桥梁是公路交通的咽喉,其使用功能的好坏直接影响整条线路的畅通,现有公路由于受到当时局限的设计、材料、施工加固等各方面的影响严重制约了公路运输事业的发展,加上不能适应现在交通量飞速增长,特别是桥梁的承载能力和通过的车辆荷载之间的突出矛盾。使得旧桥检测和旧桥加固技术显得非常迫切。
1、加固目的
随着我国国民经济的日益发展,交通运输量的迅速增长.截止至2008年,我国危桥总数达1万余座。若将其全部拆除重建 不仅要耗费大量资金,而且工期也较长;若有计划、有步骤的对现有旧桥进行加固改造,桥梁加固后 可以延长桥梁的使用寿命,用少量的资金投入.使桥梁能满足交通量的需求,还可以缓和桥梁投资的集中性,为国家带来巨大的经济和社会效益。因此,加固设计必须本着“牢固可靠、简便耐用、经济适用” 的基本原则。
2、加固方法
加固,简单来说.就是通过一定的措施使构件乃至整个结构的承载能力及其使用性能得到提高,以满足新的要求。旧桥加固方法可综合为以下几类:
2.1结构性加固
增大截面与配筋加固法。该方法适用于钢筋混凝土和预应力混凝土受弯构件、钢筋混凝土受压构件的加固。增大截面与配筋加固法一般采用在梁底面或侧面加大尺寸,增配主筋,以提高主梁截面的有效高度,从而达到提高桥梁承载能力的目的。新增混凝土构件需比原构件混凝土提高一级,厚度不宜小于15cm,加固钢筋直径不小于12mm,不宜大于25mm。由于增大截面法在施工过程中全部的作业需在梁底进行,施工难度较大且施工质量难以控制,因此,尽管在某些情况下费用并不太大,但以上因素制约了该技术的广泛应用一般用于T型截面梁的加固维修。
体外预应力加固法。该方法是通过增设体外预应力索(包括钢绞线、高强度钢丝束和精轧螺纹钢筋)对既有混凝土梁体主动施加外力,以改善原结构的受力情况。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,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。
粘贴钢板加固法。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。该方法具有基本不改变原结构的尺寸、施工简单、技术可靠、短期加固效果较好且工艺成熟等优点,近些年来在钢筋混凝土桥梁的加固维修中为公路部门广泛采纳,是近几年应用最多的加固方法。
粘贴纤维复合材料加固法。该方法适用于钢筋混凝土受压柱, 以提高延性、耐久性的加固:也可用于梁,板的加固。碳纤维加固技术是近几年内才由国外引进的一种新技术,具有强度高,耐腐蚀,且施工简便等优点,但碳纤维本身的一些缺陷,如脆性、耐火性不好等,使得这种材料的应用受到限制。
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。该种加固方法包括增设支撑结构加固和简支变连续加固。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。
此外,结构性加固方法还有增设主梁加固法、锚喷混凝土加固法和增加横向联系加固法等。
2.2非结构性加固
桥面铺装的加固。桥面铺装层产生开裂或剥离,对于钢筋混凝土梁板桥容易使钢筋锈蚀,减弱桥梁的横向整体性:对于石拱桥,由于桥面雨水下渗,
加大了拱上填料的含水量,使拱圈出现渗水现象等;同时由于桥面铺装层的破损,引起桥面平整度差,车辆通行时,使桥梁产生震动,对桥梁产生不利影响,同时又加重了桥面铺装层的病害。根据桥梁的具体情况,采用不同的加固方法,对于使用年限长 破损严重的采用拆除、修复的加固方案。而对于病害较轻,使用年限短,且混凝土强度仍符合设计要求的则先处治病害,在不降低设计荷载标准的前提下可采用加铺沥青碎石层的方案。
伸缩缝的更新改造。在桥梁维修中,以下几种类型伸缩缝的使用是较成功的。SFP “三防”型伸缩缝在大型桥梁上的应用情况良好,仿毛肋伸缩缝在大、中型桥梁的大量使用,效果明显TST、FG系列桥梁无缝伸缩缝,在中小行桥梁上也得到广泛使用。
桥梁混凝土裂缝的修补。桥梁混凝土裂缝分为结构性裂缝和非结构性裂缝。应先分析裂缝的成因.对于结构性裂缝应经过计算分析确定结构加固方案 裂缝修补方法有表面封闭法:适用于宽度小于O.15mm的裂缝处理:自动低压渗注法:适用于数量较多、宽度在0.1~0.15mm间的裂缝处理:压力灌注法:适用于较深、宽度
的裂缝处理。
2.3U型桥台加固
预应力锚索框架法。该加固法采取在u型桥台前墙和两侧墙外加套40厘米的钢筋混凝土,并在两侧墙增设水平预应力索对锚和前墙增设地锚的方案。该方案适用于不能中断交通又无法架设便桥的高桥台病害修复。
锚杆配合钢筋混凝土抱箍法。该加固法采取台腔与桥台基础持力层进行压浆固化,再打入锚杆与槽钢抱箍,最后在u型桥台前墙和两侧墙外加套2 5厘米的钢筋混凝土,新旧墙体采用锚杆连接形成整体。该方案适用于地基承载力不足,且施工处理不到位,造成桥台前墙下沉。
2.4桥墩加固
桥梁下部结构加固的主要目的是提高桥墩的整体承载能力。如桥墩发生了结构性损伤,可以用外包混凝土、粘贴钢板或碳纤维的方法进行加固。但是对于实体桥墩等横向刚度比较大的结构,其状态变化主要是由地基所引起,此时可重点从回填硬土或者对地基进行注浆等方法提高其约束桥墩的能力,提高桥墩的整体承载能力。抬桩就是通常使用的一种有效的加固方法,即在旧桩的两侧各增设一根桩,并通过植筋扩大承台,共同受力。另一种桩基加固方法是钢筋混凝土套箍。由于下部桩基施工等原因,造成桩基缩径,采用的加固方法是清除桩体虚浮物,通过植筋后,外抱箍微膨胀混凝土。对于墩台基础冲刷过大的情况,可采用抛石、砌石防护、板桩防护、上游设导流坝、下游设拦砂坝等措施。
3、加固方案选择
可以根据桥位地形、水文、自然状况: 桥梁现状分析研究结论: 施工技术水平;能否封闭交通;预期加固效果;资金投入量等几个方面选择加固方案。
合理的加固方案是将上述加固方法优化组合,体现出加固效果及经济效益。应注意以下两点:不同的加固方法有对应的设计计算方法: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能力。
4、加固效果评价
桥梁加固应在不断总结经验和技术进步的基础上形成专门规范,同时要重视对加固后的桥梁进行检测和观察,以确定加固的效果。桥梁加固后的上部结构通常是用静载或动载试验,将试验结果与加固设计的计算结果进行对比,来判断桥梁加固成功与否。但对下部结构而言,不方便进行荷载试验,通过其频率变化来定量评估桥墩的加固效果。
桥梁的加固维修技术是最近兴起的一门新技术,为了指导桥梁加固技术的应用,需提出一整套完整的实用性公路桥梁检测、评定与加固成套的技术规范,为我国公路危旧桥的改造提供技术支持,确保危旧桥的改造工作科学合理、经济安全,使得桥梁加固做到“有法可依”。