浅谈桥梁加固与维修技术
2015-06-09
0 引言
桥梁是我国道路交通的重要组成部分，现有桥梁有很大一部分都是上世纪修建的钢筋混凝土桥[1]。桥梁钢筋混凝土材料虽然在强度上能很好的满足要求，但是耐冻耐腐蚀性都不是令人满意。桥梁使用的材料本身存在构件老化、强度降低的问题。除此之外，由于我国交通运输业的发展和交通运输设备的大型化，桥梁所承受的载荷日益增大，尤其是大量超载车辆更是加剧了桥梁的破损。这些问题的出现对于交通运输安全和区域经济发展至关重要，如何在有限的资金条件下，维修、加固好旧桥、病桥是一个重要的课题
目前，我国旧桥的数量多，在保证安全的前提下，对其进行维修加固，有利于减少投入，具有较好的经济效益和社会效益。随着汽车保有量的增加，车流量增大，在原有道路升级改造后，原有桥梁的通过能力限制了总体的通过能力，需要对旧桥进行加宽处理，可以减少投资和交通封闭时间。桥梁修复可以延长使用年限，提高承载能力，保证通车安全，因此研究桥梁加固与修复技术有重要意义。
1 常见的桥梁问题
各种桥梁病害随着运营时间会逐渐显现，但是在桥梁运营初期很多内部的病害并不能直接显现，难以早期发现。无损检测作为早期评定桥梁运营状态的一种技术手段，可以检测混凝土内部裂隙和钢筋的状态，此时期的修补以简单修补为主要手段。各种严重问题也会随之出现，主要有以下几种：表面缺陷，内部缺陷，结构裂缝，桥梁构件及附属设施出现损伤。
2桥梁常见的加固维修方法
桥梁的加固维修需要根据不同的损害方式和损害程度，制定专门的加固维修方案，因为评定桥梁损害程度和具体实施的限制，桥梁加固维修难度往往大于新桥建设难度。加固维修方法有以下类型：表面缺陷与断裂修补、增大截面加固法、粘贴钢板加固法、粘贴碳纤维复合材料加固法、体外预应力加固法、改变结构体系加固法、桥面系补强和减载法等加固维修方法[2]。
2.1表面缺陷和断裂修补
此类缺陷一般不会对桥梁结构造成直接的影响，但是影响桥梁结构的耐久性，对表面缺陷的修复可以在一定程度上减少外界因素对桥梁耐久性的影响，起到延长桥梁结构寿命的作用。一般来说，对裂缝的修补是为了对裂缝进行封闭，避免外界的空气、水等介质进入构件内部，造成构件强度的弱化和钢筋的锈蚀。此类修补不能增加桥梁结构的承载能力，对于桥梁结构性开裂需要采取其他措施进行补强。浏阳河北大桥预应力箱梁内顶浇灌早期出现细微裂缝，半年内基本趋于稳定[3]。
2.2增大截面法加固法
增大界面法是在原来的基础上，增加构件受力面积，将原来受力构件进行扩大，从而提高桥梁构件的承载能力。增大界面加固法常见的形式有：加厚桥面板法，增大受拉区梁截面法，增大受压构件截面法三种。此方法技术成熟，工艺简单，费用低，但是养护工作量大。例如，广州番禺区蕉门大桥为简支梁桥，主桥梁下沿产生较多裂缝，采用的就是该方法。加固后跨中截面抗弯承载力由原来的1676KN·m提高到2363KN·m，斜截面抗剪承载力从623KN提高到1035KN[4]。
2.3粘贴钢板加固法
粘贴钢板加固法将高强钢板粘贴到构件受力部位，是钢板和构件均匀的共同受力，以此提高构件整体的承载力，限制混凝土变形，适合轴向受力的桥梁构件。北京国贸桥由于周边楼宇开发反复疏降水，导致异形板产生变形，采用1.5m和0.5m宽的条形钢板对异形板周围裂缝进行加固维修[5]。在白鹤电厂重型设备途径的桥涵中，采用粘贴钢板加固的15座石桥安然无恙，也证明了粘贴钢板法的安全经济[6]。
2.4粘贴碳纤维复合材料加固法
碳纤维材料具有较高的强度和耐久性，其抗拉强度是同截面刚才的68倍，重量轻、强度高，同时可以用环氧树脂粘贴，易施工的特点。常应用于板桥的抗弯加固，除此之外还适用于桥梁的地震破坏修复。如325国道佛山大沥段某桥就采用了碳纤维粘贴加固方法，从修复结果来看，修复后挠度由原先的22mm减小为9mm，取得了良好的效果[7]。
2.5体外预应力加固法
体外预应力施加就是在原桥梁构件外施加主动预应力钢绞线，主要目的是调整结构应力分布，以提高结构承载力和抗裂性，可以在不中断交通的情况进行加固维修。如石咀桥的修复就是采用体外预应力加固法，石咀桥为简支钢筋混凝土桥，其桥面下降，铺装破坏，主梁破损有裂缝，主梁跨中抗弯承载力减低16.2%，加固后承载能力评定结果满足公路Ⅱ级荷载要求，取得了良好的效果[8]。
2.6改变结构体系加固法
此法以增设附件或者调整自重的方式，改变桥梁受力状况，减小承载结构应力。常用的手法有调整拱上自重，加入新的支承点缩短计算跨度，加水平系杆加固等方法。
2.7桥面系补强和减载法
桥面系存在着最普遍的病害现象，如桥面龟裂、积水较大裂缝，伸缩装置松动，混凝土面破损等。针对不同桥面形式，有两种常见的维修方法：补强法就是在桥面加铺一层钢筋混凝土，使桥面均匀受力，防止局部破坏引起破坏扩大；减载法是针对发生变形的大跨度桥梁，减小桥面厚度，以减小承载结构的负荷，提高桥梁性能。例如某桥为一净跨度为70m的空腹石拱桥，轴线严重变形，拱石开裂，桥面系破损严重，采用高压注浆和套箍增强拱圈，拆除原桥面系，更换为自密实钢筋混凝土，提高了桥面强度的同时也使得桥面恒载降低了34%[9]。
3 结语
在几十年的摸索中，我国桥梁加固维修积累了一定经验。桥梁的加固维修可以使用单一的方法也可以几种方法组合使用，需要根据桥梁加固的原因和特点，制定详细的技术方案，提高了桥梁的安全性能的同时又降低了建新桥成本。如碳纤维材料等新材料的应用对桥梁加固维修技术起到了促进作用，同时也降低桥梁加固维修成本和难度，在实践中得到了广泛应用。
