橋梁維修加固工程設(shè)計(jì)方法研究

劉志龍

(福建省交發(fā)工程設(shè)計(jì)有限公司，福建 泉州 362000)

1 工程概況

在某地區(qū)擁有較多的橋梁建設(shè)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(lái)，隨著城市交通的不斷增長(zhǎng)，以及車輛荷載的不斷增加，一些橋梁出現(xiàn)了嚴(yán)重負(fù)荷的問(wèn)題，因此表現(xiàn)出了一些病害。為了確保交通安全，決定對(duì)這些病害橋梁進(jìn)行加固處理。根據(jù)橋梁病害檢測(cè)結(jié)果，病害問(wèn)題較為嚴(yán)重的橋梁有10座。為了能滿足日益增加的車流量，針對(duì)存在嚴(yán)重病害的橋梁，對(duì)其采取加固維修處理。

2 病害原因分析

在進(jìn)行橋梁加固前，需要對(duì)橋梁的病害情況進(jìn)行匯總同時(shí)分析清楚其病害原因，分析結(jié)果將對(duì)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(duì)橋梁病害情況診斷主要包括現(xiàn)場(chǎng)檢查、荷載試驗(yàn)以及采取專項(xiàng)檢測(cè)。結(jié)合本城市病害橋梁的診斷，結(jié)果表明橋梁存在的主要病害問(wèn)題為：支座失效、橋梁梁體和柱體出現(xiàn)開(kāi)裂、橋面裂縫等。

根據(jù)對(duì)這些病害問(wèn)題的分析和研究，初步判定可能造成這些病害問(wèn)題的主要原因包括：車輛超載、設(shè)計(jì)未準(zhǔn)確預(yù)估車流量、施工質(zhì)量、后續(xù)養(yǎng)護(hù)措施未及時(shí)到位等。總而言之、造成這些橋梁出現(xiàn)病害問(wèn)題的原因有很多，在多種原因的共同影響下，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題，開(kāi)裂之后在其他因素的影響下將加大原有病害發(fā)展，導(dǎo)致新的病害出現(xiàn)，甚至橋梁使用安全受到影響。

3 維修加固設(shè)計(jì)思路

這些病害橋梁的結(jié)構(gòu)形式主要為混凝土連續(xù)箱梁，其跨徑范圍主要在20～40 m。在原設(shè)計(jì)方案中，這些橋梁的設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽-20、掛-100。考慮到這些橋梁主要是分布在城市中心，并沒(méi)有重載車輛通行，因此結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范要求的荷載等級(jí)對(duì)其采取加固設(shè)計(jì)。

考慮到這些橋梁出現(xiàn)了混凝土裂縫和鋼筋銹蝕等問(wèn)題，這會(huì)對(duì)橋梁的實(shí)際承載力造成不利的影響，因此在橋梁加固設(shè)計(jì)中，首先復(fù)核原有橋梁承載力。

驗(yàn)算橋梁結(jié)構(gòu)的正截面承載力時(shí)，所采用的基本公式與一般的預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)基本相同。但考慮到由于橋梁開(kāi)裂導(dǎo)致部分鋼筋出現(xiàn)銹蝕，因此需要考慮鋼筋銹蝕后，鋼筋截面面積和屈服強(qiáng)度會(huì)降低。鋼筋應(yīng)力的計(jì)算需要考慮協(xié)同工作降低系數(shù)Ks，以及混凝土和鋼筋之間粘結(jié)強(qiáng)度會(huì)降低。驗(yàn)算時(shí)，結(jié)合鋼筋不同的銹蝕程度，采取不同的折減系數(shù)來(lái)驗(yàn)算橋梁結(jié)構(gòu)的正截面承載力，一般折減系數(shù)在0.8～0.9之間。

在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行斜截面抗剪承載力計(jì)算時(shí)，由于橋梁結(jié)構(gòu)存在斜裂縫，因此需要考慮此裂縫會(huì)影響混凝土抗剪承載力。同樣由于橋梁結(jié)構(gòu)箍筋和彎起鋼筋銹蝕，會(huì)影響結(jié)構(gòu)抗剪能力。為了考慮這些不利因素，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗剪承載力驗(yàn)算時(shí)，引入斜裂縫的影響系數(shù)βcs，對(duì)箍筋和彎起鋼筋銹蝕，則考慮其強(qiáng)度折減系數(shù)αsv、αsb，在考慮這些影響之后所確定的抗剪承載力計(jì)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(duì)混凝土抗剪承載力影響的修正系數(shù)。如表1所示為該系數(shù)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(shù)。

表1 βcs的取值范圍

根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果，由于斜裂縫影響對(duì)承載力折減，鋼筋混凝土連續(xù)箱梁的截面抗剪承載力出現(xiàn)了8%～10%的降低。因此對(duì)于梁體存在斜裂縫的橋梁，可以采用粘結(jié)纖維布的方式進(jìn)行加固處理。同樣的，需要對(duì)粘結(jié)纖維布之后的梁體進(jìn)行承載力的計(jì)算。根據(jù)規(guī)范公式的計(jì)算，可以知道，采用粘貼纖維布進(jìn)行加固處理之后的梁體能夠滿足規(guī)范對(duì)于斜截面承載力的要求。

對(duì)于這些橋梁出現(xiàn)的其他病害問(wèn)題，可以分別采用以下的方法進(jìn)行處理。

(1)伸縮縫病害。對(duì)于伸縮縫出現(xiàn)問(wèn)題的橋梁，應(yīng)將存在問(wèn)題的伸縮縫全部進(jìn)行更換處理。在更換伸縮縫時(shí)，應(yīng)做好雜物清理工作，重點(diǎn)應(yīng)確保梁端與橋臺(tái)之間、梁端與梁端之間的清潔工作，清理之后應(yīng)確保所有縫隙能夠兩側(cè)通視。

(2)支座病害。對(duì)于支座病害問(wèn)題的處理是本次加固工程的施工難點(diǎn)。在進(jìn)行支座更換時(shí)，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(guò)程中，應(yīng)做好千斤頂?shù)恼{(diào)試，應(yīng)確保行程一致。在頂升托架、空心板頂升和下落操作過(guò)程中，應(yīng)統(tǒng)一安排，并派專人復(fù)合千斤頂?shù)男谐谈叨取?/p>

(3)箱體裂縫。對(duì)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(duì)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(huán)氧樹(shù)脂漿液，并且對(duì)于柱頭可以采用預(yù)應(yīng)力鋼板箍進(jìn)行加固處理。對(duì)于其他位置出現(xiàn)的裂縫，則可以采用環(huán)氧樹(shù)脂漿液進(jìn)行粉刷處理。之后對(duì)裂縫發(fā)展情況進(jìn)行觀察。對(duì)于寬度在0.1 mm以下的裂縫，采用表面封閉處理即可，對(duì)于裂縫超過(guò)0.1 mm的，則應(yīng)采用化學(xué)壓力灌漿的方法進(jìn)行封閉。

(5)混凝土橋面鋪裝裂縫。首先應(yīng)對(duì)裂縫進(jìn)行處理，之后采用鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行加強(qiáng)，最后在其上鋪設(shè)一層瀝青混凝土，其厚度控制在5 cm即可；同時(shí)還應(yīng)做好橋面的防水處理。經(jīng)處理后的橋面鋪裝裂縫位置不再出現(xiàn)新的裂縫，從處理后的實(shí)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(wèn)題。將破裂處的混凝土清理干凈，并對(duì)鋼筋進(jìn)行除銹處理，對(duì)于裂縫采用壓漿的方式進(jìn)行封閉。對(duì)于梁體空洞處，可以采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行填補(bǔ)處理。對(duì)于問(wèn)題較為嚴(yán)重的問(wèn)題，則可以采用粘貼纖維布的方式進(jìn)行加固，這樣可以有效的提高梁體截面的承載力。

4 結(jié) 語(yǔ)

交通運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，導(dǎo)致了橋梁病害問(wèn)題不斷加重。文章通過(guò)結(jié)合病害橋梁進(jìn)行加固處理，病害分析結(jié)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(duì)這些病害問(wèn)題，提出一系列的加固設(shè)計(jì)思路，如存在斜裂縫的橋梁，采取粘結(jié)纖維布加固方案。從加固效果表明，文中針對(duì)不同病害問(wèn)題所采取的對(duì)應(yīng)加固方案是經(jīng)濟(jì)有效的。