浅析路桥加固改造设计中的要点分析
2015-09-07
一、公路桥梁的加固原则
加固设计一般把原桥作为基础，首先不变动原桥的结构型式，然后再对原桥相对主要的受力构件实施加固。加固的设计需考虑如下几点：若下部的结构具备足够强的潜力，加固之后需达到载重量较大的车可以通过的要求；如果下面的部分是航道，则在其斜腿或者跨中腹板的加固中，应当尽量地保持其原有的净空，不得过多削减其下部空间；需对开裂的构件表面实施修补，以保证构件的表面连续而光滑。在修补加强的同时，应当注意起加固作用的材料本身的重量对原桥产生的影响；在加固后应当保持好桥梁整体的美观。
二、路桥加固改造设计出现的问题
(一)工程施工的条件差
施工过程受干扰：比如已经通车了的桥梁，因为交通不能中断所以只能在交通正常通行的情况下实施加固措施，因此常常会因为交通干扰加固工程，影响施工的进度。结构的形式受限制：一般加固的基本原则是必须把原有的结构加以利用，所以只能在桥梁原有的结构基础上进行加固，因此具有局限性。新老结构相结合：包含了新老结构系统的过渡与变化，以及新老桥体之间相结合的面。
(二)工程的难度和风险大
因为只要是需进行加固的路桥，多数属于危桥，甚至有些已经岌岌可危。比如有些桥梁的桥面铺装已经损坏，会导使车辆行驶时发生颠簸或者跳车现象，下雨天气时桥面形成积水甚至下渗，不仅影响道路交通安全，而且会加大对桥梁上部承重构件的破坏，甚至使拱圈或者主梁等构件产生裂缝。因此，要加强桥面养护，对泄水孔及时疏通，对桥面的损坏层及时铺补。而且对于旧桥常常缺乏其原有的施工记录以及设计资料，导致其内部结构状况不明。另外，现有受力的情况也不一样，加大了确定桥梁结构极限的难度，也加大了旧桥加固的风险。
三、路桥加固的施工技术
(一)预应力的体外加固
预应力的体外加固一般采用钢绞线、粗钢筋以及高强度的钢丝等材料当作施力的工具，在桥梁体外对上部的结构施加预应力，通过预应力反弯矩的部分与外荷载的内力相抵消，达到既可以改善桥梁的使用性能又可以提高其承载力的目的。一般加固预应力的方法有预应力外部钢索加固与预应力的下撑式拉杆加固两种。
（1）预应力外部钢索加固：预应力外部钢索的加固通常采取预应力钢绞线或者钢丝束，沿桥梁的肋侧面依照某种线形的设置，由张拉来实现体外的预应力。桥梁的底部设置一定数量的定位设施，以确保钢索的线形并且固定好其位置。一般钢索的锚被固定在桥梁的两端。预应力的钢索一般套上保护管，或者等张拉锚完全固定后使用混凝土将其包裹，来防止锈蚀。
（2）预应力的下撑式拉杆加固：预应力的下撑式拉杆设置的形式包括混合式、折线式以及直线式等，每种拉杆适用的范围不相同。混合式的拉杆对于斜截面的抗剪承受力不足而正截面的抗弯承受力极其不足的梁以及下弦杆的承受力相比端腹杆的承受力更加不足的一些桁架比较适用，折线式的拉杆对于正截面的抗弯承受力、斜截面的抗剪承受力都不足的梁与端腹杆、跨中下的弦杆和抗拉承受力不足的一些桁架适用，直线式的拉杆则对于正截面的抗弯承受力不足的桥梁与下弦杆的抗拉承受力不足的一些桁架适用。而刚架、框架、连续梁等等，应当采用同结构的弯矩图相对应的折线式的拉杆。
其具体的施工工艺为：
①在进行锚箱混凝土浇注前，应先凿毛处理锚固块与定位块处的梁体；在浇注时，要保证无漏振或振捣充足；在浇注完毕后，及时进行洒水养护，同时保证模后无蜂窝麻面、无空洞等的问题。
②锚固节点和转向节点均采用钢板（应做好防锈处理，机械除锈）和钢管焊接而成，且为满焊；安装时，则采用结构胶粘结并用锚栓固定。
③预应力筋穿束应先固定端后穿至张拉端；张拉时，宜采用左右对称，分级加载，两端同步整束张拉工艺；一般，张拉控制力宜为1209MPa，在每个张拉过程中，需测量伸长值并进行校核，实测伸长值与计算值的偏差宜在±6%之内。
(二)局部修复
通常在桥面局部出现破损的情况下采用局部修补的方式进行处理，采用铁锹对桥面混凝土层有松动的位置进行凿除的方法进行改善，直到凿至钢筋露出即可。在利用清水对其断面进行清洗，待清洗干净洗后，使用水泥标号相同的材料对桥面进行修补，当养护期结束以后即可恢复通行。在采用该方法时，应注意局部破损的实际情况，若裂缝深度较深，采用托松结构清除的方法，直到钢筋露出为止。若深度相对较浅，应采用直接修补即可。
具体的施工工艺：
对全部宽度值不少于0.15 mm的砼裂缝采取灌浆法进行修复，所用材料为质量良好的环氧树脂，采取合理粘性的材料，要保证材料能够匀称地渗透吸收，禁止添加其他溶剂。采用刷子把混凝土表面的残渣清理干净，在灌浆时，裂缝做好保持干燥状态。施工预处理阶段，要全面检测所用设备以及材料的质量性能，确保其性能参数能够达到国家建筑规定的标准。如果需要使用大量的灌浆材料，就应该检测样品的拉伸剪切程度，所选取的样品应是相关技术人员随即抽取的。所采用的灌浆材料要事先配制好，不应现用现配。裂缝注满后应根据相关标准开展养护工作，等浆液固化完毕，拆掉灌浆口，修整混凝土表面，使其平整光洁。还要对加固处治的结果进行检测，一旦没有达到相关的要求，就要马上开展补浆技术处理进行补救，保证项目的质量。
(三)混凝土的重新浇筑
通常在桥面破裂或损坏面积相对较大且破损程度较为严重的情况下采用该方法。该现象的产生都是由于混凝土施工质量不好或施工不当所造成的。当采用其他方法无法对其病害进行彻底改善时，则必须运用混凝土重新浇筑。在进行施工修复的过程中，首先应对桥面破坏或存在的危害进行拆除，并清除干净，其次进行适量的钢筋网铺筑，最后即可进行混凝土的从新浇筑。在使用该方法的过程中，首先应掌握桥面的设计强度，运用钢筋及水泥标号完全相同的材料进行施工，促使桥面重新浇筑以后的强度与承受力与原桥面的设计标准达到统一。
(四)桥面补强层的加固
通常情况下，对于使用时间相对较长的老桥，其桥面则会有许多裂缝、剥离等损坏现象出现，该情况下不仅无法进行局部处理方法，也不能采取对原有桥面的重新浇筑。因此，桥面补强层的加固方式则最为有效，在原有桥面上，进行混凝土或钢筋混凝土补强层的重新加铺，不仅能够实现大面积裂缝及剥离等现象的改善，而且还能使桥面的强度及承载能力得到有效提升。在该方法的使用过程中，应对车流量及路面的实际承载力进行考虑，从而对补强厚度及材料进行确定。
具体的施工工艺：
通过一定的工艺措施，在桥面上铺加一层钢筋混凝土，平整风干以后，不仅可以增加主桥的厚度，还能够提高桥面的承受力。注意施工时候一定要先除去原有桥面水泥路面，再浇钢筋混凝土，同时加大交通控制，使其能够自然风干不受车辆影响。
(五)截面加固法
在桥体出现主梁承载不足或强度有限的情况下，应对路桥主体混凝土的截面及钢筋增加的方法进行加固。在对截面进行增加的过程中，通过对桥面板加厚或主梁高度及宽度加大的方法进行实现。截面加固方法施工相对简单，通常在市政路桥加固跨度较小的情况下适用。在桥梁改造的过程中该方法的应用能够使其强度及承载能力得到有效提升。
该方法在使用的过程中，应对单体支撑桥墩的承力设计标准进行考虑，对主梁跨度、厚度等相关数据进行了解。结合实际设计的承载力情况对截面厚度及宽度进行有效增加，当盲目增加时，会对注浆的自重造成影响，导致桥墩支撑的承载力强度不足。
(六)抗拉补强材料黏贴加固法
与设计相比，当交通流量超出的情况发生时，桥梁主梁会有承载力不足的现象发生。通过对粘结剂或锚栓进行运用，促使钢板或高强复合碳纤维在桥体结构的手里部位及薄弱位置进行粘贴锚固，从而实现与桥体的有效结合。也就是将钢筋被钢板或高强复合碳纤维材料替代，实现主梁承载能力提升的效果。该方法的实施不会对桥梁原结构造成破坏，存在施工工艺相对简单、工期短且质量容易控制的优点。在使用这个加固法的同时，一定要根据具体的桥梁施工情况进行材料的选择，只有针对其桥梁的建设情况才能选择适合建筑的施工材料，进而保证桥梁的质量。
其具体的施工工艺为：
①用滚筒刷将搅拌均匀的粘贴胶（底胶主剂∶固化剂＝4∶1）均匀涂抹于混凝土表面，不得漏刷或有气泡；
②用粘贴胶加适量矿物填料调制成腻子对混凝土表面凹陷部位进行填补找平；
③粘贴碳纤维布：用滚筒刷均匀地将粘接胶涂在粘贴位置，将按要求尺寸（尺寸长度在2m以内最适当）剪好的碳纤维布用手轻压贴于需粘贴位置，然后用滚筒刷和橡皮刮刀顺纤维方向多次滚压和推平，使碳纤维布充分浸渍，形成复合材料；粘贴后放置30min，若纤维有浮出或脱线情形发生时以滚轮或橡皮刮刀压平修正。
结语
总之，桥梁的加固技术与耐久性是一项系统性的工程。设计人员在设计桥梁结构时，要结合我国的实际情况合理利用先进的管理经验与设计方法。就桥梁的加固技术而言，要注意各种技术之间的有效运用和合理搭配。以构件和结构的标准化来降低劳动的强度并保证人身安全十分重要，所以，在桥梁的结构设计与施工中每个环节都必须严格地按照规范与操作工艺进行，以保证工程的质量，最大程度地发挥桥梁的使用寿命。如需加护维修，则应严格按照路桥加固的技术方法与要求对其进行加固维修，延长使用年限。
