淺析預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的維修及其加固技術(shù)

摘 要：介紹了對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋維修及加固的必要性；以某連續(xù)梁橋?yàn)槔治隽嗽摌蛄翰『Φ漠a(chǎn)生原因；并詳細(xì)介紹了對(duì)于該橋梁的維修及加固過程，根據(jù)維修加固過程中存在的問題總結(jié)了橋梁在維護(hù)保養(yǎng)時(shí)所需要注意的事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：混凝土；梁式橋；橋梁維修加固；質(zhì)量控制

1 引言

在我國(guó)最常見的公路橋梁就是混凝土橋梁，尤其是梁式橋，這種橋梁因其特有的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)以及較長(zhǎng)的使用壽命一直廣受青睞。作為一種建筑材料，混凝土的特點(diǎn)非常鮮明，即抗壓強(qiáng)度高，但是抗拉強(qiáng)度低。因此，人們往往將混凝土中加入鋼筋，鋼筋的抗拉強(qiáng)度很高，將兩者混合使用不僅彌補(bǔ)了各自的劣勢(shì)，而且使得兩種材料的優(yōu)勢(shì)更為明顯。盡管如此，橋梁長(zhǎng)時(shí)間的承載車輛，以及受到外部環(huán)境的影響，總會(huì)出現(xiàn)一些損害。為了保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)于橋梁的維修和加固就顯得勢(shì)在必行。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋維修及加固技術(shù)

2.1 橋墩維修加固，維修加固橋梁的下方能夠?qū)蚨盏某休d力度進(jìn)行提升，一般來說，常見的加固方式主要包括粘貼鋼板、外包混凝土以及碳纖維等，針對(duì)橫向跨度大橋梁的結(jié)構(gòu)性損傷，在加固的過程中要注意選擇加填注漿以及硬土等做好橋墩的加固工作。

2.2 改變結(jié)構(gòu)受力體系的維修加固，這種方法主要是對(duì)結(jié)構(gòu)受力體系進(jìn)行改變來改善橋梁的載重能力，具有非常強(qiáng)的主動(dòng)性，在降低撓度的時(shí)候還能夠增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度等。但是改造費(fèi)用比較大，而且維修加固效果不穩(wěn)定，因此使用較少，常見的方法有增加橫向聯(lián)系、增設(shè)主梁、錨噴混凝土等。

2.3 碳纖維維修加固，碳纖維維修加固耐腐蝕、強(qiáng)度高，而且操作起來非常簡(jiǎn)便，因此近幾年在我國(guó)應(yīng)用比較多，但是，它也存在脆性不好、耐火性不高等缺點(diǎn)，因此應(yīng)用也受到了一定的限制。

2.4 增大截面并配筋的維修加固，一般來說，這一方法是對(duì)橋梁側(cè)面或者底面的尺寸進(jìn)行加大，并進(jìn)行主筋的增配，進(jìn)而使橋梁主要界面有效高度得以提升，實(shí)現(xiàn)橋梁載重力度的提升。

2.5 體外預(yù)應(yīng)力維修加固，這種方法是于橋梁下部分受拉區(qū)域放置預(yù)應(yīng)力相關(guān)的材料，再通過張拉來獲得偏心預(yù)應(yīng)力，這種偏心壓力會(huì)讓梁體上拱，抵除了一些橋梁的自重應(yīng)力。

3 案例分析

以某連續(xù)梁橋?yàn)槔摌驗(yàn)榫哂衅邆€(gè)等高度橋孔的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，其跨度布置為：兩端跨度均為30m，中間五孔跨度均為40m。橋的截面形式采用單箱單室，橋的箱梁頂寬是12.74m，底寬為7m，梁的高度為118m。箱梁的頂板厚度為25cm，底板的厚度為24cm。跨中處的腹板和近支點(diǎn)附近的腹板的厚度略大，分別為40cm和60cm。該連續(xù)梁橋采用雙向預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)形式。其橋體設(shè)計(jì)完成時(shí)間為1997年，1998年實(shí)現(xiàn)通車。該連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為交通部1985年頒布的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)載荷是，汽-20，掛-100。它的施工方法采用當(dāng)時(shí)非常普遍的逐段澆筑法。橋梁共分為十三個(gè)施工節(jié)段，各段之間再設(shè)置十二個(gè)長(zhǎng)度為2m的后澆段，橋梁的分段點(diǎn)在四分之一跨度處。施工澆筑時(shí)，后澆段內(nèi)一半預(yù)應(yīng)力鋼束要進(jìn)行接長(zhǎng)張拉，另一半的鋼束僅僅通過不進(jìn)行張拉，而是在下一節(jié)段張拉；如此循環(huán)施工，直到全梁澆筑以及張拉完成。

3.1 維修加固前的準(zhǔn)備工作

檢測(cè)部門在對(duì)該連續(xù)梁橋進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)以下兩個(gè)主要的病害：

3.1.1 在箱梁孔的后澆段的邊緣產(chǎn)生了橫向裂縫，裂縫的寬度已經(jīng)完全超出了最低限制值。

3.1.2 對(duì)底板和腹板進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，大部分出現(xiàn)橫向裂縫，而且有的裂縫甚至已經(jīng)貫穿底板和腹板。底板和腹板的裂縫寬度最大已經(jīng)達(dá)到了4mm。

檢測(cè)結(jié)果顯示，該連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)處在線彈性狀態(tài)，產(chǎn)生的橫向裂縫嚴(yán)重影響著梁體的縱向剛度。其表現(xiàn)形式為，當(dāng)載荷增大時(shí)，跨中撓度已經(jīng)不能呈現(xiàn)非常明顯的線性關(guān)系。由于橫向裂縫的存在，梁體整體剛度大大降低，結(jié)構(gòu)殘余變形也明顯增大，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可以推斷該連續(xù)梁橋已無法達(dá)到汽-20，掛-100的設(shè)計(jì)載荷標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 分析連續(xù)梁橋病害的產(chǎn)生原因

3.2.1 設(shè)計(jì)考慮不周

在位于連續(xù)梁橋的主孔箱梁的后澆筑帶，預(yù)應(yīng)力鋼束錨固的強(qiáng)度很大，致使錨下產(chǎn)生了應(yīng)力集中，后澆筑帶對(duì)于混凝土便產(chǎn)生了拉應(yīng)力。隨著橋梁投入時(shí)間的增長(zhǎng)，混凝土不斷地收縮、徐變加大；同時(shí)在進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換時(shí)，二次應(yīng)力相應(yīng)的增大，從而使得裂縫最先在該位置的混凝土上出現(xiàn)。此外，后澆筑帶的位置是橋體跨度的四分之一處，因此在計(jì)算彎矩時(shí)，將其作為正負(fù)彎矩轉(zhuǎn)換區(qū)而沒有引起足夠的重視。

3.2.2 施工質(zhì)量不高

除了設(shè)計(jì)計(jì)算所產(chǎn)生的問題，施工單位在對(duì)后澆筑帶進(jìn)行施工時(shí)，對(duì)于施工質(zhì)量的控制也不是很到位。在對(duì)橋體進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)該位置的混凝土有砂漿接茬痕跡，說明在橋梁竣工時(shí)，橋梁的質(zhì)量就不達(dá)標(biāo)，而檢測(cè)人員也沒有因其足夠的重視，導(dǎo)致裂縫發(fā)展很快，從而對(duì)腹板甚至是頂板的質(zhì)量帶來了一定的影響。該連續(xù)梁橋，施工空間較小，作業(yè)難度較大也是導(dǎo)致施工質(zhì)量偏差的一個(gè)原因。

3.3 連續(xù)梁橋維修及加固設(shè)計(jì)

3.3.1 加固設(shè)計(jì)分析

根據(jù)施工條件以及施工經(jīng)驗(yàn)，本次加固的箱梁梁體采用有限元分析法，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。在計(jì)算時(shí)，如果以預(yù)應(yīng)力的失效在20%或以上進(jìn)行分析時(shí)，那么根據(jù)分析結(jié)果可知該橋已經(jīng)大范圍超限，這種分析結(jié)果與實(shí)際情況是不相符的。因此，本連續(xù)梁橋在加固設(shè)計(jì)時(shí)做了兩個(gè)假設(shè)；

（1）預(yù)應(yīng)力的失效在10%。（2）根據(jù)交通部1985年頒布的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范可知，其當(dāng)時(shí)規(guī)范的C45等級(jí)的混凝土相對(duì)于2004年新頒布的規(guī)范的C43級(jí)，因此在加固設(shè)計(jì)時(shí)將混凝土的等級(jí)進(jìn)行降級(jí)處理，從C50降至C45。體外預(yù)應(yīng)力摩阻損失取0.1，k取0。同時(shí)對(duì)于因?yàn)榛炷列熳儺a(chǎn)生的損失不計(jì)入分析結(jié)果，混凝土錨塊也計(jì)入恒載范圍。

3.3.2 維修及加固的施工特點(diǎn)。從應(yīng)力的分布、拉應(yīng)力的狀態(tài)以及裂縫的分布情況來考慮，選擇通長(zhǎng)體外預(yù)應(yīng)力束的布置位置為距離箱內(nèi)底板頂面300m處。該布置可以補(bǔ)償橋底板的拉應(yīng)力。以通長(zhǎng)鋼束取代預(yù)應(yīng)力束轉(zhuǎn)向器，從而降低了施工難度，縮短了施工工期。在采用轉(zhuǎn)向器時(shí)，由于預(yù)應(yīng)力的作用，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)合力，這樣就不可避免的增設(shè)錨塊。采用通長(zhǎng)剛束以后，因?yàn)闆]有了合力，也就不再需要數(shù)量眾多的錨塊，極大地節(jié)省了施工成本的投入。

合理選用鋼絞線，本加固過程中，錨端的張拉力是3270KN。在每一個(gè)錨塊上布置兩束鋼絞線，錨塊的厚度是1m，錨塊的寬度為118m，這一尺寸的錨塊需要承受一個(gè)很大的拉力。為此，采用有限元方法對(duì)錨塊進(jìn)行應(yīng)力分析，根據(jù)分析結(jié)果計(jì)算出截面彎矩，然后按照需要加設(shè)抗彎矩鋼筋。

3.3.3 施工經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)。通過對(duì)該連續(xù)梁橋的加固，我們發(fā)現(xiàn)橋梁出現(xiàn)的眾多問題，其實(shí)在很大程度上都是人為因素。橋梁設(shè)計(jì)、橋梁的施工控制以及橋梁的后期維護(hù)每一個(gè)環(huán)節(jié)都存在著或多或少的問題，從而導(dǎo)致橋梁損失嚴(yán)重。在橋梁的施工中，預(yù)應(yīng)力的布置非常關(guān)鍵，在同一截面上預(yù)應(yīng)力束一半錨固一般通過的做法會(huì)在錨固區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力集中，混凝土由于拉應(yīng)力的長(zhǎng)期作用，極易產(chǎn)生裂縫。因此，在施工時(shí)要增大通過束的比例，減小截面兩側(cè)的應(yīng)力差。除了在設(shè)計(jì)時(shí)，就格外注意細(xì)節(jié)，橋梁投入使用后，養(yǎng)護(hù)工作也是必不可少的。通過對(duì)該連續(xù)梁橋的檢測(cè)以及養(yǎng)護(hù)工作的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該橋在竣工后，從未進(jìn)行過維修養(yǎng)護(hù)工作，因此損害程度才會(huì)如此之大。

4 結(jié)束語

橋梁的維修加固，對(duì)于交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展所起到的重要性不言而喻。但是確保行車安全不僅僅是橋梁管理單位的責(zé)任，作為從事運(yùn)輸業(yè)的工作者則應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)法律，嚴(yán)禁超載。同時(shí)，政府管理部門進(jìn)一步加大對(duì)車輛超載現(xiàn)象的監(jiān)管以及懲罰力度，同時(shí)完善橋梁管理系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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