橋梁加固的方法
2011-08-01 來源：
加固，簡(jiǎn)單來說，就是通過一定的措施使構(gòu)件乃至整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載能力及其使用性能得到提高，以滿足新的要求。這些措施包括直接針對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的，如體外預(yù)應(yīng)力，改變了結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)，使其回到原設(shè)計(jì)狀態(tài)或者更適應(yīng)新的要求；有些措施是針對(duì)截面的，即通過提高截面某一方面的承載力強(qiáng)度（如抗剪強(qiáng)度），從而改善整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載力水平。
根據(jù)橋梁的加固原因、加固部位以及現(xiàn)有橋梁本身橋型方案的不同，應(yīng)采用不同的加固方法。目前,橋梁上部結(jié)構(gòu)常用的加固方法有：體外預(yù)應(yīng)力加固法、體系轉(zhuǎn)換加固法、增加構(gòu)件加固法、粘貼鋼板加固法、碳纖維加固法、橋面層補(bǔ)強(qiáng)加固法等；橋梁下部結(jié)構(gòu)常用的加固方法有擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法、高壓旋噴注漿加固法等?，F(xiàn)將以上加固方法一一介紹如下：
1. 橋梁上部結(jié)構(gòu)加固
1.1體外預(yù)應(yīng)力加固法 體外預(yù)應(yīng)力法的加固原理是在梁的下緣受拉區(qū)設(shè)置預(yù)應(yīng)力材料，通過張拉對(duì)梁體產(chǎn)生偏心預(yù)應(yīng)力，在此偏心壓力作用下，使梁體發(fā)生上拱，抵消部分自重應(yīng)力，減小了結(jié)構(gòu)變形和裂縫寬度、改善了結(jié)構(gòu)受力，能夠較大幅度的提高結(jié)構(gòu)承載力。與通常的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)相比，力筋與原結(jié)構(gòu)只在錨固點(diǎn)與梁連接，類似于無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。這種方法在自重增加很小的情況下可大幅度的改善和調(diào)整原結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，提高結(jié)構(gòu)剛度、抗裂性。此法既適用于通行重車時(shí)的臨時(shí)加固，也可作為提高橋梁承載力的永久加固措施。
該方法主要適用情況有：當(dāng)混凝土梁中預(yù)應(yīng)力筋或普通鋼筋嚴(yán)重銹蝕及其它病害造成結(jié)構(gòu)承載力下降；需要提高橋梁的荷載等級(jí)；用于控制梁體裂縫及鋼筋疲勞應(yīng)力幅度；適用于高應(yīng)力狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)，尤其是大型結(jié)構(gòu)的加固等情況。
目前常用的體外預(yù)應(yīng)力的方法有下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿加固法和外部預(yù)應(yīng)力鋼絲束加固法。
301國(guó)道盤錦立交主線橋和盤錦立交WH匝道橋，采用的都是體外預(yù)應(yīng)力法進(jìn)行加固，改善了橋梁的整體的使用性能，延長(zhǎng)了橋梁的使用壽命。
1.2體系轉(zhuǎn)換加固法 改變結(jié)構(gòu)體系加固舊橋通常是指增設(shè)附加構(gòu)件或進(jìn)行技術(shù)改造，使橋梁的受力體系和受力狀況發(fā)生改變，從而起到減小承重構(gòu)件的應(yīng)力，改善橋梁性能，達(dá)到提高承載能力的目的。這種技術(shù)具有提高結(jié)構(gòu)承載力，增大結(jié)構(gòu)剛度，減小撓度等優(yōu)點(diǎn)。
常使用的方法有：拱橋轉(zhuǎn)換為梁拱式拱上建筑法；梁橋轉(zhuǎn)換為梁拱組合體系法；簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)法；多跨簡(jiǎn)支梁轉(zhuǎn)為先簡(jiǎn)支后橋面連續(xù)體系法；增加輔助墩法等。以上加固方案形式各異，但加固實(shí)質(zhì)相同，即均是為所加固的橋梁加入新的支撐點(diǎn)，縮短梁的計(jì)算跨徑，從而提高結(jié)構(gòu)承載力。
福建永安市大溪大橋?yàn)?0世紀(jì)70年代初修建的9孔雙曲拱橋，橋型為22.10m+25.60m+7x22.10m不等跨連續(xù)拱橋，設(shè)計(jì)荷載為汽車-13級(jí)，拖車-60，由于交通量的增加，該橋在運(yùn)營(yíng)期間產(chǎn)生了較大的病害，荷載等級(jí)不能滿足現(xiàn)有交通運(yùn)輸?shù)囊螅?002年永安市對(duì)該橋該橋進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明該橋可以通過采取加固措施，使其達(dá)到汽車-20級(jí)、掛車-100荷載等級(jí)的要求。加固方案采用了把連續(xù)拱橋轉(zhuǎn)化為梁拱式拱上建筑體系的方法。加固改造時(shí)，首先拆除側(cè)墻、護(hù)拱、拱上填料，對(duì)主拱圈進(jìn)行“卸載”,使主拱和腹拱的拱背完全暴露，其次對(duì)主拱圈拱背、拱腳進(jìn)行布筋，現(xiàn)澆混凝土加大其截面，然后接高腹拱墩，按梁板橋施工簡(jiǎn)支橋面板，這樣一來既減輕了主拱圈負(fù)重，又增強(qiáng)了主拱圈承載能力。加固改造后，經(jīng)過幾年來的使用證明,效果非常好。類似的例子還有很多，如2003年加固的湖北鄂州涂家咀連續(xù)拱橋（L0=70m）、2005年加固的福建蔣樂積善連續(xù)拱橋（L0=30m）等等。
1.3 增加構(gòu)件加固法 增加構(gòu)件加固法主要是指增設(shè)縱梁提高承載能力或拓寬改建，增加橫隔板加強(qiáng)橫向聯(lián)系。當(dāng)墩臺(tái)地基安全性能好，并具有承載能力，上部結(jié)構(gòu)也基本完好，但其承載能力不能滿足要求，同時(shí)要求加寬橋面時(shí)，一般采用增加承載能力高和剛度大的新縱梁使新舊梁互相聯(lián)結(jié)共同受力。對(duì)于要進(jìn)行拓寬改造的則還需要對(duì)墩臺(tái)進(jìn)行拓寬。
常使用的方法根據(jù)增加構(gòu)件及新舊主梁聯(lián)合受力形式可分為：增設(shè)縱梁加固（不拓寬橋面）；增設(shè)邊梁加固；單邊拓寬技術(shù)改造；雙邊拓寬技術(shù)改造；增加輔助橫梁加固。
紹興斗門大橋是20世紀(jì)80年代修建的一座剛架拱橋（L0=40m）,該橋通過20余年的使用,已出現(xiàn)多處病害,特別是重車過橋時(shí),橋梁出現(xiàn)晃動(dòng)。2004年通過對(duì)該橋病害的調(diào)查和分析,發(fā)現(xiàn)橫梁太單?。ㄔO(shè)計(jì)為空心薄壁橫梁）是導(dǎo)致重車過橋晃動(dòng)的主要原因,加固改造時(shí)在每孔主拱腿上增設(shè)8道鋼筋混凝土實(shí)心橫梁，斜桿上增設(shè)4道鋼筋混凝土實(shí)心橫梁。改造后該橋至今完好無損，重車過橋時(shí)橋梁也不再晃動(dòng)，運(yùn)行完全正常。
河南南陽桐柏淮河大橋采用了增設(shè)大邊肋進(jìn)行加固加寬的技術(shù)方案，對(duì)上下部結(jié)構(gòu)同時(shí)加寬，提高了結(jié)構(gòu)的承載力。該橋加固完成至今，狀況良好，并且有很好的視覺效果。
1.4 粘貼鋼板加固法 粘貼鋼板加固是采用粘結(jié)劑將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的受拉邊緣或薄弱部位，使之與結(jié)構(gòu)物形成整體，從而提高梁的承載能力的一種加固方法。若使用錨栓將鋼板錨固在梁體上，則又稱錨栓鋼板法，這時(shí)鋼板可適當(dāng)厚一些。鋼板固定于受拉混凝土表面可以增加混凝土結(jié)構(gòu)抗彎剛度，使結(jié)構(gòu)撓度減小，限制了裂縫的發(fā)展。并且施工時(shí)可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行裁切鋼板，有效的發(fā)揮粘鋼構(gòu)件的抗彎、抗壓和抗剪的性能，受力均勻，不會(huì)在混凝土中產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，除此以外，該方法還具有施工簡(jiǎn)便，快速，不影響結(jié)構(gòu)外形，加固費(fèi)用低，不減小橋梁凈空以及增加荷載不多等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是粘結(jié)劑的質(zhì)量及耐久性是影響加固效果的主要因素。
廣州東圃大橋是1998年建成通車的一座跨越珠江的特大橋，主航道橋型為106.6m+2x160m+106.6m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，副航道橋型為51m+3x80m+51m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，2003年發(fā)現(xiàn)主航道橋邊跨梁端腹板存在不同發(fā)展程度的斜裂紋，后來業(yè)主采用了粘貼鋼板加固技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了加固。具體措施是對(duì)修補(bǔ)部位的混凝土表面進(jìn)行修鑿，使其平整；用丙酮或二甲苯擦洗修補(bǔ)部位的混凝土表面和經(jīng)過處理的鋼板表面；以除去粘接面的油脂和灰塵；在鋼板和混凝土粘接面上均勻地涂刷環(huán)氧基液粘接劑；用方木、角鋼、和固定螺栓等均勻地進(jìn)行壓貼鋼板；養(yǎng)生到所要求的時(shí)間，拆除壓貼用的材料；在鋼板表面上再涂刷養(yǎng)護(hù)涂料。該橋現(xiàn)在加固工程已完成，加固效果良好。
1.5 碳纖維加固法 粘貼碳纖維加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在建筑結(jié)構(gòu)物表面，當(dāng)結(jié)構(gòu)荷載增加時(shí)，兩者共同工作，提高構(gòu)件承載力，從而達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)的目的。纖維復(fù)合材料的力學(xué)特點(diǎn)是其應(yīng)力應(yīng)變量完全線彈性，不存在屈服點(diǎn)或塑性區(qū)。由于碳纖維具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)異物理力學(xué)性能，以及施工速度快，施工工期短，粘貼質(zhì)量容易得到保證等優(yōu)點(diǎn)，因此是舊橋加固補(bǔ)強(qiáng)的理想材料。碳纖維加固法中粘結(jié)材料的性能是保證碳纖維與混凝土共同工作的關(guān)鍵，也是兩者傳力途徑的薄弱環(huán)節(jié)，因此粘結(jié)材料應(yīng)有足夠的剛度與強(qiáng)度保證碳纖維與混凝土間剪力的傳遞，同時(shí)應(yīng)有足夠的韌性，不會(huì)因混凝土開裂導(dǎo)致脆性粘結(jié)破壞。與其它加固方法相比，采用碳纖維加固舊橋能最小程度的改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，保證在設(shè)計(jì)荷載范圍內(nèi)與原結(jié)構(gòu)共同受力。
廣深高速公路福田互通立交橋現(xiàn)澆異形混凝土空心板梁梁底有多處裂縫，導(dǎo)致板內(nèi)鋼筋銹蝕，橋梁承載能力下降，發(fā)現(xiàn)后采用了粘貼碳纖維布的方案對(duì)其進(jìn)行了加固，具體措施是處理裂縫處的混凝土表面，清除加固表面疏松部分，直至露出混凝土結(jié)構(gòu)層，并打磨平整，應(yīng)用強(qiáng)力吹風(fēng)器或丙酮將表面粉塵徹底清除，使之干燥、干凈；然后嚴(yán)格按照廠商提供的配合比和工藝要求在處理后的混凝土表面涂上底膠，按設(shè)計(jì)要求裁剪、粘貼碳纖維布。該橋加固后，恢復(fù)了承載力，后經(jīng)觀察，加固效果良好。類似的例子還有很多，如莘奉金高速公路春申路立交橋加固、107國(guó)道（深圳段）洋涌河大橋加固等等。
1.6 橋面層補(bǔ)強(qiáng)加固法 橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法是通過在梁頂（橋面）上加鋪一層鋼筋混凝土層，使其與原有主梁形成整體，從而達(dá)到增大主梁有效高度和抗壓截面，增加橋面整體剛度，提高橋梁承載能力的一種常用且有效的方法。為了減小補(bǔ)強(qiáng)層增加的恒載，常將原有橋面鋪裝層鑿除，而且能使新老結(jié)合良好，共同受力。
目前，在很多橋梁加固改造中，同一座橋梁，針對(duì)不同的部位、不同的構(gòu)件、不同的改造原因同時(shí)采用了幾種不同的方法。如宜賓馬鳴溪金沙江大橋的加固，采用了增加構(gòu)件加固法、粘貼鋼板加固法、碳纖維加固法、橋面層補(bǔ)強(qiáng)加固法；西藏尼木大橋的加固，采用了粘貼鋼板加固法、碳纖維加固法、橋面層補(bǔ)強(qiáng)加固法；紹興斗門大橋的加固，采用了增加構(gòu)件加固法、橋面層補(bǔ)強(qiáng)加固法，等等。
2.橋梁墩臺(tái)與基礎(chǔ)加固
2.1 擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法 橋梁基礎(chǔ)擴(kuò)大底面積的加固方法，稱為擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法。此法適應(yīng)于基礎(chǔ)承載力不足或埋置太淺，而墩臺(tái)又是磚石或混凝土剛性實(shí)體或基礎(chǔ)時(shí)的情況。當(dāng)構(gòu)造物基礎(chǔ)具有較大的不均勻沉降，并且地基土質(zhì)比較堅(jiān)實(shí)時(shí)，可以采用擴(kuò)大基礎(chǔ)法進(jìn)行加固。而對(duì)于擴(kuò)大部分基礎(chǔ)底部的地基承載力不足的問題，可采取在擴(kuò)大部分基礎(chǔ)下打入一定數(shù)量的樁以提高地基承載力，樁的參數(shù)根據(jù)地基變形計(jì)算來加以選定。擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法，施工比較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是它必須使新老基礎(chǔ)連成一體共同承受上部荷載，故其加固費(fèi)用較高，而且加固效果也不易控制。
2.2 高壓旋噴注漿加固法 高壓旋噴注漿，就是先利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆入土層的預(yù)定位置，旋轉(zhuǎn)并以一定的速度提升，同時(shí)將漿液或水以高壓流的形式從噴嘴里射出，沖擊破壞土體，高壓流切割并攪碎土層，使其成顆粒狀分散，一部分被漿液和水帶出鉆孔，另一部分則與漿液攪拌混合，隨著漿液的凝固，組成具有一定強(qiáng)度和抗?jié)B能力的固結(jié)體，從而對(duì)地基進(jìn)行加固的一種加固方法。旋噴注漿加固法，用途廣泛，加固地基的質(zhì)量可*而且效果好，成本低，加固效果明顯，且施工便捷，目前已逐漸成為我國(guó)常用的對(duì)橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)處理方法之一。
2.3 粘貼鋼板加固法、碳纖維加固法 橋梁墩臺(tái)的加固改造也可以采用粘貼鋼板加固法、碳纖維加固法增加墩臺(tái)的剛度, 提高墩臺(tái)的抗彎、抗壓和抗剪能力,其加固方法、加固機(jī)理與2.1.4及2.1.5一致,在此就不再詳述。
