桥梁的加固与维修在工程中的应用
2015-05-27
近年来随着我国工业化进程的加快，交通运输事业的高速发展，交通运输量大幅度增长，行车密度及车辆载重越来越大，尤其是特大型工业设备运输、集装箱运输、矿山特种车辆及私自改装重型车辆的运行，都给现有桥梁的安全使用造成威胁。原来按旧标准规定的荷载等级设计建造的桥梁，由于交通量的不断增加，加之前述重型车辆的频繁出现，更是造成这些桥梁雪上加霜。现有道路上的桥梁由于营运使用多年，公路桥梁中相当一部分，特别是年代久远的低等级载荷桥梁，已远远不能满足使用上的要求。桥梁是公路上的咽喉, 一旦出现结构破坏,将直接造成整条路线的运输堵塞或中断,甚至威胁到过往人车的安全，为保证运输畅通, 桥梁的维修与加固势在必行。
1、目前我国现有桥梁的状况
从技术资料分析，大多数桥梁是三不知：①不知基底地质；②不知基础深度；③不知隐蔽部分的尺寸。从桥梁技术状况分析，由于河床屡遭洪水冲刷，河床底部加深，桥梁墩台基础外露、冲空，产生不均匀沉降,导致桥台、拱圈产生附加应力而出现开裂，有的甚至出现开合现象；有的桥梁由于桥台较高，受行车及台后土压力的作用，桥台出现开裂、凸肚等病害；桥面混凝土铺装层由于使用时间长加之重车作用，导致开裂、剥落等病害。按桥梁技术状况来评定大多属三类桥梁.
随着国民经济的发展和重点工程的建设，目前公路桥梁所承受的负荷有3个特点：①交通量不断增大；②重型车辆增加及超载现象严重；③超限运输的出现和增加。按现在桥梁和运输状况，桥梁的承载能力和通过的车辆荷载是公路与运输的矛盾之一。旧桥加固，提高旧桥的承载能力，确保交通运输的顺利畅通是目前和今后面临的任务。
至目前，我国公路通车里程已达约175.8万公里，高速公里路程达2.58万公里，跃居世界第二，建成的永久性桥梁在29万座以上，1982年以前建成的桥梁约13.6万座，大部分是按1972年以前部颁标准建造。绝大部分已满足不了当前使用上的要求，已经成为三、四类桥梁。对于三、四类桥梁则必须进行维修加固。否则即是一半新建，其耗资也是巨大的；八十年代末期的美国估算，40%的病危桥梁重建，耗资亦需3000亿美元，造成不可能实现的情况。因而，加强桥梁养护、维修及病危桥梁的加固，力求充分利用，延长其使用寿命，以满足交通运输发展的需要。依国内外所积累的经验表明，旧桥加固所需资金为同期新建桥梁的10～30%左右，所以说，适时合理地加固旧有桥梁，其经济效益是十分显著的。
2、桥梁检查的种类
桥梁检查的种类分为经常性检查、定期检查和特殊检查三种。
经常性检查由路段检查人或桥梁养护人员进行巡视检查。目的是确保桥梁结构功能正常，使结构能得到及时的养护和紧急处治，对一些重大问题做出报告。该项检查的特点是检查人员有机会在各种天气情况下对桥梁进行观察。
定期检查是对桥梁结构的质量状况进行定期跟踪的全面检查。通常是依靠富有经验专职桥梁检查工程师，以目视观察为主，辅以必要的工具、常规测量仪器、照相机和其他器材等手段，实地判断病害原因，做出质量状况评分，并估计需要维修的范围及方法，或提出限制交通的建议。对需要进一步查明原因或继续观察的缺损部件，提出特殊检查或下次检查的时间要求。
特殊检查是因各种特殊原因由专家们依据一定的物理、化学无破损检验手段对桥梁进行的全面察看、测强和测缺，旨在找出损坏的明确原因、程度和范围，分析损坏所造成的后果以及潜在缺陷可能给结构带来的危险。通常在下列四种情况下需对桥梁进行特殊检查：（1）有必要使用特殊设备或专门技术对定期检查作补充时；（2）在进行复杂和昂贵的维修前，须查出定期检查中未能发现的损坏情况时；（3）在发生特殊事件后，如地震、洪水灾害、采空区塌陷、岩溶损害、撞击事故和超重车辆过桥后；(4)需要使用特殊仪器需作特别详细记录的检查，拟评定结构实际状况时。特殊检查一般由现场检查和实验室测试分析两大部分组成。
3、桥梁的一般加固方法
3.1 塞缝灌浆
塞缝灌浆是把按一定比例配制的水泥(砂)浆、 环氧树脂(砂)浆，通过喷浆机按一定压力灌入结构物缝隙内，起到填塞裂缝、避免钢筋锈蚀并提高结构整体强度的作用。裂缝在桥梁病害中较为普遍，产生裂缝的原因很多，也很复杂。结构物一旦出现裂缝，其受力截面发生应力重分布，也就意味着受力有效截面变小，结构应力增大，承载能力降低。塞缝灌浆是用胶结材料把结构的裂缝填满，使力的作用、传递尽可能恢复到原状态。
塞缝灌浆一般用于处理桥梁上、下部结构裂缝，灌浆分为水泥浆、水泥砂浆、环氧树脂浆、环氧树脂、砂浆等，具体采用哪一种，应视实际情况而定。通常水泥(砂)浆用于石砌墩、台和拱圈裂缝，由裂缝的大小来决定灌浆中是否掺砂，采用水泥(砂)浆造价低、效果好。环氧树脂浆一般用于钢筋混凝土结构物，因为钢筋混凝土构件产生的裂缝较小，易灌满，粘结性好；环氧树脂砂浆多用于桥面裂缝。
塞缝灌浆的通常做法是：先用1：1水泥砂浆勾缝，勾缝时须预留直径约6―8mm的灌浆孔，孔距视裂缝宽度而定，缝宽处孔距为0．6一1.0 m，缝小处孔距为0．4―0．6m。待勾缝砂浆达到一定强度后即可灌浆。钢筋混凝土梁的裂缝较小，用环氧树脂勾缝，凡大于0．2mm的裂缝都要留孔灌浆，孔距一般为0．25一0．30m，灌浆方法与灌水泥浆大致相同。在公路旧桥加固中，塞缝灌浆是综合处治的方法之一，用得比较普遍，通过试载及使用观察，效果较好。
3.2上部结构改建
在调查研究旧桥的基础上，经过技术、经济比较，采用充分利用原桥进行拼宽，利用桥台将拱式结构改为板式结构的加固方法，使其满足超限运输要求。
(1) 拼宽原桥
对验算不能满足超限运输要求的旧桥，经技术经济比较后，按实际通过的超限运输荷载设计拼宽桥梁，以确保超限运输安全。
(2) 利用原桥台改拱式结构为板式结构
对于小跨径石拱桥，由于拱圈厚度不能满足超限运输要求或因地基较差发生不均匀沉降，致使拱圈开裂，降低承载能力，可采用此办法。
3.3 旧桥下部结构加固
桥台特别是高度较大的桥台，受行车荷载和土压力作用，常见病害有桥台开裂、凸肚，翼墙外崩、开裂、错位等。对于跨径较小，水流不大的石拱桥，我们采用在桥跨内加钢筋混凝土框架进行加固。
3.4旧桥基础加固
桥梁基础特别是天然地基上的浅基础，由于埋置深度较浅，易受河水冲刷而淘空。受河水改道冲刷桥梁引道，导致桥台基础冲空，引道被毁。桥梁地基局部软弱，致使桥台发生不均匀沉降，引起桥台开裂等。针对以上病害，我们采取对河床用浆砌片石进行铺砌，上游河床设置丁坝，打木桩扩大桥台基础等方法进行加固。
3.5桥面铺装层的加固
桥面铺装层开裂或剥离等病害，对于钢筋混凝土梁板桥容易使钢筋锈蚀，减弱桥梁的横向整体性；对于石拱桥，由于桥面雨水下渗，加大了拱上填料的含水量，使拱圈出现渗水现象等；同时由于桥面铺装层的破损，引起桥面平整度差，车辆通行时，使桥梁产生震动，对桥梁产生不利影响，同时又加重了桥面铺装层的病害。根据桥梁的具体情况，采用不同的加固方法，对于使用年限长、破损严重的采用拆除、修复的加固方案。而对于病害较轻，使用年限短，且混凝土强度仍符合设计要求的则先处治病害，在不降低设计荷载标准的前提下可采用加铺沥青碎石层的方案。
4 、结语
随着城乡一体化建设和交通运输事业的飞速发展，车辆载重量、车速和交通量已大为提高，在过去三、四十年所建造的低标准的、长期失养的农用、公路及城市桥梁能否继续服役并安全运营，已成为公路和城市建设决策部门的一件大事。但是，有病害、甚至病害严重的危桥，如果有正确的检查分析与诊断，以新技术、新材料给予加强、加固（配合必要的桥梁试验验证）一般是能够继续安全运营的，并且能使其原有载重等级得到提高。此项检查、分析、加固的费用，一般只是新建桥梁费用的15%左右。而且在加固过程中，除少量重车短期绕行之外，勿须全部中断交通，其经济效益和社会效益极其了然。笔者认为公路旧桥的加固比新建桥梁还难，因为旧桥的维修加固，没有现成的规范，更没有可供使用的标准图，桥梁的病害又错综复杂，病害原因难以确定，因此，应充分重视公路旧桥的管理工作，加大资金投入，使其保持良好的工作状态，确保公路运输的安全。
