論我國道路橋梁的病害及加固技術(shù)
2015-03-31
前言：
橋梁在國民經(jīng)濟(jì)中扮演著重要的角色,橋梁的建造和維護(hù)是一個(gè)國家基礎(chǔ)設(shè)施建立的重要部分。自19世紀(jì)50年以后,橋梁檢測與加固技術(shù)越來越受到人們的重視,但是早前的橋梁常規(guī)檢測技術(shù)還處在相對落后的階段,特別是對于大跨、特殊橋梁而言,常規(guī)檢測根本無法滿足其要求。19世紀(jì)末期,橋梁結(jié)構(gòu)形式日趨成熟,先進(jìn)的橋梁檢測與加固技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。長期以來,人們對于大跨橋梁的安全檢測一直是�用傳統(tǒng)的橋梁檢測方法,即當(dāng)橋梁出現(xiàn)某些病害時(shí),才開始對其進(jìn)行常規(guī)檢測。這種做法常常會(huì)耽誤橋梁的正常使用,而且影響的因素較多,不易達(dá)到理想的效果,還要耗費(fèi)大量的人力物力。改革開放后,我國建設(shè)進(jìn)入了公路橋梁高速發(fā)展期,修建了大量的現(xiàn)代橋梁,不少橋梁在使用上不同程度地存在各方面的隱患,在對很多舊橋進(jìn)行檢測以后,都會(huì)有多種方案擺在橋梁工程師的面前,對舊橋進(jìn)行改造重建工作是人們最不想看到的結(jié)果,資金是一個(gè)重大的問題,并且工期有很長,嚴(yán)重影響正常的交通,在一般情況下,橋梁的加固費(fèi)用在橋梁建設(shè)的費(fèi)用中占有很高的比重,所以,對既有橋梁的加固技術(shù)研究也是橋梁工程一個(gè)重要分支,對未來橋梁加固技術(shù)的進(jìn)一步提高具有重要意義。
一、常見病害及成因
1、橋面病害
橋面病害主要表現(xiàn)在橋面鋪裝層破壞,伸縮縫病害,欄桿及防撞護(hù)欄破損及橋面板破壞。
1)橋面鋪裝層:由于各種車輪長期碾壓摩擦,橋面鋪裝層易在橋面板間鉸接縫位置、伸縮縫周圍、人行道板間發(fā)生破壞。主要破壞形式是出現(xiàn)裂縫、破損、沉陷等。
2)伸縮縫:近年來,常采用橡膠伸縮縫,它易產(chǎn)生的病害主要為橡膠條破壞剝離,伸縮縫嵌條連接位置漏水,伸縮縫構(gòu)造處出現(xiàn)下陷或凸出現(xiàn)象,錯(cuò)固構(gòu)件破損,車輛行駛時(shí)發(fā)出噪聲。
3)欄桿及防撞護(hù)欄:由于欄桿及防撞護(hù)欄長期暴露在外界風(fēng)吹日曬,易遭受外力撞擊,且其長期伴隨橋梁主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng),容易出現(xiàn)撞壞、風(fēng)化、裂縫、腐燭和缺損現(xiàn)象。
4)橋面板:橋面板一般分為縱置和橫置橋面板,是橋面系主要受力構(gòu)件,其長期承受荷載作用,易產(chǎn)生開裂、塌陷、下沉和板間鉸接位置滲水現(xiàn)象等。橋面板開裂主要集中在跨中和下緣位置,多出現(xiàn)在伸縮縫附近的橋面板上,原因主要是外部荷載較大及其引起的較大沖擊等。相對于縱置橋面板,橫置橋面板整體性較差,出現(xiàn)問題也相對較多。
2、拱上結(jié)構(gòu)病舍
鋼筋混凝土橋拱上結(jié)構(gòu)主要有立柱、立柱蓋梁、立柱塾梁、縱梁等。以上構(gòu)件主要病害如下所述:
1)立柱:由于主拱圈產(chǎn)生下燒變形或者一些橋主拱圈橫向整體性較差,立柱底部與主拱圈或墊梁連接處易產(chǎn)生豎向、橫向和環(huán)向裂縫;由于施工精度影響,立柱安裝位置存在一定偏差,易在立柱與縱梁結(jié)合位置出現(xiàn)錯(cuò)位,使貼合不緊密;由于立柱混凝土遭到侵燭或者施工饒筑質(zhì)量不好,在外界荷載作用下,易出現(xiàn)蜂窩、麻面,混凝土局部破壞,露筋現(xiàn)象。
2)立柱墊梁:其常出現(xiàn)裂縫、局部混凝土破損、露筋、誘蝕,有些時(shí)候會(huì)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。
3)縱梁:由于施工誤差,縱梁安裝時(shí)易出現(xiàn)不順直,后期引起縱梁 裂,縱梁與立柱交接位置也可能產(chǎn)生局部混凝土壓碎、脫落現(xiàn)象,并有時(shí)會(huì)出現(xiàn)滲水。
3、橋繳臺(tái)病害。墩臺(tái)由于承載能力不足及不均�沉降,易引起墩臺(tái)位移,并在橋臺(tái)翼墻、臺(tái)帽及臺(tái)身、前墻位置產(chǎn)生裂縫,橋墩出現(xiàn)橫、縱向傾斜;墩臺(tái)受到外界環(huán)境侵燭,易出現(xiàn)混凝土剝落、鋼筋外露銹燭、局部滲水現(xiàn)象。
二、橋梁加固原則內(nèi)容和特點(diǎn)
已建橋梁在使用中,由于車輛荷載反復(fù)作用,甚至部分車輛超載作用,造成橋梁損傷,且橋梁一直暴露在外界環(huán)境中,受到自然環(huán)境的侵蝕,隨著時(shí)間積累,損傷不斷累積,受損程度也逐漸加重。所以為保證橋梁的安全使用,需要經(jīng)常對受損橋梁進(jìn)行維修加固。在進(jìn)行橋梁加固維修之前,需要清楚了解橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀,收集關(guān)于該橋梁的相關(guān)資料和記錄,包括前期設(shè)計(jì)、施工和竣工驗(yàn)收記錄,以及后期運(yùn)營狀況和檢查維修記錄等。對于橋梁加固的基本要求是:
1) 一般橋梁加固應(yīng)保持結(jié)構(gòu)原有體系類型;
2)橋梁的具體加固方案應(yīng)首先考慮舊橋的承載能力等實(shí)際情況,其次要符合今后的交通等級要求;
3)對橋梁明顯缺陷應(yīng)及時(shí)修補(bǔ),如混凝土脫落破損、結(jié)構(gòu)裂縫、鋼筋銹蝕等;
4)橋梁加固應(yīng)使結(jié)構(gòu)內(nèi)力合理分布,盡量使新結(jié)構(gòu)與原有結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào),以使結(jié)構(gòu)具有良好的整體性;
5)橋梁加固方案不僅應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)安全性要求,還要盡可能滿足經(jīng)濟(jì)性和美觀的要求,并且應(yīng)考慮其技術(shù)的可行性和施工時(shí)盡量不影響交通。
6）橋梁加固內(nèi)容和特點(diǎn)
對于存在嚴(yán)重病害或則不能滿足運(yùn)輸要求的橋梁,需要對其進(jìn)行徹底的整治、修復(fù)、加固和更新,以達(dá)到提高原有橋梁的通行能力和荷載等級,延長其使用壽命。橋梁加固的主要內(nèi)容包括:對舊橋上部和下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固、行車道路面更換、橋梁抗震加固、超限車輛過橋臨時(shí)加固等。
7）橋梁加固與新建橋梁工程相比,存在以下特點(diǎn):加固標(biāo)準(zhǔn)一般不同于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。由于橋梁加固要考慮未來可能承受的荷載以及橋梁使用壽命,因此其所采用的標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不可能完全相同。一般加固后,荷載等級都有所提高。橋梁加固維修相對新建而言難度更大。維修加固一般是在不影響現(xiàn)有交通的情況下完成的,這需要協(xié)調(diào)好施工與交通,因此應(yīng)該合理組織施工措施,盡量避免對交通的影響。
三、鋼筋混凝土橋一般加固方法
1、橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法
針對橋面破損情況,一般可以先鑿除原橋面,再澆筑一層鋼筋混凝土,與原結(jié)構(gòu)整體受力,從而改善結(jié)構(gòu)受力狀況與橫向分布能力,提高承載能力。
2、配筋加固和增大截面法
當(dāng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、抗裂性能或則穩(wěn)定性不能滿足要求時(shí),通常采用增加配筋、提高構(gòu)件截面尺寸、增大配筋率的加固方式。該方法發(fā)展較為成熟,成本較低,適用廣泛。一般常用此方式加固鋼筋混凝土橋拱圈,用增大截面法加固拱圈時(shí),主要針對拱背和拱腹進(jìn)行加固。對有拱上結(jié)構(gòu)的橋或拱腹裸露于外界環(huán)境的橋,可�用拱圈下部加周的方式,用環(huán)氧砂漿或者鋼筋混凝土加固拱圈,但需要在橋跨下搭設(shè)支架。采用拱圈下加固的方式,即需要搭設(shè)支架,又可能需要噴射機(jī)等設(shè)備,增加了施工費(fèi)用,則拱圈加固常用拱背加固方式,即在拱圈上再增加一層,操作步驟主要是先將拱上填土移除,露出拱背,將拱背清洗修補(bǔ)好,鑿毛,再加筑上新拱圈。
3、粘貼加固法
當(dāng)橋梁承載能力不足時(shí),可能發(fā)生嚴(yán)重的橫向 裂,此時(shí)一般�用錨栓和粘結(jié)劑將鋼板或者碳纖維布等布置于結(jié)構(gòu)受拉緣或者薄弱位置,以提高橋梁的承載能力?，F(xiàn)今常見的粘貼加固材料主要有碳纖維布、鋼板、玻璃鋼以及芳綸纖維布等。粘貼碳纖維布加固的方式,由于碳纖維材料輕薄,對原有結(jié)構(gòu)的截面尺寸和自重等改變較小,可以運(yùn)用于各種不同的結(jié)構(gòu)形式,施工方便,適用性強(qiáng),然而該方式要求結(jié)構(gòu)表面特別平整,加固費(fèi)用也較高。粘貼鋼板加固方式是利用環(huán)氧樹脂這類粘結(jié)劑將鋼板固定在結(jié)構(gòu)物薄弱部位或則受拉部位,使之與結(jié)構(gòu)共同受力,提高結(jié)構(gòu)剛度,強(qiáng)結(jié)構(gòu)的受拉部位的抗拉性能,限制裂縫發(fā)展,該方法效果顯著,加工成形方便,然而使用靈活性不強(qiáng),且后期防腐要求和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較高。
4、改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法
當(dāng)橋由于上部結(jié)構(gòu)自重過大或者基礎(chǔ)承載力不足時(shí),拱腳容易產(chǎn)生轉(zhuǎn)角和水平位移、主拱軸線發(fā)生改變,在條件允許的前提下,可以通過調(diào)整拱上結(jié)構(gòu)形式,以改變結(jié)構(gòu)體系,從而改善其受力,達(dá)到提高承載能力的目的。
5、體外預(yù)應(yīng)力加固法
該方法是利用對結(jié)構(gòu)施加體外預(yù)應(yīng)力的方式抵消一些外荷載所引起的內(nèi)力,從而提高結(jié)構(gòu)承載能力。該方法多在梁橋上使用,但是對于拱圈橫向或縱向開裂、拱頂下?lián)弦约皹蚺_(tái)發(fā)生位移的拱圈,也可以�用體外預(yù)應(yīng)力加固的方法,施工方式與預(yù)應(yīng)力后張法施工相似。
6、減輕拱上結(jié)構(gòu)重量加固法
現(xiàn)有的橋梁多數(shù)是采用拱式拱上結(jié)構(gòu),拱上結(jié)構(gòu)自重較大,恒載重量往往占很大比例,若采用合理措施降低拱上結(jié)構(gòu)自重,可以很好的改善結(jié)構(gòu)的受力狀況。一般采用的方式有:1)�取輕質(zhì)材料換填拱上填料,這樣會(huì)減輕拱上結(jié)構(gòu)自重,對拱頂正彎矩過大或者拱頂下沉過大時(shí)效果明顯;2)將拱上結(jié)構(gòu)替換為輕質(zhì)的板式拱上結(jié)構(gòu);3)改變結(jié)構(gòu)形式,將一般簡單的橋體系改變成較為復(fù)雜的鋼筋混凝土桁架拱或剛架拱體系。
7、拱圈增設(shè)套拱加固法
當(dāng)鋼筋混凝土橋主拱圈為實(shí)體板拱,而且下部結(jié)構(gòu)狀況良好,下部凈空充足時(shí),可以在原主拱圈下新澆筑一層新拱圈,要求貼緊原拱圈,盡量與原拱圈形成整體,這樣就在原拱圈上增設(shè)一個(gè)新套拱。
結(jié)束語：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，加固維修橋梁的方法有很多，各有所長，應(yīng)用時(shí)要因地制宜，結(jié)合所處地區(qū)的實(shí)際情況定出比較好的方案，確保危舊橋的改造工作科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)安全。
