浅析桥梁工程加固技术
2015-07-13
随着近些年我们国家的经济快速发展，交通运输业也随之快速发展。当然路、桥建设的发展突飞猛进，对于发展国民经济，促进文化交流，也起着关键性作用。因此保证桥梁的施工质量是一件至关重要的事情。随着科学技术的发展，虽然人们可以采取各种措施保证质量。但是桥梁在各种荷载和外力的作用下，不可避免会逐渐产生损坏。随着时间的推移，经济的发展，上世纪中后期的许多桥梁现今出现的损害和缺陷不可忽视。我们必须正视旧桥所要面对的维修和加固问题。
一、 桥梁病害形成的主要原因
1.1 桥梁设计、施工及运营
笔者经过调查发现，在现今使用的桥梁中，有些桥梁的设计，完全不符合设计的五项基本要求，特别是在结构尺寸和构造的要求方面。而施工单位在建造桥梁过程中，除施工工艺不按规定执行外，材料的质量，数量上都有一定的问题存在。这些对于减小桥梁寿命，影响桥梁的使用性能方面不可忽视。
1.2 车辆超载、超限
车辆的超载、超限对于减小桥梁使用使用寿命，影响桥梁使用性能方面有着巨大的影响。如果补修不及时，会产生严重的后果。
1.3 环境因素
环境因素对于桥梁病害的形成不可忽视。特别是近些年气候条件的变化显著，更不能忽视环境对于桥梁病害产生的影响。环境因素主要包括：温度、洪水、冻害、风力等。
1.4 地震作用
我国地处环太平洋地震带和亚欧大陆地震带之间，地域宽广，地震断裂带十分发育，因此地震频繁，震灾严重。地震具有突然性和巨大的破坏力的特点。作为交通枢纽的道路和桥梁，对保障交通的流畅有着至关重要的作用，是生命线工程之一。笔者根据调查资料发现，地震作用对于桥梁的破坏主要有：1）地表破坏引起下部结构破坏；2）下部的基础破坏失稳；3）桥梁各构件的连结失效。
二、碳纤维加固技术
碳纤维加固技术的特点
2.1.1目前在加固混凝土结构中使用的纤维有玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维三种。碳纤维复合材料通常是由碳纤维和其他基本材料复合而成，具有良好的力学性能。力学上优良的性能表现在：1）碳纤维复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7－9倍；2）比重小，它的比重不到钢的四分之一；3）具有耐热性，可以耐受2000℃以上的高温；4）热容量较小；5）优秀的抗腐蚀性与辐射性。利用碳纤维的这些特点加固混凝土结构，可以有效提高构件的承载力，抗腐蚀性，耐久性且结构的自重不会有太多负担。
2.1.2 碳纤维是一种柔性材料，适用范围广，形状多样。基于碳纤维的这种特点，在一些特殊不规则结构上更能体现碳纤维的优势。并且这种材料的成型很方便，可以适用在各种结构、各种构件的任何部位，并且不影响结构的外观。
2.1.3 碳纤维的比重小，质量轻也决定了采用碳纤维复合材料进行加固，施工会更为方便、简捷，对于加固所需求的空间更少，施工时对桥梁的运营影响也小，工作效率更高，节约成本。对于最近常运用于桥梁结构的箱梁来说，在内部空间受到限制的情况下也可实施桥梁的加固。碳纤维的比重不到钢的四分之一，经过这种材料加固后的结构，不仅在自重上增加不大，外观，尺寸大小等方面也不会有什么影响。进行桥梁加固时，必须考虑加固后的桥梁的通航要求，要保证一定的净空。比起传统的加固技术，碳纤维布加固技术在这点上明显更优。
2.2 碳纤维加固技术要点
2.2.1 加固过程中，基层的处理非常重要。基层的处理直接影响碳纤维的粘结质量。基层处理要求清洁、无浮渣、平整。在使用碳纤维加固结构前，必须要先打磨构件的表面，将表面剥蚀、酥软的混凝土打磨脱落，在露出完好的结构层后，用碳纤维材料将表面修整平整。需要注意的是，在有裂缝的地方，必须对裂缝进行处理，常见的处理方法有灌浆和封闭处理。
2.2.2 粘贴碳纤维材料时，需要注意粘结的性能，这与滚压材料是密实度有关系。在粘贴过程中，必须进行多次反复滚压，尽可能的排除材料间的气泡，防止气泡影响粘结的性能。
粘贴材料按以下步骤进行：1）根据需要加固的结构、构件进行裁剪碳纤维布；2）根据相关要求配置浸渍树脂溶液，并均匀涂抹在需要粘贴材料的部位上；3）用专门的滚筒沿着粘贴纤维的方向滚压；4）如需进行多层碳纤维材料的粘贴时，步骤与以上三点相同，需注意，最后一层碳纤维布材料的表面需要均匀涂抹并按要求配置的浸渍树脂溶液。
2.2.3 粘结的质量还和环境相关，环境因素主要包括温度和湿度。温度过低或过高，湿度过大都是会减弱材料的粘结质量。相关规范规定，当温度小于5℃时，浸渍树脂固化和强度会受到很大影响，因此必须立即停止施工；而当温度大于60℃时，就必须采取相关的隔热防护措施。
三、体外预应力加固法
体外预应力加固法主要运用在各式梁桥的正常使用极限状态超限状态下的加固。这种方法主要是通过在需要加固的桥体施加体外新的预应力，达到减小梁桥的下绕度，减小裂缝甚至消除裂缝，使各截面受力合理，提高承载能力的目的。
体外预应力加固的原理是在桥体外设拉杆或者撑杆并加以锚固，使之与桥体很好的连接，然后施加预应力使拉杆受力，从而改变桥体的内力分布，降低结构的应力，进而承载能力得到进一步提高。采取这个方法进行加固桥体，承载能力的提高效果很显著，并且裂缝可以减小甚至消除。利用这种方法，还可以减小拱桥的拱自重及平衡拱上荷载分布。虽然采取这种办法，梁式桥和拱桥都可以达到提高承载能力的目的，不过它们之间还是有区别的。拱桥利用这种方法主要是针对拱圈变形较大的情况，通过调整拱圈上荷载的分布来达到调整拱轴线和压力线的目的。当拱桥的基础承载能力比较低时也可以采用这种体外预应力加固的方法，从而降低对基础承载能力的要求。
体外预应力加固的方法优点有很多，总结起来有以下几点：1）使用这种加固方法，桥梁的自重增加不大，因此对于基础的受力影响很小，节约基础加固需要的费用；2）在增加自重不大的情况下就可以提高桥梁的承载力；3）这种加固方法可以在桥梁正常通行的情况下进行，不影响交通；4）加固随意，既可以作为临时加固措施，也能作为永久性加固措施。
结束语
旧桥的加固是现实桥梁工程的一个重要部分，在重视建造桥梁的同时必须对加固桥梁给予相同的关注度。有些旧桥因为地理位置、建造工艺、建造年代的原因，比起新桥的建造难度系数更大。而且现在对于旧桥的加固没有相应的规范，也无相应的验收标准，桥梁的病害原因有多样。笔者希望以上提到的两种加固技术可以对同行在进行旧桥加固时有所帮助。
