論舊橋加固方案設計

吳建鑫 周 超 邢佳鵬

舊橋加固技術是一門新的課題。目前,我國公路、鐵路交通事業蒸蒸日上,不少高速公路已建成投入運營中,還有不少正在建設的高速公路和其他等級的公路也即將建成投入運營[1]。但是,由于施工質量和橋梁設計等方面的原因,使得橋梁的檢測和加固成為必要,更因為建國以來所修建的不少舊橋,由于受到當時的設計、材料、施工等方面的影響和局限,先天不足,加上不能適應目前交通量的迅猛增長,使得舊橋的檢測和加固技術顯得非常迫切。近年來,舊橋加固工程越來越多。據不完全統計,我國的公路危橋約有8 000余座,但至今未看到專門的橋梁加固規范。

1 橋梁加固的理論基礎

目前國內外對橋梁的檢查與加固維修的方法和技術研究較多,對相關理論基礎的研究卻相對較少。王光遠院士曾指出,當前力學工作者與結構工作者的精力主要集中于研究結構分析、設計和施工的理論和方法(其目的是提高結構設計和施工的質量),而對于結構系統的方案論證以及服役后的評估和維修理論則研究較少,這是力學界與結構工程界研究的一個薄弱環節。可以預見,從基本理論角度對既有橋梁加固方案進行研究,是今后橋梁研究工作中的一個重要方向。

2 舊橋加固基本方法

2.1 加大截面加固法

加大截面加固法也稱外包混凝土加固法,是用增大混凝土結構物的截面面積和配筋進行加固的一種方法。這種加固方法要求被加固的橋梁下部結構能夠承受更多的自重,能夠提供更高的承載力。通常情況下,以加厚橋面板或者加大主梁的梁肋寬度為主[3]。該法施工工藝簡單、適應性強,并具有成熟的設計和施工經驗,適用于較小跨徑的T梁橋或者板橋的加固。采用此法加固后橋梁剛度明顯提高,承載能力也取得較好的效果。但現場施工的濕作用時間長,對生產和生活有一定的影響,且加固后的建筑物凈空有一定的減小。

2.2 預應力加固法

采用外加預應力的鋼拉桿對結構進行加固的方法,預應力技術能大大縮短施工工期,能降低被加固構件的應力水平,不僅使加固效果好,而且還能較大幅度地提高結構整體承載力,但加固后對原結構外觀有一定影響。適用于要求提高承載力、剛度和抗裂性及加固后所占用空間小的橋梁[4](見圖1)。

2.3 改變結構受力體系加固法

此法是改變橋梁結構受力體系,達到提高橋梁承載能力的目的。改變結構體系的方法有多種,但往往都需要在橋下操作,或設置永久設施,因而減小橋下凈空,或施工時會影響通航,所以必須考慮通航及橋梁排洪能力。但是,該法由于加固效果較好,是目前常用來解決臨時通行超重車輛的一種加固措施。重車通過后,臨時支撐可以隨后拆除。

2.4 粘貼FRP加固法

此法是采用高強度或高彈性模量的纖維復合材料,用專門配置的粘貼樹脂或浸漬樹脂粘貼在橋梁混凝土構件表面,使之與原構件形成整體共同受力的加固方法。目前,結構工程中常用的FRP材料有玻璃纖維(GF劑)、碳纖維(CFRP)和芳綸纖維(AFRP)3種,其中以碳纖維增強復合材料(CF劑)應用最多。該方法的主要特點是:高強高效,可設計性強,基本不改變原結構外觀,不會對原結構造成損害;運輸、儲存、施工更方便、快捷,容易保證施工質量,而且后期維護費用低(見圖2)。

2.5 噴混凝土加固

該法是在原有結構上噴涂一層高品質的混凝土,以恢復對鋼筋的保護,提高已剝離或變質的混凝土的強度,提供美觀表面的功能,是目前常用的維修加固方法,但只能用于結構破壞非常輕微的橋梁構件中。

2.6 有粘結外包型鋼加固法

該法也稱濕式外包鋼加固法。特點是受力可靠、施工簡便、現場工作量較小,但用鋼量較大,且不宜在無防護的情況下用于60℃以上的高溫場所。適用于使用上不允許顯著增大原構件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結構加固(見圖3,圖4)。

2.7 擴大基礎加固法

擴大基礎加固法即擴大橋梁基礎底面積。此法適用于基礎承載力不足或埋深太淺,而墩臺又是磚石或混凝土剛性實體式基礎的情況。擴大基礎底面積應由地基強度檢算確定。當地基強度滿足要求而缺陷僅僅表現為不均勻沉降變形過大時,采用擴大基礎底面積的加固,主要由地基變形計算加以選定。

2.8 增補樁基加固法

增補樁基加固法即在樁式基礎的周圍補加鉆孔樁,或打入鋼筋混凝土預制樁,擴大原承臺,以此提供基礎的承載力,增強基礎的穩定性,主要用于當橋梁墩臺基底下有軟臥層,或墩臺基礎未下至堅硬層時,墩臺發生沉陷以及樁的深度不足,或由于水流沖刷等原因使樁發生傾斜的情況。

2.9 鋼筋混凝土套箍或護套加固法

當橋梁墩臺由于基礎埋置深度不夠,或因施工質量控制不嚴等原因導致墩臺開裂破損時,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。加固時一般在墩身上、中、下分設三道圍帶,其間距應大致相當于橋墩側面的寬度。

2.10 墩臺拓寬方法

利用舊橋基礎,靠墩臺蓋梁挑出懸臂加寬部分,以便安裝加寬的上部結構。此種情況為只加寬墩臺上部的蓋梁,墩身和基礎則不需予以加固。采用此法加寬墩臺時,舊橋墩臺基礎必須完好、穩定,且需經過承載力驗算后才能采用。否則,應在老橋的墩臺旁,另新澆筑拓寬部分的墩臺及基礎。

3 橋梁的加固與管理

除了探索橋梁維護加固補強的施工工藝與技術外,研究橋梁檢測與安全性評估方法,建立有效的橋梁檢測與預警系統,都是橋梁加固工程中的重要內容。事實上,設計應該和管理相配合,在設計的過程中,就應該規定安全性評定的標準以及日常管理的一些內容,包括橋梁的預期使用壽命、日常運營和定期檢測加固等等,使得加固更有針對性,而管理更有目的性。

4 結語

橋梁加固是隨著日益增長的交通運輸業而產生并隨其發展的新課題,它很好地處理了新工程與舊工程的銜接,是實現可持續發展的物質保障。因此,橋梁加固技術的發展意義相當重大。同時,各種新型材料以及粘結劑的發展,新方法的運用,使得橋梁加固的對象更廣,施工更方便快捷,效果更明顯。

[1] 葉吉軍.橋梁加固技術的研究與應用[D].上海:同濟大學碩士學位論文,2007.

[2] 郭 健.粘鋼法加固橋梁結構淺析[J].甘肅科技,2003,19(10):8-11.

[3] 金鳳溫.橋梁加固技術的發展及其應用[J].工程管理,2003(8):11.

[4] 張 艷.體外預應力法在連續剛構橋加固中的應用研究[D].成都:西南交通大學碩士學位論文,2008.