浅析桥梁加固的有效方法
2015-07-23
前言
作为交通干线的重要组成部分，桥梁的使用性能对整个交通的畅通性有直接影响作用，在经济迅速发展，公路交通的运输量大大增加的背景下，受材料、设计、施工等方面的影响，很多桥梁已满足不了现有荷载的受力要求，影响桥梁荷载的原因有：一、重型车辆的超载现象较为突出；二、交通运输量呈明显增长；三、建筑构件、材料等的老化；四、诸多地质灾害的影响等。桥梁的承载能力是有限的，部分桥梁不堪重负出现了沉陷、裂纹等破损现象，基于道路安全考虑，应对桥梁进行加固。
1、桥梁加固的原因
在上个世纪末期，桥梁的设计标准较低，而随着我国经济的不断发展，交通运输量猛增，运输与桥梁间的矛盾也日益明显，有些桥梁桥面宽度不够，纵断面、平面的现行设计标准较低，桥梁上通车的净空能力不足，通行能力无法达到要求。另外在进行桥梁的施工时由于勘测不到位，对施工中的基础深度、基底地质等情况无法掌握，若遇上洪水冲刷，桥墩基础冲空外露，产生不规则的沉降，拱圈、桥台会因为附加应力裂开，加之经济发展下重型车辆的增加以及较为突出的超载现象的影响，桥梁的安全受到了更加严重的挑战。如果将这些桥梁推倒重建，会耗费大量的物资，以及较长的工期，同时也会影响桥梁的正常使用。反之，当前多数交通发达的国家已将新建桥梁放在了次要位置，而把桥梁建设的重心放在了对桥梁的改造加固之上，本着“经济简便、可靠牢固、适用耐用”的原则，加强对现有桥梁承载力的研究，有计划、有步骤将现有的桥梁进行改造加固，既可以延长桥梁的使用寿命，及时有效地为现代道路交通提供服务，又能够以少量的资金来改善交通情况，并给社会带来巨大的经济效益。
2、桥梁加固的方法 加固，简单来说，就是通过一定的措施使构件乃至整个结构的承载能力及其使用性能得到提高，以满足新的要求。旧桥加固方法可综合为以下几类。
2.1结构性加固 ①体外预应力加固法。体外预应力法的加固原理是在梁的下缘受拉区设置预应力材料，通过张拉对梁体产生偏心预应力，在此偏心压力作用下，使梁体发生上拱，抵消部分自重应力，减小了结构变形和裂缝宽度、改善了结构受力，能够较大幅度的提高结构承载力。目前常用下撑式预应力拉杆加固法和外部预应力钢丝束加固法两种。 在合理安排施工流程的情况下，该方法可最大限度地减少对桥上交通的影响，甚至可以在有限开放交通的情况下组织施工，因此近年来国内工程实例较多。但加固后体外预应力筋的防腐问题一定程度上增加了后期养护费用，因此，一般不是公路部门的首选加固方法。 ②粘贴钢板或碳纤维（CFRP）加固法。粘贴钢板加固法是采用粘结剂和锚栓将钢板粘贴锚固于混凝土结构受拉面或其它薄弱部位，使钢板与加固混凝土结构形成整体，以达到提高结构承载能力的目的。该方法具有基本不改变原结构的尺寸、施工简单、技术可靠、短期加固效果较好且工艺成熟等优点，近些年来在钢筋混凝土桥梁的加固维修中为公路部门广泛采纳，是近几年应用最多的加固方法。 碳纤维加固技术是近几年内才由国外引进的一种新技术，因其强度高，耐腐蚀，且施工简便等优点，目前已广泛应用于实际工程中。然而，由于碳纤维本身的一些缺陷，如脆性、耐火性不好等使得这种材料的应用受到限制。 ③增大截面与配筋加固法。增大截面与配筋加固法一般采用在梁底面或侧面加大尺寸，增配主筋，以提高主梁截面的有效高度，从而达到提高桥梁承载能力的目的。然而，由于增大截面法在施工过程中全部的作业需在梁底进行，施工难度较大且施工质量难以控制，因此，尽管在某些情况下费用并不太大，但以上因素制约了该技术的广泛应用，一般用于T型截面梁的加固维修。④改变结构受力体系加固法。改变结构受力体系加固法是通过改变桥梁结构受力体系以达到提高结构整体承载能力的目的，是一种变被动为主动的加固方法。这种技术具有提高结构承载力，增大结构刚度，减小挠度等优点。但该加固方法施工改造时一般要涉及到桥面铺装的再处理，增加了改造费用且加固效果受负弯矩区施工质量的影响较大，目前极少单独采用。此外，结构性加固方法还有增设主梁加固法、锚喷混凝土加固法和增加横向联系加固法等。
2.2非结构性加固 ①钢纤维混凝土修复桥面铺装层。对桥面铺装层的严重破损，可考虑采用钢纤维混凝土修复。这种材料具有高强度、抗裂能力强，抗冲击耐磨耗等性能，可延长桥面的使用寿命，在不增加桥梁恒载的情况下，改善梁的结构受力性能。 ②伸缩缝的更新改造。在桥梁维修中，以下几种类型伸缩缝的使用是较成功的。ＳＦＰ“三防”型伸缩缝在大型桥梁上的应用情况良好；仿毛肋伸缩缝在大、中型桥梁的大量使用，效果明显；ＴＳＴ、ＦＧ系列桥梁无缝伸缩缝，在中小行桥梁上也得到广泛使用。
2.3Ｕ型高桥台加固 ①预应力锚索框架法。该加固法采取在Ｕ型桥台前墙和两侧墙外加套４０厘米的钢筋混凝土，并在两侧墙增设水平预应力索对锚和前墙增设地锚的方案。该方案适用于不能中断交通又无法架设便桥的高桥台病害修复。 ②锚杆配合钢筋混凝土抱箍法。该加固法采取台腔与桥台基础持力层进行压浆固化，再打入锚杆与槽钢抱箍，最后在Ｕ型桥台前墙和两侧墙外加套２５厘米的钢筋混凝土，新旧墙体采用锚杆连接形成整体。该方案适用于地基承载力不足，且施工处理不到位，造成桥台前墙下沉。
2.4桥墩加固 桥梁下部结构加固的主要目的是提高桥墩的整体承载能力。如桥墩发生了结构性损伤，可以用外包混凝土、粘贴钢板或碳纤维的方法进行加固。但是对于实体桥墩等横向刚度比较大的结构，其状态变化主要是由地基所引起，此时可重点从回填硬土或者对地基进行注浆等方法提高其约束桥墩的能力，提高桥墩的整体承载能力。抬桩就是通常使用的一种有效的加固方法，即在旧桩的两侧各增设一根桩，并通过植筋扩大承台，共同受力。另一种桩基加固方法是钢筋混凝土套箍。由于下部桩基施工等原因，造成桩基缩径，采用的加固方法是清除桩体虚浮物，通过植筋后，外抱箍微膨胀混凝土。
3、桥梁加固的方案选择 加固方案与诸多因素有关，常考虑的主要因素:①桥梁结构型式；②桥位地形、水文、自然状况；③桥梁现状分析研究结论；④施工技术水平；⑤能否封闭交通；⑥预期加固效果；⑦资金投入量等。 合理的加固方案是将上述加固方法优化组合，体现出加固效果及经济效益。应注意以下两点：不同的加固方法有对应的设计计算方法；加固后的桥梁结构承载能力提高幅度受原结构的制约,如原结构配筋率、截面尺寸等，不可能无限制地提高承载能力；
4、桥梁加固效果评价 桥梁加固应在不断总结经验和技术进步的基础上形成专门规范，同时要重视对加固后的桥梁进行检测和观察，以确定加固的效果。桥梁加固后的上部结构通常是用静载或动载试验,将试验结果与加固设计的计算结果进行对比，来判断桥梁加固成功与否。但对下部结构而言，不方便进行荷载试验，通过其频率变化来定量评估桥墩的加固效果。 桥梁的加固维修技术是最近兴起的一门新技术,为了指导桥梁加固技术的应用，需提出一整套完整的实用性公路桥梁检测、评定与加固成套的技术规范，为我国公路危旧桥的改造提供技术支持，确保危旧桥的改造工作科学合理、经济安全,使得桥梁加固做到“有法可依”。
5、结束语
总之，如今桥梁加固已成为工程关注的重点，现在主要的桥梁问题多集中在低级公路桥梁上，加固主要对象也是中小桥梁，面对我国桥梁技术的快速发展，进一步提高桥梁维护以及加固改造的水平有着深刻的现实意义。
