浅析桥梁检测评定与加固技术
2015-08-17
引言
每一座“新”建的桥梁经过若干年大自然的侵蚀和使用之后都会成为一座“旧”桥。对我国来说，由于大部分桥梁是根据20世纪70年代或80年代初期颁布的设计标准建造的，所以设计荷载较低，而且随着我国交通量的不断增大以及自然环境的侵蚀，有相当数量的桥梁损坏严重，或处于超期运营状态，严重影响了我国交通运输的发展。
很多资料表明，当前有些交通发达的国家，桥梁建设的重点已放到了桥梁的检测评定与加固技术方面，而新建桥梁已降为次要地位。国内外的实践也均证明旧桥的检测与加固是一项技术上可行、经济上合理的举措。但由于旧桥加固的过程中常存在原始资料和图纸不全的客观原因；旧桥加固设计的规程尚在制订；旧桥加固设计的制约因素和技术风险远比设计新桥要大得多。因此对旧桥的检测与加固，以及如何提高其承载力的问题研究、试验与推广，是非常有必要的。
1.桥梁检测
桥梁加固前，应对桥梁进行全面的检测，旨在摸清桥梁的现状以及可能存在的缺陷或隐患，查明箱体现有裂缝的性质与分布特征，寻找桥梁开裂的原因，分析桥梁现存缺损可能会给结构造成的负面影响，为加固设计提供依据。
1．1 直观分析
由于时间的推移，部分旧桥的原设计图纸与施工技术资料已基本流失，因此首先要对桥梁的各个部位利用各类检测工具进行全面、彻底的检查，必要时对部分隐蔽工程揭露检查。由于目前交通荷载量已与原设计严重不符，还应测算其交通量与载重量，最终将各类资料及检测数据汇总整理。
1．2 承载能力检测
旧桥承载能力评定是加固设计的基础，准确评定旧桥的承载力十分重要。桥梁荷载试验有动、静之分。静载试验被公认为方法可靠、准确性高，是目前桥梁荷载试验主要采用的方法。但静载试验需中断交通，工作量大，试验周期长，测试精度易受气候影响，相对制约了静载试验的应用。动载试验可克服静载试验的缺点，不需长时间中断交通，试验时间短，节省经费。荷载试验还有助于发现在一般性桥梁检查中难以发现的隐蔽病害。
1．3 砼结构强度检测
可通过无破损或半破损试验(如回弹仪法、钻芯取样法)来判断砼结构强度，为全面分析桥梁病害提供依据。
1．3．1 回弹法
回弹法是以在混凝土结构或构件上测得的回弹值和碳化深度来评定混凝土结构或构件强度的一种方法，它不会对结构或构件的力学性质和承载能力产生不利影响，在工程上已得到广泛应用。
1．3．2 钻芯法
钻芯法是利用专用钻机和人造金刚石空心薄壁钻头，在结构混凝土上钻取芯样以检测混凝土强度和缺陷的一种检测方法。它可用于检测混凝土的强度，结构混凝土受冻、火灾损伤的深度，混凝土接缝及分层处的质量状况，混凝土裂缝的深度、离析、孔洞等缺陷。该方法直观、准确、可靠，但是费用较高，费时较长，且对混凝土造成局部损伤，因而大量的钻芯取样往往受到限制，可利用其他无损检测方法如超声法与钻芯法结合使用，以减少钻芯数量，另一方面钻芯法的检测结果又可验证其他无损检测方法如超声法的检测结果，以提高其检测的可靠性。
2.桥梁的评定
根据检测资料，可对桥梁进行评定。桥梁评定分为一般评定和适应性评定。一般评定是依据桥梁定期检查资料，通过对桥梁各部件技术状况的综合评定，确定桥梁的技术状况等级，提出养护措施。桥梁适应性评定包括以下内容：依据桥梁定期及特殊检查资料，结合试验与结构受力分析，评定桥梁的实际承载能力、通行能力、抗洪能力，提出桥梁养护及改造方案。
对一般评定划定的各类桥梁，分别采取不同的养护措施：一类桥梁进行正常保养；二类桥梁需进行小修；三类桥梁需进行中修，酌情进行交通管制；四类桥梁需进行大修或改造，及时进行交通管制，如限载限速通过，当缺损较严重时应关闭交通；五类桥梁需要进行改建或重建，及时关闭交通。
3.桥梁加固与改造技术
3．1 上部结构加固、改造方法
3．1．1 增大截面(惯矩)加固法
可在梁桥及拱桥拱肋的加固中使用，施工中要注意所增加的重量不应使原截面破坏，且新老结构材料之间应设置剪力键、传力销、锚固筋等可靠的连接。
3．1．2 粘贴钢板(筋、纤维)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。当梁板桥的主梁因交通量增加或纵向主筋出现腐蚀而导致底部出现严重的横向裂缝可采用此简单、易行方法。该法短期加固效果较好且工艺成熟。其中碳纤维强度高，耐腐蚀，但是脆性、耐火性不好，使得这种材料的应用受到限制。此外还需要注意的是贴钢板、钢筋、纤维的位置应尽量远离中性轴加固区，在具有锚固条件时应尽量锚固并一定要考察黏结剂性能。
3．1．3 转换结构体系法
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。
3．1．4 体外预应力法
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。如301国道盘锦立交主线桥和盘锦立交WH匝道桥的加固。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。
3．2 下部结构的加固
桥梁下部结构的加固方法有加大截面、粘贴纤维钢板等。
4.加固方案的分析
（1）在设计加固方法时必须经过详细计算，考虑加固后对结构强度及刚度的平衡以及对结构抗裂性与抗腐蚀性的影响。
（2）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力。
（3）对于大跨径复杂桥梁结构的加固计算，一般要做结构整体分析，有效工具是有限元法，必要时应考虑非线性影响。
5.结论
上述这些加固技术，较好地满足了我国桥梁养护发展的需要，在桥梁维修工作中发挥了积极的作用。但是，由于每一种加固方案都有一定的适用范围，其适用范围主要由桥梁需要加固的原因和结构的特点、结构所处的环境、当地具体条件，尤其是对加固后桥梁的功能要求所决定的。所以很难提出一种能够解决所有问题的统一方法，在实际操作中，针对不同的桥型，不同的病害和在不同的环境下，需要选择的加固方法也各不相同。
