公路橋梁養(yǎng)護及維修加固施工技術(shù)研究

劉鳳偉

（唐山市交通運輸綜合行政執(zhí)法支隊，河北唐山 063000）

1 引言

公路是國內(nèi)交通運輸?shù)闹匾A(chǔ)設(shè)施，公路橋梁日常交通壓力較大，長期承受高負荷，較易發(fā)生橋梁病害。橋梁病害不僅會縮短橋梁服役周期，降低其交通行駛舒適度，而且較易產(chǎn)生安全隱患，影響運輸安全。為此，必須全面分析公路橋梁病害，加強動態(tài)監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)橋梁使用缺陷，科學維修養(yǎng)護。在養(yǎng)護維修中，最常見的措施是加固，加固技術(shù)應(yīng)用的科學性直接影響了施工質(zhì)量，因此，必須采取有效監(jiān)管措施，監(jiān)控施工質(zhì)量。

2 加固施工技術(shù)對公路橋梁養(yǎng)護維修的重要意義

公路是重要的交通運輸設(shè)施。因為我國國土面積較大，公路網(wǎng)絡(luò)分布環(huán)境復(fù)雜，部分公路路段需要跨越河流，所以，在公路網(wǎng)絡(luò)中許多路段為橋梁路段。公路路橋長期服役，承受著較大的貨運壓力，在服役周期中橋梁承載日趨加重，導(dǎo)致橋梁病害逐漸發(fā)生。橋梁病害是常見安全隱患，為消除隱患和提高橋梁承載性能，必須科學評估病害嚴重性，采取針對性的處理措施。常見問題之一是結(jié)構(gòu)長期受力導(dǎo)致橋梁梁板發(fā)生裂縫，在處理結(jié)構(gòu)裂縫時，主要處理措施是維修梁板，加固梁板結(jié)構(gòu)，通過此種措施提高橋梁承載力。

工程養(yǎng)護維修質(zhì)量直接影響著交通運輸安全。為促進工程具有良好的使用性能，科學延長公路橋梁服役周期，必須加強養(yǎng)護維修，針對性地解決裂縫、路面塌陷等病害。與此同時，應(yīng)加強日常養(yǎng)護，積極預(yù)防病害。在此過程中重點提高公路橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，對易銹蝕部件進行防銹蝕處理，改善公路橋梁各環(huán)節(jié)建設(shè)質(zhì)量，優(yōu)化工程整體質(zhì)量。

3 常用公路橋梁加固施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 工字鋼梁加固施工

目前，公路橋梁主要建設(shè)材料是鋼筋混凝土，加固該類橋梁時，可使用工字鋼提高橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在加固過程中，需要設(shè)置導(dǎo)梁，縮短橋梁結(jié)構(gòu)鋼梁懸臂長度，減小橋梁臨時墩負荷。通常情況下，導(dǎo)梁長度的兩種計算方法為[1]：

對梁部進行加固施工時，必須合理控制導(dǎo)梁長度，以保證鋼梁頂推內(nèi)力維持在科學范圍內(nèi)。設(shè)計導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)時，通過變剛度設(shè)計降低結(jié)構(gòu)自重。使用螺栓連接鋼梁和導(dǎo)梁，接頭在鋼梁側(cè)壁部位，為保證兩處結(jié)構(gòu)良好對接，應(yīng)焊接鋼梁內(nèi)橫梁、鋼梁側(cè)壁接頭，將其焊接為一個整體。分工況計算導(dǎo)梁節(jié)點撓度與桿件受力，然后計算臨時墩豎向荷載數(shù)據(jù)及墩頂推設(shè)備施頂力，同時監(jiān)控鋼樁水平荷載。維護施工前期，需要設(shè)計加固方案，確定傾斜鋼梁底與橋墩臺承臺頂間距，明確高程數(shù)據(jù)，設(shè)置支撐，結(jié)合支撐反力情況設(shè)計支撐結(jié)構(gòu)。設(shè)置支撐橫梁時，使用硬橡膠隔開鋼梁、支撐橫梁，以此保護鋼梁防銹層。使用聚四氟乙烯滑板隔開橫梁與其支撐結(jié)構(gòu)，調(diào)整支撐橫梁的位置，保證鋼梁處于標準平面。使用升降千斤頂控制支撐橫梁高度，以此校正鋼梁垂直位置（見圖1）。

圖 1 工字鋼梁加固施工

3.2 CFRP 施工

使用碳纖維布加固可以提高橋梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力。該加固施工所用材料屬于碳纖維增強塑料，簡稱CFRP。碳纖維布加固為先進的加固方法，該材料的應(yīng)用優(yōu)點是耐腐蝕性較強，可操作性強，并且材料使用周期較長。施工前需要先行處理構(gòu)件表面。CFRP 與常規(guī)碳纖維布使用方法相近，此種材料張拉后平直度較高，要求被加固的鋼梁表面也比較平直，否則極易導(dǎo)致鋼梁與CFRP 粘貼不良。在使用CFRP 前，應(yīng)先仔細打磨鋼梁表面，提高表面平整度，然后實施預(yù)應(yīng)力CFRP 加固施工。打磨完成后，使用丙酮徹底清洗鋼梁底部，在梁底表面均勻涂抹CFRP 黏結(jié)劑。將CFRP 粘貼在梁底表面并充分張拉，然后分析纖維受力方向，按照此方向按壓驅(qū)除內(nèi)部氣泡，避免氣泡殘留，靜置0.5 h。靜置結(jié)束后，在預(yù)應(yīng)力CFRP 表面均勻涂刷專用黏結(jié)劑。上述操作完成后，科學養(yǎng)護預(yù)應(yīng)力CFRP 加固部位，養(yǎng)護時間要求不低于72 h[2]。

3.3 更換吊桿施工

橋梁長期服役后吊桿橫梁跨中下緣部位較易出現(xiàn)豎向裂縫，吊桿外部PE 套發(fā)生老化，導(dǎo)致下錨頭發(fā)生銹蝕，影響橋梁結(jié)構(gòu)安全性。部分橋梁長期使用后梁板拱圈側(cè)出現(xiàn)縱向裂縫，存在滲水風險。還有部分橋面出現(xiàn)橫向裂縫，此種裂縫在橋梁拱腳部位發(fā)生頻率較高。對于此類病害，在加固施工前應(yīng)先確定吊桿腐蝕程度。部分橋梁在建設(shè)時期受到當時技術(shù)限制防銹蝕水平較低，錨頭缺少熱擠壓防護罩，吊桿較易發(fā)生銹蝕。通過更換吊桿加固橋梁是比較常見的方法。

4 案例分析

4.1 項目背景

某項目為國道公路橋梁，處于兩市交界位置，屬于二級公路線路，公路為非收費公路，橋梁交角約為直角，橋梁全長約500 m，寬約9 m。公路橋梁跨越沙河，橋梁結(jié)構(gòu)分現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)板與雙柱式墩臺結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，水泥混凝土橋面。項目設(shè)計荷載為汽車-15 級，掛車-80 級，當前服役20 年。橋梁后續(xù)改建設(shè)計標準為公路-Ⅰ級荷載，洪水頻率1/100。橋梁引道全長約480 m，路基寬度為13 m，路面寬度為12 m，路面結(jié)構(gòu)采用細粒、中粒式瀝青混凝土、水泥穩(wěn)定碎石基層、水泥穩(wěn)定砂礫底基層等。

橋梁建設(shè)時期較早，存在裂縫、PE 套老化、錨頭銹蝕等問題，橋梁安全性受到影響，裂縫存在滲水問題。裂縫分布于橋面和梁，分為縱向和橫向裂縫，并且拱腳部位較多裂縫。橋梁施工時技術(shù)水平較低，發(fā)生銹蝕，錨頭無熱擠壓防護罩，吊桿銹蝕。此次保養(yǎng)維修目的為根據(jù)工程情況評估病害及時更換吊桿，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

4.2 加固維修方法

更換吊桿時，應(yīng)保證施工方案不會破壞橋梁整體性。選用規(guī)格匹配、防銹蝕效果較好的吊桿，墩頭加工吊桿兩端錨頭鋼絲，并在其外部包裹熱擠塑，現(xiàn)場安裝吊桿。施工時，在橋梁拱背部位安裝三角塊作為工作平臺，平臺上設(shè)置臨時吊桿，4根/組，吊桿穿透橋面并且兜吊橫梁，使用臨時吊桿轉(zhuǎn)移原吊桿受力，然后切割處理原吊桿，安裝新吊桿。

在橋梁中，受橋梁結(jié)構(gòu)形態(tài)影響，上述方案實施難度較大，因此，選擇通過橋面縱梁分擔法更換吊梁。在橋面兩側(cè)分別設(shè)置貝雷梁，將貝雷梁作為肩擔梁，然后設(shè)置精軋螺紋鋼筋臨時吊桿，4 根/組，穿透橋面，然后兜吊下橫梁，轉(zhuǎn)移原吊桿受力至其中兩根臨時吊桿上，割除原吊桿，替換為新吊桿。

橋底水深較淺、凈空較低時，可在橋底建設(shè)施工平臺。不符合此條件時，可使用移動吊籃移動小車，使用水泥塊配重，配重安全系數(shù)應(yīng)不低于1.5。平臺架設(shè)方法為，移動小車挑梁伸出橋外，挑梁端掛吊籃，施工時在橋面橫梁部位固定吊籃。施工過程中需要向前移動吊籃，撤出吊籃上人員后，通過牽引移動小車，調(diào)整吊籃位置，再次固定后方可承載人員繼續(xù)施工[3]。

分析橋梁體系受力，確定吊桿承載力。靠近行車道部位橋面位置安裝貝雷梁兩組，4 根/組，加強貝雷梁上桁桿與下桁桿，降低撓度，在兩根相鄰橫梁上方使用枕木墊設(shè)貝雷梁兩端，橫梁旁側(cè)橋面開鑿孔洞，作為臨時吊桿穿孔，臨時吊桿下部架設(shè)橫梁平臺，平臺上放置油壓千斤頂。更換吊桿的施工順序是先更換中間部位最長束吊桿，以最長束吊桿為起點，依次向兩側(cè)施工。橫梁兩側(cè)分別設(shè)有油壓千斤頂，兩個千斤頂同時起升，卸載原吊桿荷載，施工過程中監(jiān)控橋面標高與橫梁變化，避免因為頂升施工造成新裂縫，觀察橫梁與臨時吊桿受力狀態(tài)，臨時系統(tǒng)受力正常，割除原吊桿。在割除原吊桿時，應(yīng)記錄橋面標高動態(tài)變化，記錄貝雷梁撓度，以及千斤頂頂升力。根據(jù)上述數(shù)據(jù)指導(dǎo)后續(xù)吊桿拆除過程。

拆除原吊桿后，清理錨孔中堵塞的混凝土等雜質(zhì)，清除孔內(nèi)預(yù)埋鋼管、錨墊板銹跡，規(guī)范涂漆。使用起重機吊裝新吊桿，吊裝方法為以拱圈上部錨孔為通道穿吊繩輔助吊桿一端，吊裝車輛卷揚操作沿錨孔吊升吊桿，垂直起吊后，沿橋面錨孔向下穿吊桿下錨頭，使用螺母固定錨頭，順序為先上后下。吊桿穿入錨孔時，應(yīng)牢固綁扎吊點，保證吊桿不會發(fā)生脫落或者磕碰損傷，促進建材使用安全和施工人員安全。穿桿入孔時，應(yīng)使用麻布圍墊錨孔入口部位，以保證穿桿入孔時PE 護套不會發(fā)生損傷。應(yīng)采用垂直入孔的方法，控制入孔速度，平穩(wěn)入孔，避免磨損錨頭螺紋。

5 結(jié)語

綜上所述，應(yīng)用先進技術(shù)可消除或緩解公路橋梁病害。在實際施工中，應(yīng)全面、具體地分析公路橋梁當前存在的問題，從問題出發(fā)制訂養(yǎng)護維修方案，通過更換吊桿、使用CFRP 進行加固處理以及工字鋼使用等，合理抬高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，改善公路橋梁荷載強度。養(yǎng)護維修公路橋梁可以延長橋梁壽命，針對性消除橋梁病害，延長橋梁服務(wù)周期。加固施工可以有效增強橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提高橋梁承載力。使用工字鋼、CFRP 加固和替換吊桿加固是常用加固手段，在進行加固施工時，應(yīng)加強技術(shù)控制和安全管理，保證安全施工，科學改善橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與使用狀態(tài)。