橋梁維修加固工程設計方法研究

劉志龍

(福建省交發工程設計有限公司，福建 泉州 362000)

1 工程概況

在某地區擁有較多的橋梁建設工程，包括城市跨線橋、互通立交橋以及人行地道等。近些年來，隨著城市交通的不斷增長，以及車輛荷載的不斷增加，一些橋梁出現了嚴重負荷的問題，因此表現出了一些病害。為了確保交通安全，決定對這些病害橋梁進行加固處理。根據橋梁病害檢測結果，病害問題較為嚴重的橋梁有10座。為了能滿足日益增加的車流量，針對存在嚴重病害的橋梁，對其采取加固維修處理。

2 病害原因分析

在進行橋梁加固前，需要對橋梁的病害情況進行匯總同時分析清楚其病害原因，分析結果將對加固處理方案有直接影響。只有在診斷清楚的情況下，才能做好橋梁的維修工作。一般情況下，對橋梁病害情況診斷主要包括現場檢查、荷載試驗以及采取專項檢測。結合本城市病害橋梁的診斷，結果表明橋梁存在的主要病害問題為：支座失效、橋梁梁體和柱體出現開裂、橋面裂縫等。

根據對這些病害問題的分析和研究，初步判定可能造成這些病害問題的主要原因包括：車輛超載、設計未準確預估車流量、施工質量、后續養護措施未及時到位等。總而言之、造成這些橋梁出現病害問題的原因有很多，在多種原因的共同影響下，導致結構出現開裂問題，開裂之后在其他因素的影響下將加大原有病害發展，導致新的病害出現，甚至橋梁使用安全受到影響。

3 維修加固設計思路

這些病害橋梁的結構形式主要為混凝土連續箱梁，其跨徑范圍主要在20～40 m。在原設計方案中，這些橋梁的設計荷載標準為汽-20、掛-100。考慮到這些橋梁主要是分布在城市中心，并沒有重載車輛通行，因此結合現行規范要求的荷載等級對其采取加固設計。

考慮到這些橋梁出現了混凝土裂縫和鋼筋銹蝕等問題，這會對橋梁的實際承載力造成不利的影響，因此在橋梁加固設計中，首先復核原有橋梁承載力。

驗算橋梁結構的正截面承載力時，所采用的基本公式與一般的預應力砼結構基本相同。但考慮到由于橋梁開裂導致部分鋼筋出現銹蝕，因此需要考慮鋼筋銹蝕后，鋼筋截面面積和屈服強度會降低。鋼筋應力的計算需要考慮協同工作降低系數Ks，以及混凝土和鋼筋之間粘結強度會降低。驗算時，結合鋼筋不同的銹蝕程度，采取不同的折減系數來驗算橋梁結構的正截面承載力，一般折減系數在0.8～0.9之間。

在對橋梁結構進行斜截面抗剪承載力計算時，由于橋梁結構存在斜裂縫，因此需要考慮此裂縫會影響混凝土抗剪承載力。同樣由于橋梁結構箍筋和彎起鋼筋銹蝕，會影響結構抗剪能力。為了考慮這些不利因素，在進行結構抗剪承載力驗算時，引入斜裂縫的影響系數βcs，對箍筋和彎起鋼筋銹蝕，則考慮其強度折減系數αsv、αsb，在考慮這些影響之后所確定的抗剪承載力計算公式如下：

γ0Vd≤Vcs+Vsb

(1)

Vcs=βcsα1α2α30.45×

(3)

Vsb=0.75×10-3αsbfsd∑Asbsinθs

(3)

式中，βcs為考慮斜裂縫對混凝土抗剪承載力影響的修正系數。如表1所示為該系數的取值。式中，αsv、αsb為箍筋和彎起鋼筋考慮銹蝕影響的折減系數。

表1 βcs的取值范圍

根據驗算結果，由于斜裂縫影響對承載力折減，鋼筋混凝土連續箱梁的截面抗剪承載力出現了8%～10%的降低。因此對于梁體存在斜裂縫的橋梁，可以采用粘結纖維布的方式進行加固處理。同樣的，需要對粘結纖維布之后的梁體進行承載力的計算。根據規范公式的計算，可以知道，采用粘貼纖維布進行加固處理之后的梁體能夠滿足規范對于斜截面承載力的要求。

對于這些橋梁出現的其他病害問題，可以分別采用以下的方法進行處理。

(1)伸縮縫病害。對于伸縮縫出現問題的橋梁，應將存在問題的伸縮縫全部進行更換處理。在更換伸縮縫時，應做好雜物清理工作，重點應確保梁端與橋臺之間、梁端與梁端之間的清潔工作，清理之后應確保所有縫隙能夠兩側通視。

(2)支座病害。對于支座病害問題的處理是本次加固工程的施工難點。在進行支座更換時，需要將橋梁頂升。該工序存在很大的難度。在支座頂升施工過程中，應做好千斤頂的調試，應確保行程一致。在頂升托架、空心板頂升和下落操作過程中，應統一安排，并派專人復合千斤頂的行程高度。

(3)箱體裂縫。對于箱體裂縫寬度的不同，所采取的處理措施也不相同，其具體的處理措施為表2所示。

表2 箱體裂縫的處理措施

(4)柱墩裂縫。對于由于局部承壓作用所引起的柱頂裂縫，可以采用灌漿封閉處理的方式，灌漿材料可以采用環氧樹脂漿液，并且對于柱頭可以采用預應力鋼板箍進行加固處理。對于其他位置出現的裂縫，則可以采用環氧樹脂漿液進行粉刷處理。之后對裂縫發展情況進行觀察。對于寬度在0.1 mm以下的裂縫，采用表面封閉處理即可，對于裂縫超過0.1 mm的，則應采用化學壓力灌漿的方法進行封閉。

(5)混凝土橋面鋪裝裂縫。首先應對裂縫進行處理，之后采用鋼筋網片進行加強，最后在其上鋪設一層瀝青混凝土，其厚度控制在5 cm即可；同時還應做好橋面的防水處理。經處理后的橋面鋪裝裂縫位置不再出現新的裂縫，從處理后的實施效果表明，這種處理方法是可行的。

(6)混凝土碳化、鋼筋外露、主梁鉸縫斷裂漏水問題。將破裂處的混凝土清理干凈，并對鋼筋進行除銹處理，對于裂縫采用壓漿的方式進行封閉。對于梁體空洞處，可以采用環氧砂漿進行填補處理。對于問題較為嚴重的問題，則可以采用粘貼纖維布的方式進行加固，這樣可以有效的提高梁體截面的承載力。

4 結 語

交通運輸的快速發展，導致了橋梁病害問題不斷加重。文章通過結合病害橋梁進行加固處理，病害分析結果表明，橋梁主要病害為：伸縮縫損壞、支座失效、梁體移位、梁體裂縫、柱體裂縫、橋面大面積骨料外露、橋面裂縫較多、混凝土碳化等。針對這些病害問題，提出一系列的加固設計思路，如存在斜裂縫的橋梁，采取粘結纖維布加固方案。從加固效果表明，文中針對不同病害問題所采取的對應加固方案是經濟有效的。