的改造工作科學合理、經濟安全,使得橋梁加固做到“有法可依”。