公路工程橋梁加固技術(shù)

中圖分類號(hào)：G307 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-925X(2011)07-0032-01

1 橋梁需要加固的原因

橋梁是公路的咽喉，其使用功能的好壞直接影響整條線路的暢通，既有公路中設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低的橋梁嚴(yán)重制約了公路運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展。我國(guó)公路橋梁 的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而不斷提高:設(shè)計(jì) 荷載由汽- 6 、汽- 8 、汽- 10、汽- 13 發(fā)展到汽- 15、汽- 20 及汽- 超20 級(jí);驗(yàn)算荷載也由拖- 30、拖- 60 、拖- 80 發(fā)展到掛- 100 和掛- 120。據(jù)調(diào)查，全國(guó)在20 世紀(jì)80 年代前建成的國(guó)道、省道和縣級(jí)公路中永久性大、中型橋梁的設(shè)計(jì)荷載達(dá)到汽- 20 級(jí)、掛- 100 標(biāo)準(zhǔn)的僅占6. 53 % ，汽- l0 、履- 50 及以下荷載標(biāo)準(zhǔn)的橋梁占9. 17 % ，其余84. 3 %的橋梁基本上是汽- 13 級(jí)和汽- 15 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。由此可見(jiàn)，既有橋梁已不能適應(yīng)當(dāng)前的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量和車輛載重不斷加大，公路交通的負(fù)荷日趨增大，使部分早期設(shè)計(jì)修建的橋梁的既有損傷不斷加重，加速了橋梁的老化、破損。特別是修建年代早、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低的橋梁，病害嚴(yán)重， 已不能維持正常使用，而只能限速限載通行，甚至不得不關(guān)閉交通，嚴(yán)重影響和制約了交通運(yùn)輸和地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

受資金和材料資源的限制，上述橋梁不可能全部拆除重建，而期望盡量利用既有橋梁，通過(guò)技術(shù)手段對(duì)舊橋進(jìn)行技術(shù)改造，恢復(fù)和提高其承載能力。

2 梁式橋上部結(jié)構(gòu)改造技術(shù)

梁式橋上部結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)主要有以下幾種: ①擴(kuò)大和增加原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面，以提高原結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度; ②以新的結(jié)構(gòu)代替原抗力不足的結(jié)構(gòu); ③改變?cè)Y(jié)構(gòu)的受力體系，使原結(jié)構(gòu)受力減少; ④對(duì)原結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，改善原結(jié)構(gòu)的受力性能。 其中，前三項(xiàng)為常規(guī)加固技術(shù)。

預(yù)應(yīng)力技術(shù)。

隨著荷載等級(jí)的不斷提高，橋梁工程逐漸向輕型、大跨度方向發(fā)展，預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在今后的橋梁加固中，現(xiàn)有加固技術(shù)可能在很大程度上受到限制，因此，有必要開(kāi)發(fā)和研究預(yù)應(yīng)力技術(shù)在舊橋改造中的應(yīng)用。

用預(yù)應(yīng)力技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固主要是通過(guò)后張法中的體外預(yù)應(yīng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其施工工藝:體外預(yù)應(yīng)力的預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)于砼構(gòu)件的外側(cè)，鋼束穿過(guò)設(shè)在構(gòu)件端部的擋塊和中部適當(dāng)位置的轉(zhuǎn)向塊進(jìn)行張拉，從而使砼構(gòu)件獲得預(yù)壓應(yīng)力。此法的主要目的是簡(jiǎn)化預(yù)應(yīng)力工藝，但結(jié)構(gòu)的受力|考試-大|特性比常規(guī)的粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼差，鋼材用量也較大，目前主要用于較大跨度的橋梁工程或維修加固工程中。

下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿法。

當(dāng)橋下凈空能夠滿足通車、通航要求時(shí)，可采用在梁下設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉桿的方法進(jìn)行加固。設(shè)計(jì)時(shí)一般采用粗鋼筋作為拉桿，兩端錨固在梁端，中間采用單柱或多柱支撐，使梁受到預(yù)應(yīng)力的作用。施加預(yù)應(yīng)力的主要方法: ①橫向收緊法。將拉桿分兩層布置于梁底兩側(cè)，在靠近梁的支座附近向上彎起，與固定在梁端的錨固板焊接。在拉桿的彎起處用短柱支撐，在縱向每隔一定距離設(shè)置一道撐棍和緊鎖螺栓， 再通過(guò)收緊器將拉桿橫向收攏而產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。② 縱向張拉法。將預(yù)應(yīng)力拉桿沿梁底布置，兩端向上彎起，錨固于梁端，然后直接張拉梁底的水平拉桿， 使拉桿產(chǎn)生預(yù)拉力，梁體因此受到預(yù)應(yīng)力的作用。

以上加固方法在福建省南平電機(jī)廠專用橋、廣東省肇慶大沙橋、吉林省青山橋等7 座橋梁中得以成功應(yīng)用。實(shí)踐表明，其加固效果很理想。但都需要在舊梁上設(shè)置可靠的錨固板，張拉的工藝比較復(fù)雜，其耐久性和抗疲勞性還有待進(jìn)一步研究。

預(yù)應(yīng)力鋼絲束法。

沿梁腹側(cè)面按拋物線形敷設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼絲束，在梁底每隔一定距離(50～100 cm) 設(shè)置一根定位箍， 用以固定鋼絲束的形狀，鋼絲束的兩端穿過(guò)梁端翼緣板伸至梁頂錨固。張拉預(yù)應(yīng)力鋼絲束，通過(guò)定位箍使梁獲得預(yù)應(yīng)力;再通過(guò)噴射砼使預(yù)應(yīng)力鋼絲束及定位箍與梁體形成整體。這種加固方法的受力明確，效果明顯，但箍圈的構(gòu)造較復(fù)雜。

3 碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)

由于自然環(huán)境各種因素的影響施工質(zhì)量和實(shí)際交通組成變化及超載車輛的作用，已建的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)可能會(huì)出現(xiàn)承載能力不足、混凝土表面裂縫等問(wèn)題。這些混凝土橋梁中絕大部分可以通過(guò)加固改造就能提高或改善結(jié)構(gòu)受力性能，重新投入使用。

粘貼鋼板法是公路混凝土橋梁常用的加固方法，一般是采用環(huán)氧樹(shù)脂或?qū)ｉT(mén)結(jié)構(gòu)膠將鋼板直接粘貼在混凝土構(gòu)件表面，使之與構(gòu)件形成受力整體。土木工程中的新技術(shù)往往來(lái)自新材料的應(yīng)用。自上世紀(jì)七十年代末初期，歐洲進(jìn)行纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）在土木工程應(yīng)用研究以來(lái)，具有極好的比強(qiáng)度和比剛度、優(yōu)秀耐腐蝕性的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料已廣泛用于混凝土結(jié)構(gòu)的粘貼加固工程，形成了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)加固已有混凝土橋梁的新技術(shù)，其中碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）應(yīng)用更多。本文根據(jù)國(guó)內(nèi)外關(guān)于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)加固的工程研究，介紹這一新技術(shù)的材料特性、施工方法和技術(shù)措施。

4 材料的基本特性

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)加固所采用的基本材料是高強(qiáng)度或高彈性模量的連續(xù)碳纖維，單向排列成束，用環(huán)氧樹(shù)脂浸漬固化的碳纖維板或未經(jīng)樹(shù)脂浸漬固化的碳纖維布，統(tǒng)稱碳纖維片材。將片材用專門(mén)配制的粘貼樹(shù)脂或浸漬樹(shù)脂粘貼在橋梁混凝土構(gòu)件需補(bǔ)強(qiáng)加固部位表面，樹(shù)脂固化后與原構(gòu)件形成新的受力復(fù)合體，共同工作。