危桥加固的施工方法及其关键技术研究
2015-06-11
1 引言
近年来，我国早期修建的桥梁，因建设标准低和大荷载、重型车辆等加速老化的因素，出现了大量的病桥和危桥。具体表现为破损严重和承载能力的日益下降、使用性能严重恶化和安全性能的大大降低。
桥梁是确保现代交通畅通的咽喉，是高速公路贯通的关键，因此，对桥梁结构加固、维修和补强机理进行深入的研究，切合实际地引进代表时代进步的现代桥梁加固改造的技术、新型材料和先进设备，并从实际出发加以科学有效的应用，不仅可以改善桥梁的使用性能，延长桥梁的使用寿命，还可以提高社会效益，使桥梁更好地满足现代公路交通运输的需要。
2 国内外危桥加固技术研究状况
国际上历来重视旧桥危桥的加固维修，相继组织专家学者投入了大量的人力物力对旧桥加固技术进行探索和研究。早在上个世纪八十年代初，在具有重大国际影响的《IBC国际桥梁会议》年会上，就对成员国提出了针对六项桥梁方面的重大问题进行研究的要求：
对现有桥梁的实际承载能力的评估和对安全度如何正确进行评价的问题；
如何对桥梁进行检查并发现其产生的破损及异常现象，正确地评价和鉴定桥梁结构物的损坏程度，因地制宜地采用合理的加固和维修方法的问题；
对桥梁结构损坏与加固维修技术的实际应用问题；
如何正确合理采用维修加固新的技术、新方法的问题；
桥梁设计与加固维修管理技术之间的继承关系，即如何把加固维修中暴露和发现的问题，纳入到今后桥梁设计和工艺的优化中；
桥梁维修加固的未来展望，即维修加固方法如何适应未来的桥梁建设，并提出更为科学合理的加固维修管理方法和策略的问题。
在一些发达国家，呈现了桥梁等工程结构的维修和加固费用已达到或超过新建工程的投资的状况，如美国90年代用于旧工程结构维修和加固上的投资已占据建设时期总投资量的近50％，英国为70％，而德国则达到了80％以上。对旧桥、危桥加固和维修技术的探索、加固工艺的研究己经成为世界性的热点关注课题。资料表明，目前，发达国家已将旧桥的加固与维修作为桥梁建设的重点，被放在国民经济发展的首要位置。
我国桥梁桥龄一般在30年左右，许多桥梁已经开始发生老化、裂缝等现象，危桥数目逐年增多，严重地制约了国民经济的发展，旧桥的维修与加固问题己被逐年提到议事日程上来。
3 桥梁加固方法选用原则
桥梁加固方法的选择，应遵守以下原则
在确定加固方案之前，须先对地形桥型进行考察，既考虑不中断交通的技术上的可行性，也要考虑耗费少、见效快和较好的耐久性等方面的要求；
补强加固和维修是通过对桥梁构件的加大或修复，进而提高桥梁局部或整座结构承载能力的措施来实现的。因此桥梁加固维修工作应在兼顾经济的前提下，以不更改原桥梁设计风格和结构形式为原则，如在特殊的较为复杂的情况下,必须对结构形式进行更改时，应首先进行相关评估和论证；
选择桥梁加固方式时，应借鉴已完成的补强加固的桥梁成功的经验，对旧桥现状、承载能力减弱的程度以及加固维修后投放使用的交通量等进行综合分析和判断；
全面分析桥梁结构，选择最为适宜的一种或多种加固方式，当由于特殊原因需要采用扩大或增加桥梁构件断面的方法对桥梁进行加固和维修前，应对增加部分与原有部件的结合效果进行测评。
4 几种主要桥梁加固方法及其关键技术分析
4.1 体外预应力桥梁加固
体外预应力加固是采用高强钢丝等钢材，作为产生反弯矩用以抵消外荷载内力的施力工具, 对桥梁上部结构进行外预应力的施加，用以提高桥梁极限承载能力而达到改善旧桥使用性能的目的。
4.1 设计与施工技术
体外预应力钢筋可以采用可更换的、不可更换的、可补拉的等形式多样的便于维修、加固和便于日后养护的设计方法；
因体外预应力加固旧桥构造的施工工艺和方法相对简单，而且其无需管道灌浆的体外配筋方式，大大简化了施工工序，可实现对桥梁的全年施工，而不受寒冷地区的限制，很好地解决了长期以来困扰桥梁加固的混凝土耐久性问题；
体外预应力体系以其相对灵活的工艺设计，在所加固的桥梁类型上，不仅可用以简支梁桥和连续梁桥的加固，还可用以拱桥和刚构桥的加固；在性能上，可同时改善桥梁的抗弯性能和构件的抗剪性能；而且还可以对桥梁的梁部结构、桥墩及索塔等部位进行加固。由于预应力筋张拉时会产生一定的预应力损失而给施工带来偏差，因此，对预应力损失进行准确合理和计算,并在施工中采取相应的措施用以减少预应力损失是体外预应力桥梁加固设计的关键。
4.2 粘贴钢板加固法
粘贴钢板加固法是将钢板与混凝土，采用胶体等粘接物将其连接的结构加固方法。它具有施工快速、现场作业面积不大的特点，而且仅产生少量抹灰的特性，使其对施工和生活影响较小。加固后对原桥梁外观和无显著影响。但加固效果的好坏优劣很大程度上受制于胶粘剂的物理和化学性能、施工工艺以及加固人员的操作水平。
4.3 粘贴碳纤维加固法
该法是通过环氧树脂将碳纤维粘贴于混凝土结构的受拉表面，使具备高抗拉强度碳纤维与原桥梁受损面形成新的受力整体，共同承受荷载，从而使桥梁结构达到了加固和补强效果。
碳纤维增强聚合物由环氧树脂同高抗拉强度的碳纤维束粘贴而成。采用碳纤维片进行桥梁工程加固具有以下优点：
碳纤维片的抗拉强度约为普通钢材的10倍；
碳纤维片具有高强质轻等物理特性；
碳纤维片具有良好的抗酸、抗碱、抗盐等化学特性，其自身的防腐耐蚀性和可抵抗各种恶劣环境腐蚀的特点，大大提高了被加固桥梁结构的耐腐蚀性和使用寿命；
碳纤维片具备桥梁生存环境所需的温度稳定性、耐水性、抗紫外线和抗老化性能等；
碳纤维片密度相对较小，其较轻的自重，不会增加桥梁的自重，且柔性好、易于裁剪；
因无需过多的施工机构和大型机械设备，所以加固时，施工简便，易于操作；
施工时间短，经济性好；
碳纤维加固适合于梁、板、柱、桥墩、桥梁等各种不同结构部位的加固和维修。
4.4 新型材料的使用
材料科学的日益成熟和发展，为桥梁加固行业提供的性能优良的材料，除了引人注目的碳纤维加强塑料，另一种被广受关注的新型加固材料是加固用高性能混凝土。同碳纤维加强塑料相似，加固用高性能混凝土被应用于桥梁加固工程也始于上个世纪80年代。它最早由挪威科学家提出，20世纪90年代我国引进后，国内专家学者经过长达十多年的探索，如今，我国的高性能混凝土研究已日趋成熟，而且已被成功地运用于危桥加固与维修。
5 结论
我国的危桥加固与维修起步较晚，加固技术的发展相对滞后。加强对现有危桥的加固和维修，是保障公路桥梁的安全运营和促进国民经济快速发展的重点课题。从实际出发、准确地对桥梁病害成因进行分析以及制定科学合理的加固维护措施，已成为新时期保持桥梁良好的使用功能和确保公路交通畅通重要手段。
