劉鐵志

(黑龍江省高速公路管理局)

公路橋梁造價(jià)昂貴,在公路運(yùn)輸中發(fā)揮著重要作用,因此,人們?cè)跇蛄航ㄔO(shè)過程中,總是采取各種措施,千方百計(jì)確保工程質(zhì)量。盡管如此,公路橋梁長(zhǎng)期在自然環(huán)境(大氣腐蝕、溫度、溫度變化)和使用環(huán)境(荷載作用與頻率的增加、材料與結(jié)構(gòu)的疲勞)的作用下,總會(huì)逐漸產(chǎn)生損壞現(xiàn)象,因此加固、維修便成為一個(gè)十分突出的問題。

1 針對(duì)橋梁所發(fā)生的不能滿足繼續(xù)使用的狀況進(jìn)行處理

(1)橋梁使用一定年限之后,出現(xiàn)結(jié)構(gòu)陳舊老化、破損影響到原有設(shè)計(jì)能力而危及運(yùn)行的,必須予以修補(bǔ),使之恢復(fù)到原有設(shè)計(jì)的承載能力。

(2)橋梁基本完好,但當(dāng)初設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低,經(jīng)過一段時(shí)間的交通發(fā)展,荷載標(biāo)準(zhǔn)或橋上、橋下的凈空不能滿足新交通的需要,需對(duì)橋梁維修才能適應(yīng)新的交通。

(3)橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)合理,結(jié)構(gòu)基本完好,但橋梁遇到某種特殊需要,是原設(shè)計(jì)所沒有包括在內(nèi)的荷載或結(jié)構(gòu)變化的添加,而需要臨時(shí)加強(qiáng)的。

2 橋梁加固技術(shù)

(1)粘貼補(bǔ)強(qiáng)材料。此種方式所涉及的加固手段主要有粘鋼加固、碳纖維加固等。

(2)增大構(gòu)件的截面。此種方式所涉及的加固手段主要有化學(xué)植筋、噴射混凝土等。

(3)增加輔助構(gòu)件。例如增加混凝土構(gòu)件、增加鋼構(gòu)件、增加體外預(yù)應(yīng)力等。

(4)對(duì)結(jié)構(gòu)的微小縫隙進(jìn)行粘結(jié)填補(bǔ)。例如,環(huán)氧樹脂低壓灌縫。

3 加固方法的選用

(1)上部 T梁。

①由于粘貼加固法中的鋼板粘貼加固法和炭纖維粘貼加固法施工難度較大、造價(jià)較高且其加固方法并不能提高 T梁的剛度從而在根本上解決T梁擾度過大的問題。

②截面增強(qiáng)法雖然施工難度較高但造價(jià)較低,且可以提高橋梁的設(shè)計(jì)荷載,可以提高T梁的剛度在根本上解決T梁擾度過大的問題。故在橋梁維修加固設(shè)計(jì)中采用方法。

③T梁的裂縫采用壓力灌漿和鑿槽嵌補(bǔ)法進(jìn)行封閉。

(2)下部墩臺(tái)。

①由于原有橋臺(tái)為 U型橋臺(tái),在運(yùn)營(yíng)過程當(dāng)中未出現(xiàn)大的病害故在此次設(shè)計(jì)位于維修加固。

②橋墩采用鋼筋混凝土套箍或護(hù)套加固法和增加承臺(tái)法進(jìn)行加固。

4 橋梁加固改造的基本方法

4.1 增大構(gòu)建截面加固法

主要針對(duì)因受力鋼筋和截面尺寸偏小、荷載等級(jí)偏低而導(dǎo)致承載力不足的缺陷、主要法增加受力主筋,加大主梁截面,加厚橋面特設(shè)層(板)等。該加固方法應(yīng)用范圍廣,施工工藝簡(jiǎn)單,并具有成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn),能有效增大截面尺寸及截面剛度,但現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量大,養(yǎng)護(hù)期長(zhǎng),而且界面增大還需注意對(duì)結(jié)構(gòu)外觀和凈空的影響。

4.2 壓力灌漿和鑿槽嵌補(bǔ)法

各類混凝土橋梁的裂縫修補(bǔ)。對(duì)于縫寬小于 0.3mm的裂縫或表面裂縫可采用表面封閉;對(duì)于 0.3～0.5mm的裂縫可采用化學(xué)灌漿封閉;對(duì)于大于 0.5mm的裂縫則需采鑿槽嵌補(bǔ)法修復(fù)。裂縫較大時(shí)采用手壓泵注漿;裂縫較細(xì)或灌漿量小時(shí)采用注射器注漿;裂縫較細(xì)或灌漿量小時(shí)采用注射器注漿;封閉應(yīng)嚴(yán)格;作業(yè)要防火、防毒;鑿槽嵌補(bǔ)時(shí)應(yīng)將槽內(nèi)清除干凈,用水泥砂漿填補(bǔ)時(shí)槽內(nèi)應(yīng)濕潤(rùn),用環(huán)氧砂漿時(shí)槽內(nèi)應(yīng)干燥。

4.3 粘貼鋼板加固法

(1)堅(jiān)固耐用：經(jīng)過多年來的工程實(shí)踐,已經(jīng)證明完全能保證加固工程的質(zhì)量,結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度都能滿足設(shè)計(jì)的要求。膠粘劑老化試驗(yàn)?zāi)途眯阅軡M足要求。粘鋼加固后的結(jié)構(gòu)試驗(yàn),也證明強(qiáng)度和剛度的設(shè)計(jì)方法是正確的和可靠的。

(2)施工快速：在保證粘鋼加固結(jié)構(gòu)質(zhì)量的前提下,快速完成施工任務(wù),并能根據(jù)業(yè)務(wù)要求,在不停產(chǎn)不影響使用的情況下完成施工。

(3)簡(jiǎn)潔輕巧：與其他加固方法比較,粘鋼加固的施工干凈利落,比較簡(jiǎn)便,現(xiàn)場(chǎng)無濕作業(yè)。完成加固后的結(jié)構(gòu)外觀不改變,比較輕巧,鋼板薄,結(jié)構(gòu)自重增加極微,不會(huì)導(dǎo)致建筑內(nèi)其他構(gòu)建的連鎖加固。

(4)經(jīng)濟(jì)合理：由于施工快,避免或減少工廠停產(chǎn)時(shí)間,節(jié)約加固材料,與其他加固方法比較,粘鋼加固的費(fèi)用大為節(jié)省,經(jīng)濟(jì)效益很高。

4.4 粘貼碳纖維增強(qiáng)塑料加固法

碳纖維復(fù)合材料通常由纖維和基體組成。加固混凝土結(jié)構(gòu)用的纖維材料目前主要有玻璃纖維,碳纖維和芳綸纖維。纖維復(fù)合材料的力學(xué)特點(diǎn)是其應(yīng)力變量完全線彈性,不存在屈服點(diǎn)或塑性區(qū)。由于碳纖維具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)異物理力學(xué)性能,以及現(xiàn)場(chǎng)施工便捷,碳纖維布的抗拉強(qiáng)度一般為 3550MPa,彈性模量為2.35×105MPa。根據(jù)碳纖維布的品質(zhì)產(chǎn)不同,其厚度在 0.11～0.43mm,幅寬在 20～100cm,卷材長(zhǎng)度為 50～1000cm,是舊橋加固補(bǔ)強(qiáng)的比較理想材料。

4.5 鋼筋混凝土套箍或護(hù)套加固法

當(dāng)橋梁墩臺(tái)由于埋置深度不夠,或因施工質(zhì)量控制不嚴(yán)等原因,導(dǎo)致墩臺(tái)破損時(shí),有時(shí)會(huì)出現(xiàn)貫通裂縫,可采用鋼筋混凝土圍帶或鋼箍進(jìn)行加固,當(dāng)墩臺(tái)損壞嚴(yán)重。如有嚴(yán)重裂縫及大面積表面破損、風(fēng)化和剝落時(shí),則可采用圍繞整個(gè)墩臺(tái)設(shè)置鋼筋混凝土護(hù)套的方法進(jìn)行加固。

5 橋梁維修加固設(shè)計(jì)

5.1 上部 T梁的加固設(shè)計(jì)

設(shè)置下馬蹄,并根據(jù)計(jì)算配置 4Φ25+2Φ20鋼筋,馬蹄尺寸為 33cm×28cm,梁高由原 135cm增高至 153cm。經(jīng)過計(jì)算橋梁的抗力強(qiáng)度及剛度已經(jīng)滿足汽 -20,掛 -100設(shè)計(jì)的荷載標(biāo)準(zhǔn)。

(1)其荷載效應(yīng)的控制值為 Mj=3113.1kN?m,拉力效應(yīng)的理論計(jì)算值為 Mj=4221.5kN?m。

(2)剪力荷載效應(yīng)的控制值為Qj=556.2kN,控制截面的鋼筋所需面積為 Aw=16.9cm,控制截面的鋼筋實(shí)有面積為Aw'=32.6cm2。

(3)附加恒載及活載對(duì)截面產(chǎn)生的上緣混凝土應(yīng)力為8.5kPa,下緣鋼筋應(yīng)力為 151kPa,均小于容許應(yīng)力。

(4)附加恒載及活載產(chǎn)生的跨中撓為 5.85mm和25.2mm,均小于容許值。

5.2 更換支座

原橋支座為鋼板支座和活動(dòng)擺柱支座,改造后全部改為板式橡膠支座。為此將原橋活動(dòng)擺柱支座拆除,設(shè)預(yù)制墊塊調(diào)整其標(biāo)高。由于原橋鋼板支座與主梁和蓋梁都由預(yù)埋筋焊牢,無法清除。故采用槽型鋼板扣住鋼板支座,一方面免除剔掉鋼板支座的麻煩和對(duì)主梁和蓋梁的傷害,也為設(shè)置橡膠板支座增加了承壓面積。

5.3 橋臺(tái)的改造

橋墩基礎(chǔ)加固對(duì) 1#～18#,23#～30#墩進(jìn)行,19#～22#墩為群樁承臺(tái)基礎(chǔ),有較高強(qiáng)度儲(chǔ)備,0#及 31#為橋臺(tái)基礎(chǔ)不允加固。加固采用在雙柱間設(shè)置承臺(tái),形成樁基與擴(kuò)大基礎(chǔ)聯(lián)合作用,圖中承臺(tái)所設(shè)位置在樁柱結(jié)合面以下 2m,按此承臺(tái)加固時(shí),增加基礎(chǔ)承壓面積 10.3m,以該橋位處地質(zhì)狀況為松散砂礫,其地基礎(chǔ)強(qiáng)度為(200～300kPa),故可提高地基承載能力 206～309t而承臺(tái)本身自重只為 25.8t。1～30#橋墩墩柱均采用鋼筋混凝土套箍法進(jìn)行回固。

6 使用效果和效益分析

該橋的維修加固僅用了 5個(gè)月時(shí)間,工程投資 510.8萬元,平均每延米造價(jià) 7421.8元,達(dá)到了節(jié)省投資、縮短工期、提高橋梁通行能力的目的。以該橋和相關(guān)資料考核比在原舊橋旁新建一座相同長(zhǎng)度和寬度的橋梁,可節(jié)約投資67%,工期縮短 60%。該橋經(jīng)過幾年的通車運(yùn)營(yíng),未發(fā)現(xiàn)異常跡象,行車舒暢,使用效果良好,經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益巨大。

7 結(jié)束語

舊橋的補(bǔ)強(qiáng)加固是橋梁工程中的重要組成部分,不能重建輕修,舊橋的補(bǔ)強(qiáng)加固比新建造橋梁難度大,因?yàn)榕f橋的補(bǔ)強(qiáng)加固沒有現(xiàn)成的設(shè)計(jì)規(guī)范,又沒有現(xiàn)成的施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),需要廣大的技術(shù)人員通過對(duì)舊橋的實(shí)際情況進(jìn)行評(píng)估,而橋梁的病害又錯(cuò)綜復(fù)雜,病害原因難以確定。因此,對(duì)這些橋梁進(jìn)行病害分析,提出相應(yīng)的維修加固措施,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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[2]崔國(guó)喜.混凝土橋梁補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2002.

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