危橋加固的施工方法及其關(guān)鍵技術(shù)研究
2015-06-11
1 引言
近年來(lái)，我國(guó)早期修建的橋梁，因建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低和大荷載、重型車輛等加速老化的因素，出現(xiàn)了大量的病橋和危橋。具體表現(xiàn)為破損嚴(yán)重和承載能力的日益下降、使用性能嚴(yán)重惡化和安全性能的大大降低。
橋梁是確?，F(xiàn)代交通暢通的咽喉，是高速公路貫通的關(guān)鍵，因此，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)加固、維修和補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理進(jìn)行深入的研究，切合實(shí)際地引進(jìn)代表時(shí)代進(jìn)步的現(xiàn)代橋梁加固改造的技術(shù)、新型材料和先進(jìn)設(shè)備，并從實(shí)際出發(fā)加以科學(xué)有效的應(yīng)用，不僅可以改善橋梁的使用性能，延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，還可以提高社會(huì)效益，使橋梁更好地滿足現(xiàn)代公路交通運(yùn)輸?shù)男枰?br />
2 國(guó)內(nèi)外危橋加固技術(shù)研究狀況
國(guó)際上歷來(lái)重視舊橋危橋的加固維修，相繼組織專家學(xué)者投入了大量的人力物力對(duì)舊橋加固技術(shù)進(jìn)行探索和研究。早在上個(gè)世紀(jì)八十年代初，在具有重大國(guó)際影響的《IBC國(guó)際橋梁會(huì)議》年會(huì)上，就對(duì)成員國(guó)提出了針對(duì)六項(xiàng)橋梁方面的重大問題進(jìn)行研究的要求：
對(duì)現(xiàn)有橋梁的實(shí)際承載能力的評(píng)估和對(duì)安全度如何正確進(jìn)行評(píng)價(jià)的問題；
如何對(duì)橋梁進(jìn)行檢查并發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生的破損及異常現(xiàn)象，正確地評(píng)價(jià)和鑒定橋梁結(jié)構(gòu)物的損壞程度，因地制宜地采用合理的加固和維修方法的問題；
對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)損壞與加固維修技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用問題；
如何正確合理采用維修加固新的技術(shù)、新方法的問題；
橋梁設(shè)計(jì)與加固維修管理技術(shù)之間的繼承關(guān)系，即如何把加固維修中暴露和發(fā)現(xiàn)的問題，納入到今后橋梁設(shè)計(jì)和工藝的優(yōu)化中；
橋梁維修加固的未來(lái)展望，即維修加固方法如何適應(yīng)未來(lái)的橋梁建設(shè)，并提出更為科學(xué)合理的加固維修管理方法和策略的問題。
在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，呈現(xiàn)了橋梁等工程結(jié)構(gòu)的維修和加固費(fèi)用已達(dá)到或超過(guò)新建工程的投資的狀況，如美國(guó)90年代用于舊工程結(jié)構(gòu)維修和加固上的投資已占據(jù)建設(shè)時(shí)期總投資量的近50％，英國(guó)為70％，而德國(guó)則達(dá)到了80％以上。對(duì)舊橋、危橋加固和維修技術(shù)的探索、加固工藝的研究己經(jīng)成為世界性的熱點(diǎn)關(guān)注課題。資料表明，目前，發(fā)達(dá)國(guó)家已將舊橋的加固與維修作為橋梁建設(shè)的重點(diǎn)，被放在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的首要位置。
我國(guó)橋梁橋齡一般在30年左右，許多橋梁已經(jīng)開始發(fā)生老化、裂縫等現(xiàn)象，危橋數(shù)目逐年增多，嚴(yán)重地制約了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，舊橋的維修與加固問題己被逐年提到議事日程上來(lái)。
3 橋梁加固方法選用原則
橋梁加固方法的選擇，應(yīng)遵守以下原則
在確定加固方案之前，須先對(duì)地形橋型進(jìn)行考察，既考慮不中斷交通的技術(shù)上的可行性，也要考慮耗費(fèi)少、見效快和較好的耐久性等方面的要求；
補(bǔ)強(qiáng)加固和維修是通過(guò)對(duì)橋梁構(gòu)件的加大或修復(fù)，進(jìn)而提高橋梁局部或整座結(jié)構(gòu)承載能力的措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此橋梁加固維修工作應(yīng)在兼顧經(jīng)濟(jì)的前提下，以不更改原橋梁設(shè)計(jì)風(fēng)格和結(jié)構(gòu)形式為原則，如在特殊的較為復(fù)雜的情況下,必須對(duì)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行更改時(shí)，應(yīng)首先進(jìn)行相關(guān)評(píng)估和論證；
選擇橋梁加固方式時(shí)，應(yīng)借鑒已完成的補(bǔ)強(qiáng)加固的橋梁成功的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)舊橋現(xiàn)狀、承載能力減弱的程度以及加固維修后投放使用的交通量等進(jìn)行綜合分析和判斷；
全面分析橋梁結(jié)構(gòu)，選擇最為適宜的一種或多種加固方式，當(dāng)由于特殊原因需要采用擴(kuò)大或增加橋梁構(gòu)件斷面的方法對(duì)橋梁進(jìn)行加固和維修前，應(yīng)對(duì)增加部分與原有部件的結(jié)合效果進(jìn)行測(cè)評(píng)。
4 幾種主要橋梁加固方法及其關(guān)鍵技術(shù)分析
4.1 體外預(yù)應(yīng)力橋梁加固
體外預(yù)應(yīng)力加固是采用高強(qiáng)鋼絲等鋼材，作為產(chǎn)生反彎矩用以抵消外荷載內(nèi)力的施力工具, 對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行外預(yù)應(yīng)力的施加，用以提高橋梁極限承載能力而達(dá)到改善舊橋使用性能的目的。
4.1 設(shè)計(jì)與施工技術(shù)
體外預(yù)應(yīng)力鋼筋可以采用可更換的、不可更換的、可補(bǔ)拉的等形式多樣的便于維修、加固和便于日后養(yǎng)護(hù)的設(shè)計(jì)方法；
因體外預(yù)應(yīng)力加固舊橋構(gòu)造的施工工藝和方法相對(duì)簡(jiǎn)單，而且其無(wú)需管道灌漿的體外配筋方式，大大簡(jiǎn)化了施工工序，可實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁的全年施工，而不受寒冷地區(qū)的限制，很好地解決了長(zhǎng)期以來(lái)困擾橋梁加固的混凝土耐久性問題；
體外預(yù)應(yīng)力體系以其相對(duì)靈活的工藝設(shè)計(jì)，在所加固的橋梁類型上，不僅可用以簡(jiǎn)支梁橋和連續(xù)梁橋的加固，還可用以拱橋和剛構(gòu)橋的加固；在性能上，可同時(shí)改善橋梁的抗彎性能和構(gòu)件的抗剪性能；而且還可以對(duì)橋梁的梁部結(jié)構(gòu)、橋墩及索塔等部位進(jìn)行加固。由于預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的預(yù)應(yīng)力損失而給施工帶來(lái)偏差，因此，對(duì)預(yù)應(yīng)力損失進(jìn)行準(zhǔn)確合理和計(jì)算,并在施工中采取相應(yīng)的措施用以減少預(yù)應(yīng)力損失是體外預(yù)應(yīng)力橋梁加固設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
4.2 粘貼鋼板加固法
粘貼鋼板加固法是將鋼板與混凝土，采用膠體等粘接物將其連接的結(jié)構(gòu)加固方法。它具有施工快速、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面積不大的特點(diǎn)，而且僅產(chǎn)生少量抹灰的特性，使其對(duì)施工和生活影響較小。加固后對(duì)原橋梁外觀和無(wú)顯著影響。但加固效果的好壞優(yōu)劣很大程度上受制于膠粘劑的物理和化學(xué)性能、施工工藝以及加固人員的操作水平。
4.3 粘貼碳纖維加固法
該法是通過(guò)環(huán)氧樹脂將碳纖維粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)的受拉表面，使具備高抗拉強(qiáng)度碳纖維與原橋梁受損面形成新的受力整體，共同承受荷載，從而使橋梁結(jié)構(gòu)達(dá)到了加固和補(bǔ)強(qiáng)效果。
碳纖維增強(qiáng)聚合物由環(huán)氧樹脂同高抗拉強(qiáng)度的碳纖維束粘貼而成。采用碳纖維片進(jìn)行橋梁工程加固具有以下優(yōu)點(diǎn)：
碳纖維片的抗拉強(qiáng)度約為普通鋼材的10倍；
碳纖維片具有高強(qiáng)質(zhì)輕等物理特性；
碳纖維片具有良好的抗酸、抗堿、抗鹽等化學(xué)特性，其自身的防腐耐蝕性和可抵抗各種惡劣環(huán)境腐蝕的特點(diǎn)，大大提高了被加固橋梁結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性和使用壽命；
碳纖維片具備橋梁生存環(huán)境所需的溫度穩(wěn)定性、耐水性、抗紫外線和抗老化性能等；
碳纖維片密度相對(duì)較小，其較輕的自重，不會(huì)增加橋梁的自重，且柔性好、易于裁剪；
因無(wú)需過(guò)多的施工機(jī)構(gòu)和大型機(jī)械設(shè)備，所以加固時(shí)，施工簡(jiǎn)便，易于操作；
施工時(shí)間短，經(jīng)濟(jì)性好；
碳纖維加固適合于梁、板、柱、橋墩、橋梁等各種不同結(jié)構(gòu)部位的加固和維修。
4.4 新型材料的使用
材料科學(xué)的日益成熟和發(fā)展，為橋梁加固行業(yè)提供的性能優(yōu)良的材料，除了引人注目的碳纖維加強(qiáng)塑料，另一種被廣受關(guān)注的新型加固材料是加固用高性能混凝土。同碳纖維加強(qiáng)塑料相似，加固用高性能混凝土被應(yīng)用于橋梁加固工程也始于上個(gè)世紀(jì)80年代。它最早由挪威科學(xué)家提出，20世紀(jì)90年代我國(guó)引進(jìn)后，國(guó)內(nèi)專家學(xué)者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)十多年的探索，如今，我國(guó)的高性能混凝土研究已日趨成熟，而且已被成功地運(yùn)用于危橋加固與維修。
5 結(jié)論
我國(guó)的危橋加固與維修起步較晚，加固技術(shù)的發(fā)展相對(duì)滯后。加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有危橋的加固和維修，是保障公路橋梁的安全運(yùn)營(yíng)和促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重點(diǎn)課題。從實(shí)際出發(fā)、準(zhǔn)確地對(duì)橋梁病害成因進(jìn)行分析以及制定科學(xué)合理的加固維護(hù)措施，已成為新時(shí)期保持橋梁良好的使用功能和確保公路交通暢通重要手段。
