城市混凝土桥梁常用加固方法研究
2015-08-04
引言
随着我国城市化进程的发展，交通运输量大幅度提高，货运干道上的城市桥梁，随着交通量的大幅提高，以及超载现象的影响，部分城市桥梁结构出现了不同程度的损坏，需进行必要的检测加固，以期恢复其正常使用功能，本文分析了对现役桥梁进行结构安全评估的评价体系，总结城市混凝土桥梁常用加固方法。
桥梁结构体系的劣化与损伤
1.1桥梁结构体系劣化的原因
由于项目周期、人员专业素质等原因可能造成设计不合理、结构截面尺寸和钢筋配置不符合力学要求、施工质量达不到设计要求、 建筑材料使用不当、品质不良等问题，这些问题使桥梁在使用初期就存在质量隐患。桥梁在使用过程中，混凝土的收缩、徐变现象以及预应力构件的预应力损失不可避免，造成裂缝产生、构件强度降低；同时，环境中有害的化学物质会对结构造成侵蚀，导致混凝土强度降低，钢筋产生锈蚀。此外，交通超载、车辆与船舶的撞击损坏、桥面磨损等人为因素经常发生；严寒酷暑的温度影响、洪水的冲击、地震造成的破坏也不可避免
1.2桥梁结构体系损伤与劣化现象
桥梁结构体系的损伤与劣化现象是多种原因形成的，近两年笔者负责了合肥市市政大修桥梁的加固设计任务，经过检测和调查发现，混凝土桥梁构件主要存在如下病害：
（1）由于支座支承面不平整或预埋钢板下浇筑砼时空气无法排出， 砼凝固后收缩， 与钢板产生空隙及预制板梁底翘曲等原因， 造成支座脱空
（2）施工时桥台填料压实度不足导致桥台不均匀沉降， 且浇筑大体积混凝土时没有控制好水化热的影响， 引起桥台侧墙出现斜向裂缝；
（3）由于支座偏压或脱空， 铰缝受剪破坏及桥面铺装的防水性能差， 部分梁板出现渗水结晶现象；
（4）由于施工时模板位置或钢筋放样不到位， 后期混凝土的碳化、 剥落， 导致保护层厚度变薄或钢筋外露， 另外， 铰缝处漏水对梁板的腐蚀作用造成板体混凝土保护层厚度不足， 普遍小于20mm；
（5）由于铰缝破坏， 梁板处于单板受力状态 ，承载能力不足， 板底裂缝明显， 部分结构钢筋外露；
混凝土桥的技术状况的评定
在桥梁维修加固之前，应详细评估其结构现有强度是否能够承受实际荷载，以判定桥梁承载能力的安全性。而在耐久性方面，应综合考虑结构损伤、材质劣化、施工缺陷等状况与周围环境条件，合理判断结构的使用寿命。下表是我国对现役桥梁技术状况的评定标准：
混凝土桥梁补强加固方法
3.1加大截面加固法。增大截面加固法是在原结构基础上再浇筑一定厚度的钢筋混凝土，这是对钢筋混凝土桥加固的一种常用的改造技术。增大混凝土截面一般采用两种方式，一种是加厚桥面板;另一种是加大主梁梁肋的高度和宽度。该法施工工艺简单、适应性强，并具有成熟的设汁和施工经验，适用于较小跨径的T梁桥或板桥的加固。采用此法加固后桥梁刚度明显提高，承载能力也能取得较好的效果。该法也有明显的缺点，比如混凝土构件的体积增大、自重增加、施工周期加长、施工空间大等。
3.2粘贴钢板加固法。以树脂粘接钢板与混凝土的结构加固法，被用于建筑、工厂、桥梁等土木工程中。该法施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业，对生产和生活影响小，且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响，但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平。适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。
3.3粘贴碳纤维增强塑料加固法。粘贴碳纤维加固技术采用专门的树脂将碳纤维粘贴于混凝土结构受拉表面时碳纤维与原结构形成新的受力整体，碳纤维与钢筋共同承受荷载，降低了钢筋应力，从而使结构达到了加固和补强效果。粘贴碳纤维加固技术的主要特点是:几乎不增加结构自重和截面尺寸，不改变净空高度，施工方便，对原结构几乎不会造成新的损伤，具有良好的耐腐蚀性、耐久性和抗疲劳性能，根据受力分析可进行多层粘贴进行补强，其方向性也可以灵活掌握。此外碳纤维质地柔软，加固后可用混凝土砂浆涂敷，或根据要求涂装各种颜料，修复补强不留痕迹。可在不改变结构外型的前提下补强各种混凝土结构物，包括抗弯、抗剪、抗压、抗疲劳、抗震、抗风、控制裂缝和挠度的扩展，增加结构的延性。
3.4体外预应力加固法。体外预应力加固法是指对布置于承载结构主体之外的钢束张拉而产生预应力的后张法。体外预应力体系由体外预应力孔管、浆体、锚固体系和转向块等部件组成。体外预应力技术能大大缩短施工工期。但加固后对原结构外观有一定影响，且不宜用于混凝土收缩徐变大的结构。
3.5喷凝土加固法。喷凝土加固法是在原有结构上喷涂一层高品质的混凝土，以恢复对钢筋的保护，提高已剥离或变质的混凝土强度，提供美观表面的功能，是目前常用的维修加固方法。
3.6置换混凝土加固法。该法的优点与加大截面法相近，且加固后不影响建筑物的净空，但同样存在施工的湿作业时间长的缺点。适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。
3.7有粘结外包型钢加固法。该法也称湿式外包钢加固法，特点是受力可靠、施工简便、现场工作量较小。适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固。
3.8锚栓锚固法。该法适用于混凝土强度等级为C20~C60的混凝土承重结构的改造、加固，不适用于已严重风化的上述结构及轻质结构。
3.9增加支承加固法。该法简单可靠，但易损害建筑物的原貌和使用功能，并可能减小使用空间。适用于具体条件许可的混凝土结构加固。
结语
对于现役出现病害的城市桥梁，如能采取有效的加固维修措施，恢复和提高它们的承载能力，消除安全隐患，使其能够继续服役，将会带来巨大的社会和经济效益。因此，我们应高度重视城市桥梁的管养工作，加大资金投入，使其保持良好的工作状态。桥梁安全评估和加固补强必将成为桥梁工程中的一门新兴学科，推动桥梁工程发展。
