浅谈梁板桥的加固
2010-04-26
前言
近年，我国基础设施建设高速发展，各省市新建大量高速公路，交通状况得到极大改善。但由于交通量的大增，不少旧的路网仍在发挥着重要的作用。现有各条国、省、县道上各个时期的桥梁是按不同的设计荷载标准修建的，目前仍有不少设计荷载偏低的桥梁在担负着繁重的交通运输任务。从安全的角度出发，旧桥的加固改造很必要也很迫切。旧桥的加固改造可在充分利用旧桥的基础上，短时间改善路网的通行能力，提高其安全性与舒适性。近年笔者多次参与旧桥的加固工程，下面就梁板桥的常用加固方法与大家一同探讨。
1 桥梁加固的原因分析
1．1随着经济的发展、交通量的增大，车辆载荷增大，而桥梁设计荷载等级较低，载重等级发生变化，要求旧桥提高承载能力。
1．2部分道路车流量大，而桥梁宽度不足，与路面宽度相比，出现桥窄路宽的瓶颈现象，要求旧桥加宽改造。
1．3早年设计的指导思想偏重于材料的节省，安全度低。部分梁板桥设计断面单薄、安全储备低，如板桥板的厚度偏小、梁桥梁肋偏小、T梁中间横隔梁少或不设、横向联系差等。
1．4桥梁在运营使用过程中，由于经常受到车辆冲击及机械轮胎的磨耗，遭受风、雨、水流的侵蚀，温度、湿度变化的影响，甚至遭到地震的破坏，难免会发生病害或损伤。
1．5部分旧桥耐久性差和年久老化，结构性病害严重，桥面裂缝多，并有进一步恶化趋势。
1．6近年修建的桥梁，部分因设计失当或者施工质量差，也存在着需要加固的问题。
2 桥梁加固的前期工作
2．1尽量收集旧桥的原有设计资料和施工记录，了解桥梁结构内部情况，为加固方案提供依据。
2．2根据工程实际，可采用超声波、回弹仪等先进的探测仪器探测旧桥钢筋混凝土的内部质量情况。
2．3详细调查当地的地质、水文情况及其它对桥梁结构有影响的因素。
2．4桥梁加固实施比较复杂，且有一定的危险性，要选择较有施工经验的专业队伍进行施工。
2．5施工前要做好加固方案的比较，本着安全、实用、经济、有效的原则选择最优加固方案。
3 梁板桥加固的常用方法
3．1植筋法
植筋法主要用于加固桥墩、桥台。对于中小型桥梁，若地基承载能力较大，基础完好则可以在不加固基础的情况下，通过扩大桥墩、加厚桥台来提高桥梁承载能力。传统的加固方法是凿出原桥墩、桥台的连接钢筋，再与新混凝土浇筑一起来实现。而新旧混凝土结合面往往又是一个薄弱环节，其抗剪强度远低于整体建筑混凝土结构的抗剪强度。用植筋法则很好地解决了结合面的抗剪强度和连接问题。植筋就是在原钢筋混凝土结构上钻出合适的清7~ LfR，再注入高强度建筑结构胶并插入钢筋，待建筑结构胶固化。植筋锚固钢筋犹如原有结构中的预埋钢筋，通过植筋锚固钢筋可将新增钢筋骨架与旧的钢筋混凝土连接成整体，大大提高新旧混凝土结合面的抗剪强度。其主要施工步骤：植筋点定位一钻孔一清孔一配胶植筋一固化。植筋法的特点是：施工费用经济、施工速度快、用途广泛。目前在国内植筋技术已逐渐普遍。
3．2塞缝灌浆法
在桥梁病害中梁板桥出现裂缝较为普遍，产生裂缝的原因很多，也很复杂。梁板桥一旦出现裂缝，其受力截面发生应力重分布，也就意味着受力有效截面变小，结构应力增大，承载能力降低。塞缝灌浆就是把胶结材料和多用环氧树脂砂浆，通过喷浆机按一定压力灌入桥梁梁板缝隙内，把梁板裂缝填满，使力的作用、传递尽可能恢复到原状态，起到填塞裂缝、避免钢筋锈蚀并提高结构整体强度的作用。其主要施工方法如下：先用环氧树脂勾缝，凡大于O．2mm 的裂缝都要留孔灌浆，其直径约6—8mm， 孔距一般为O、25—0．30m，勾缝环氧树脂达到一定强度后进行灌浆。在公路旧桥加固中，塞缝灌浆法比较普遍，效果较好。
3．3加厚桥面板加固法
为了提高桥梁结构的抗弯刚度和承载能力，可将旧桥的桥面板加厚。其施工方法是：将原有桥面铺装拆除，在原桥面上浇筑钢筋混凝土补强层，使其与原有主梁形成整体，达到增大主梁有效高度、改善桥梁荷载横向分布能力的作用。这种方法由于加厚桥面使桥梁自重和恒载弯矩增加较多，一般只适用于跨径较小的T型梁、Tr型梁或板梁等。
3．4加强主筋加固法
在桥梁净空受到限制，而又需增加主梁的抗弯拉强度，提高桥梁的承载力时，可采用增大主梁配筋、提高配筋率的方法进行加固。由于增加的钢筋一般无法穿过支座锚固，需将新增钢筋焊接在原主筋上。其主要施工方法如下：
3．4．1用人工将主梁底混凝土保护层凿除，使主筋外露，并将主筋原有箍筋切断。
3．4．2加强主筋。在原主筋下面增焊加强钢筋，施工时从跨中开始向两端依次逐段施焊。为减少焊接时的温度应力，避免烧坏混凝土，采用断续双面焊缝，每段焊缝分两次焊接。
3．4．3恢复主梁原箍筋，施工时将原箍筋接长并焊接成型。若经计算箍筋不足，要增设箍筋。新增箍筋上端锚固在桥面板中，梁腹上埋设销钉固定新增箍筋位置。
3．4．4采用环氧树脂小石子混凝土或膨胀水泥混凝土恢复混凝土保护层。如果桥梁净空不受限制，则可直接增大主梁截面进行加固。在梁底面或侧面加大尺寸、增配主筋、提高梁的有效高度和抗弯强度，从而提高桥梁的承载力。
3．5转换桥梁结构体系加固法
对于简支梁桥的加固，可以采用变简支梁为连续的方法进行加固。通过将相邻两梁的梁端固结，或在桥跨中间增设支点等措施，使简支梁变成一组连续梁体系。按照连续梁的力学特征，支点处的负弯距使跨中的正弯矩减小，以及邻跨荷载的相互作用，使桥梁的受力状况得到改善，实现在不增加梁截面的情况下提高承载能力的目的。其主要施工方法如下：将相邻两梁的梁端混凝土凿除，将梁的主筋外露，接着焊接相邻两梁主筋连接钢筋，增设主梁箍筋，最后立模浇筑连接端微膨胀混凝土。
3．6增大梁腋法
对于T型梁、工型梁可将梁的下翼缘加宽加高，扩大断面，在新增断面中增设主筋，从而提高桥梁的承载力。其主要施工方法如下：
3．6．1将梁腋加大部分的表面凿毛，露出骨料；中洗干净，使新旧混凝土粘结良好。在梁的侧面每隔一定距离(50-70cm)凿露主筋，以便与新增钢筋骨架联结。
3．6．2焊接钢筋骨架。用U形箍筋将新增主筋焊成骨架，然后将骨架焊接在凿露的主筋上，在梁的端部，钢筋两端向上弯起，焊在原主筋上；或者在梁端安装U型锚固板，将新增主筋焊在锚固板上。
3．6．3立模浇筑混凝土。
3．7增加横隔梁法
有些T型梁桥，梁的主体受力性能良好，但因中横隔梁少或不设中横隔梁，横向联系薄弱，整体性差，而使承载能力降低，可采用加强横向联系的措施，增强桥梁的整体性，以达到提高承载能力的目的。具体方法有：
3．7．1加强中横隔梁：对于已设中横隔梁的桥，可增大中横隔梁的截面，增大中横隔梁的配筋，加强横梁与纵梁的联结作用。
3．7．2在T型适当的位置增设中横隔梁：在增设中横隔梁的位置将T型侧面混凝土凿除，将T梁的主筋外露，焊接中横隔梁的受力主筋，浇筑中横隔梁的混凝土。
3．8粘贴钢板加固法
当主梁出现承载力不足或出现严重腐蚀的情况时，梁板桥的主梁会出现严重的横向裂缝。采用粘结剂及锚栓，将钢板粘贴锚固在混凝土结构的受拉缘或薄弱部位，使其与结构形成整体，以钢板代替增设的补强钢筋，达到提高梁板承载力的目的。
3．9粘贴碳纤维加固法
粘贴碳纤维布加固是采用配套粘结树脂将碳纤维布粘贴于混凝土表面，起到结构补强和抗震加固的作用。粘贴碳纤维与粘贴钢板加固的粘贴形式、加固机理类似，本质上相当于增加构件配筋，在抗剪、学术•建设园地科技应用抗弯加固中一般可以互相替换。
近年粘贴钢板和粘贴碳纤维布加固法被广泛采用，相比以前的加固法有很大的优势，其共同的特点是 技术先进，施工工艺简单，施工质量容易控制，施工工期短，对结构自重及截面尺寸影响小，且加固效果好。
但两种方法也有差异，由于碳纤维和钢材弹性模量基本一致，而碳纤维的抗拉强度是钢材的lO倍左右，所以要充分发挥加固材料的强度。粘贴碳纤维需要加固构件产生更大的形变。在小变形情况下，粘贴碳纤维加固应力滞后比粘贴钢板大，所以当构件承载力相差较多时，应优先选用粘钢加固。钢板上可以焊接锚筋，也可钻孔设植筋锚固，所以锚固方式较粘碳纤维灵活。碳纤维轻、薄，施工简便，同样工程量，施工工期约是粘贴钢板的50％。碳纤维和钢材相比，不锈蚀，也不易被有害介质腐蚀，在恶劣环境下耐久性好。
4 总结
桥梁加固的方法种类较多，每一种加固方法都有不同的适用性及局限性。实践中我们要仔细进行方案比选，可采用一种或几种方法组合，从而使加固效果达到优化。
桥梁加固应尽量减少对原有结构的损伤，并充分利用原有的结构构件，且应保证原有结构保留部分的安全性与耐久性。
实践表明对低等级公路旧桥加固改造既可以充分利用现有资源，起到节约资金的作用，还可以不中断交通，保证生产的正常进行。通过采用适当的加固与提载技术，可以恢复和提高旧桥的承载能力及通行能力，延长桥梁的使用寿命。
