論舊橋加固方案設(shè)計(jì)

吳建鑫 周 超 邢佳鵬

舊橋加固技術(shù)是一門(mén)新的課題。目前,我國(guó)公路、鐵路交通事業(yè)蒸蒸日上,不少高速公路已建成投入運(yùn)營(yíng)中,還有不少正在建設(shè)的高速公路和其他等級(jí)的公路也即將建成投入運(yùn)營(yíng)[1]。但是,由于施工質(zhì)量和橋梁設(shè)計(jì)等方面的原因,使得橋梁的檢測(cè)和加固成為必要,更因?yàn)榻▏?guó)以來(lái)所修建的不少舊橋,由于受到當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)、材料、施工等方面的影響和局限,先天不足,加上不能適應(yīng)目前交通量的迅猛增長(zhǎng),使得舊橋的檢測(cè)和加固技術(shù)顯得非常迫切。近年來(lái),舊橋加固工程越來(lái)越多。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國(guó)的公路危橋約有8 000余座,但至今未看到專(zhuān)門(mén)的橋梁加固規(guī)范。

1 橋梁加固的理論基礎(chǔ)

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)橋梁的檢查與加固維修的方法和技術(shù)研究較多,對(duì)相關(guān)理論基礎(chǔ)的研究卻相對(duì)較少。王光遠(yuǎn)院士曾指出,當(dāng)前力學(xué)工作者與結(jié)構(gòu)工作者的精力主要集中于研究結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計(jì)和施工的理論和方法(其目的是提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的質(zhì)量),而對(duì)于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的方案論證以及服役后的評(píng)估和維修理論則研究較少,這是力學(xué)界與結(jié)構(gòu)工程界研究的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)?？梢灶A(yù)見(jiàn),從基本理論角度對(duì)既有橋梁加固方案進(jìn)行研究,是今后橋梁研究工作中的一個(gè)重要方向。

2 舊橋加固基本方法

2.1 加大截面加固法

加大截面加固法也稱(chēng)外包混凝土加固法,是用增大混凝土結(jié)構(gòu)物的截面面積和配筋進(jìn)行加固的一種方法。這種加固方法要求被加固的橋梁下部結(jié)構(gòu)能夠承受更多的自重,能夠提供更高的承載力。通常情況下,以加厚橋面板或者加大主梁的梁肋寬度為主[3]。該法施工工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng),并具有成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn),適用于較小跨徑的T梁橋或者板橋的加固。采用此法加固后橋梁剛度明顯提高,承載能力也取得較好的效果。但現(xiàn)場(chǎng)施工的濕作用時(shí)間長(zhǎng),對(duì)生產(chǎn)和生活有一定的影響,且加固后的建筑物凈空有一定的減小。

2.2 預(yù)應(yīng)力加固法

采用外加預(yù)應(yīng)力的鋼拉桿對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的方法,預(yù)應(yīng)力技術(shù)能大大縮短施工工期,能降低被加固構(gòu)件的應(yīng)力水平,不僅使加固效果好,而且還能較大幅度地提高結(jié)構(gòu)整體承載力,但加固后對(duì)原結(jié)構(gòu)外觀有一定影響。適用于要求提高承載力、剛度和抗裂性及加固后所占用空間小的橋梁[4](見(jiàn)圖1)。

2.3 改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法

此法是改變橋梁結(jié)構(gòu)受力體系,達(dá)到提高橋梁承載能力的目的。改變結(jié)構(gòu)體系的方法有多種,但往往都需要在橋下操作,或設(shè)置永久設(shè)施,因而減小橋下凈空,或施工時(shí)會(huì)影響通航,所以必須考慮通航及橋梁排洪能力。但是,該法由于加固效果較好,是目前常用來(lái)解決臨時(shí)通行超重車(chē)輛的一種加固措施。重車(chē)通過(guò)后,臨時(shí)支撐可以隨后拆除。

2.4 粘貼FRP加固法

此法是采用高強(qiáng)度或高彈性模量的纖維復(fù)合材料,用專(zhuān)門(mén)配置的粘貼樹(shù)脂或浸漬樹(shù)脂粘貼在橋梁混凝土構(gòu)件表面,使之與原構(gòu)件形成整體共同受力的加固方法。目前,結(jié)構(gòu)工程中常用的FRP材料有玻璃纖維(GF劑)、碳纖維(CFRP)和芳綸纖維(AFRP)3種,其中以碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CF劑)應(yīng)用最多。該方法的主要特點(diǎn)是:高強(qiáng)高效,可設(shè)計(jì)性強(qiáng),基本不改變?cè)Y(jié)構(gòu)外觀,不會(huì)對(duì)原結(jié)構(gòu)造成損害;運(yùn)輸、儲(chǔ)存、施工更方便、快捷,容易保證施工質(zhì)量,而且后期維護(hù)費(fèi)用低(見(jiàn)圖2)。

2.5 噴混凝土加固

該法是在原有結(jié)構(gòu)上噴涂一層高品質(zhì)的混凝土,以恢復(fù)對(duì)鋼筋的保護(hù),提高已剝離或變質(zhì)的混凝土的強(qiáng)度,提供美觀表面的功能,是目前常用的維修加固方法,但只能用于結(jié)構(gòu)破壞非常輕微的橋梁構(gòu)件中。

2.6 有粘結(jié)外包型鋼加固法

該法也稱(chēng)濕式外包鋼加固法。特點(diǎn)是受力可靠、施工簡(jiǎn)便、現(xiàn)場(chǎng)工作量較小,但用鋼量較大,且不宜在無(wú)防護(hù)的情況下用于60℃以上的高溫場(chǎng)所。適用于使用上不允許顯著增大原構(gòu)件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)加固(見(jiàn)圖3,圖4)。

2.7 擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法

擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法即擴(kuò)大橋梁基礎(chǔ)底面積。此法適用于基礎(chǔ)承載力不足或埋深太淺,而墩臺(tái)又是磚石或混凝土剛性實(shí)體式基礎(chǔ)的情況。擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積應(yīng)由地基強(qiáng)度檢算確定。當(dāng)?shù)鼗鶑?qiáng)度滿足要求而缺陷僅僅表現(xiàn)為不均勻沉降變形過(guò)大時(shí),采用擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積的加固,主要由地基變形計(jì)算加以選定。

2.8 增補(bǔ)樁基加固法

增補(bǔ)樁基加固法即在樁式基礎(chǔ)的周?chē)a(bǔ)加鉆孔樁,或打入鋼筋混凝土預(yù)制樁,擴(kuò)大原承臺(tái),以此提供基礎(chǔ)的承載力,增強(qiáng)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性,主要用于當(dāng)橋梁墩臺(tái)基底下有軟臥層,或墩臺(tái)基礎(chǔ)未下至堅(jiān)硬層時(shí),墩臺(tái)發(fā)生沉陷以及樁的深度不足,或由于水流沖刷等原因使樁發(fā)生傾斜的情況。

2.9 鋼筋混凝土套箍或護(hù)套加固法

當(dāng)橋梁墩臺(tái)由于基礎(chǔ)埋置深度不夠,或因施工質(zhì)量控制不嚴(yán)等原因?qū)е露张_(tái)開(kāi)裂破損時(shí),有時(shí)會(huì)出現(xiàn)貫通裂縫,可采用鋼筋混凝土圍帶或鋼箍進(jìn)行加固。加固時(shí)一般在墩身上、中、下分設(shè)三道圍帶,其間距應(yīng)大致相當(dāng)于橋墩側(cè)面的寬度。

2.10 墩臺(tái)拓寬方法

利用舊橋基礎(chǔ),靠墩臺(tái)蓋梁挑出懸臂加寬部分,以便安裝加寬的上部結(jié)構(gòu)。此種情況為只加寬墩臺(tái)上部的蓋梁,墩身和基礎(chǔ)則不需予以加固。采用此法加寬墩臺(tái)時(shí),舊橋墩臺(tái)基礎(chǔ)必須完好、穩(wěn)定,且需經(jīng)過(guò)承載力驗(yàn)算后才能采用。否則,應(yīng)在老橋的墩臺(tái)旁,另新澆筑拓寬部分的墩臺(tái)及基礎(chǔ)。

3 橋梁的加固與管理

除了探索橋梁維護(hù)加固補(bǔ)強(qiáng)的施工工藝與技術(shù)外,研究橋梁檢測(cè)與安全性評(píng)估方法,建立有效的橋梁檢測(cè)與預(yù)警系統(tǒng),都是橋梁加固工程中的重要內(nèi)容。事實(shí)上,設(shè)計(jì)應(yīng)該和管理相配合,在設(shè)計(jì)的過(guò)程中,就應(yīng)該規(guī)定安全性評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)以及日常管理的一些內(nèi)容,包括橋梁的預(yù)期使用壽命、日常運(yùn)營(yíng)和定期檢測(cè)加固等等,使得加固更有針對(duì)性,而管理更有目的性。

4 結(jié)語(yǔ)

橋梁加固是隨著日益增長(zhǎng)的交通運(yùn)輸業(yè)而產(chǎn)生并隨其發(fā)展的新課題,它很好地處理了新工程與舊工程的銜接,是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)保障。因此,橋梁加固技術(shù)的發(fā)展意義相當(dāng)重大。同時(shí),各種新型材料以及粘結(jié)劑的發(fā)展,新方法的運(yùn)用,使得橋梁加固的對(duì)象更廣,施工更方便快捷,效果更明顯。

[1] 葉吉軍.橋梁加固技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].上海:同濟(jì)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2007.

[2] 郭 健.粘鋼法加固橋梁結(jié)構(gòu)淺析[J].甘肅科技,2003,19(10):8-11.

[3] 金鳳溫.橋梁加固技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用[J].工程管理,2003(8):11.

[4] 張 艷.體外預(yù)應(yīng)力法在連續(xù)剛構(gòu)橋加固中的應(yīng)用研究[D].成都:西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文,2008.