道路橋梁工程結(jié)構(gòu)的病害與加固技術(shù)

李建方

摘 要：目前國(guó)內(nèi)外對(duì)橋梁的檢查與加固維修的方法與技術(shù)研究較多，對(duì)相關(guān)理論基礎(chǔ)的研究卻相對(duì)較少，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)。可以預(yù)見(jiàn)，橋梁維修加固的新材料、新技術(shù)和新工藝，隨著科學(xué)和社會(huì)的進(jìn)步還將不斷推出，并推動(dòng)著橋梁加固技術(shù)的不斷成熟和完善；而基本理論角度對(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。文章論述了道路橋梁病害的成因、道路橋梁加固的裂縫修補(bǔ)技術(shù)和加固增強(qiáng)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：道路橋梁；結(jié)構(gòu)缺陷；裂縫修補(bǔ)；加固增強(qiáng)

1 道路橋梁的結(jié)構(gòu)和病害

橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的初期就應(yīng)該考慮要有足夠的強(qiáng)度，以承受作用于其上的重力和附加力；結(jié)構(gòu)不但要具備足夠的剛度，要保證其在應(yīng)力作用下不至于產(chǎn)生過(guò)大的彎曲及變形；其結(jié)構(gòu)尺寸不但要保證使用性能，還要考慮其在承擔(dān)有效載荷時(shí)不至于產(chǎn)生屈服，喪失性能，更加考慮其要有較高的耐久性，但是由于使用時(shí)候材料的風(fēng)化，外界環(huán)境，如雨水，日曬，等影響，逐漸的喪失其性能，因?yàn)槭褂脮r(shí)候的載荷的隨機(jī)性，材料強(qiáng)度的損失，施工質(zhì)量的分散性，計(jì)算時(shí)不能完全反應(yīng)使用情況，以至于在長(zhǎng)期使用中道路橋梁會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)的變化，外部剝離，內(nèi)部裂紋，會(huì)產(chǎn)生病害，產(chǎn)生這些的原因如下：

設(shè)計(jì)時(shí)候沒(méi)有進(jìn)行長(zhǎng)期的規(guī)劃，導(dǎo)致以后隨著車輛荷載增大，橋梁因承載能力不足而產(chǎn)生病害。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在缺陷，如橋型的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理。橋梁施工工程質(zhì)量太差，未按設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)程實(shí)施。橋梁后期養(yǎng)護(hù)工作不到位，沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救措施。洪水等自然災(zāi)害使橋梁產(chǎn)生損壞。水文地質(zhì)差，如滑坡、軟基等導(dǎo)致橋梁產(chǎn)生病害。

2 橋梁加固的一般流程

在道路橋梁結(jié)構(gòu)有了病害后，需要采取有效的措施進(jìn)行加固維修和維護(hù)。道路橋梁的加固維護(hù)工程應(yīng)該遵循以下的工作程序：

結(jié)構(gòu)病害的鑒定——加固方案的確立——加固施工工程——工程的驗(yàn)收。

結(jié)構(gòu)病害的鑒定工作，主要是對(duì)道路橋梁的結(jié)構(gòu)診斷，讓加固維修工程有效的進(jìn)行，不盲目，對(duì)于大型橋梁的維護(hù)和加固，應(yīng)對(duì)社會(huì)公開(kāi)招標(biāo)，對(duì)加固方案進(jìn)行論證和實(shí)地的考核，選擇最優(yōu)的加固施工方案。

3 橋梁加固增強(qiáng)技術(shù)的具體實(shí)施

道路橋梁的改造和加固工程，根據(jù)其前期的結(jié)構(gòu)診斷，分為裂縫內(nèi)傷的修補(bǔ)和對(duì)整體結(jié)構(gòu)的加固增強(qiáng)。下面介紹幾種目前廣泛使用的技術(shù)和其應(yīng)該注意的方面，以供參考。

3.1 道路橋梁的裂縫修補(bǔ)技術(shù)

道路橋梁的裂縫修補(bǔ)要根據(jù)具體實(shí)地檢測(cè)而定，檢測(cè)圖紙?zhí)峁┝嗣鞔_的施工補(bǔ)救方案，其目的在于恢復(fù)結(jié)構(gòu)物的防水性和耐久度。其常用的方法如下：

表面的處理，為了提高道路橋梁的防水性和耐久性，可以在微裂縫的表面涂抹填料及防水材料，對(duì)于裂紋寬度有變化的裂縫，要設(shè)法使用有伸縮性的材料。

注漿法，在已經(jīng)有了明顯裂縫的地方注入樹(shù)脂或水泥類材料，可以有效的修復(fù)道路橋梁的內(nèi)傷。主要注漿材料是環(huán)氧樹(shù)脂，多采用低壓低速注入法。環(huán)氧樹(shù)脂注入法與鋼釘共同使用，可以讓裂縫溶為一體，是一種防止裂縫繼續(xù)蔓延的好辦法。

充填法，當(dāng)出現(xiàn)較寬裂縫的裂紋時(shí)，做法是沿裂縫鑿一條深槽，然后在槽內(nèi)嵌補(bǔ)各種粘結(jié)材料，如水泥砂漿、環(huán)氧砂漿、膨脹水泥砂漿、環(huán)氧樹(shù)脂硅、瀝青及各種化學(xué)補(bǔ)強(qiáng)劑等。

表面噴涂法，噴漿修補(bǔ)前需要在鑿毛處理過(guò)的裂縫表面，噴射一層密實(shí)而且粘度高的水泥砂漿保護(hù)層來(lái)封閉裂縫。噴漿前，需要把結(jié)構(gòu)表面的剝離部分除去，再用水沖洗清潔，并在開(kāi)始噴漿之前把基層濕潤(rùn)，然后再開(kāi)始噴漿。

粘結(jié)鋼板封閉法，對(duì)裂縫先進(jìn)行處理之后，再在裂縫處粘結(jié)鋼板，并用膨脹螺栓對(duì)鋼板加壓，以消除鋼筋砼構(gòu)件產(chǎn)生主拉應(yīng)力裂縫，鋼板粘結(jié)方向應(yīng)和裂縫方向垂直。

3.2 橋梁加固增強(qiáng)技術(shù)

橋梁加固，是通過(guò)一些有效的措施，使受損橋梁結(jié)構(gòu)恢復(fù)其原有的技術(shù)功能，或通過(guò)改變結(jié)構(gòu)的傳力途徑而減少構(gòu)件的荷載效應(yīng)，或在已有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提高結(jié)構(gòu)的承載能力，以滿足新的承載條件和使用功能的要求。綜合來(lái)講加固技術(shù)主要有以下幾種：

（1）粘貼補(bǔ)強(qiáng)材料。此法所涉及的加固手段主要有：粘鋼加固、碳纖維加固等。

（2）增大構(gòu)件截面。此法所涉及的加固手段主要有：增大截面與配筋、化學(xué)植筋、噴射混凝土等。

（3）增加輔助構(gòu)件。主要有增加混凝土構(gòu)件、增加鋼構(gòu)件、增加橫向聯(lián)系、增加體外預(yù)應(yīng)力等。

（4）改變結(jié)構(gòu)體系加固法通過(guò)增設(shè)支撐或橋墩，把簡(jiǎn)支變?yōu)檫B續(xù)、在梁下增設(shè)如鋼架等加勁梁或疊合梁，以減小梁內(nèi)控制截面峰值彎矩，提高承載能力的一種加固方法。主要有增設(shè)八字撐架、梁的連續(xù)加固、梁拱結(jié)合三種方法。

（5）外部粘貼加固法系用型鋼、玻璃鋼等材料通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂等粘合劑粘貼在結(jié)構(gòu)外部，以提高結(jié)構(gòu)承載能力的一種方法。適用于構(gòu)件尺寸受限制但又必須大幅度提高結(jié)構(gòu)承載能力的場(chǎng)合，必須保證粘和劑的質(zhì)量。

（6）外部預(yù)應(yīng)力加固法指運(yùn)用預(yù)應(yīng)力原理，在增設(shè)的構(gòu)件或原有構(gòu)件上施加一定初始應(yīng)力的一種加固方法。采用對(duì)受拉區(qū)施加預(yù)加壓力，可以抵消部分自重應(yīng)力，起到卸載、減小跨中撓度、減小裂縫寬度或閉合裂縫的作用。

（7）增設(shè)縱梁加固法在橋梁墩、臺(tái)基礎(chǔ)穩(wěn)定，并具有足夠承載能力的情況下，可采用增設(shè)承載能力高和剛度大的新縱梁，這些新梁與舊梁連接在一起共同受力。由于應(yīng)運(yùn)中的車輛荷載在新增主梁后的橋梁結(jié)構(gòu)中重新分布，使原梁中所受荷載得以減少，加固后的橋梁承載能力和剛度得以提高。當(dāng)增設(shè)的縱梁位于主梁的一側(cè)或兩側(cè)時(shí)，兼有拓寬的作用。此法適用于梁體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)完好，而承載能力不能滿足要求的場(chǎng)合。

3.3 橋梁結(jié)構(gòu)加固新技術(shù)——噴射混凝土

噴射混凝土是借助噴射機(jī)械，利用壓縮空氣或其他動(dòng)力，將按一定比例配合的拌和料，通過(guò)管道送并高速噴射到受噴面上凝結(jié)硬化而成的一種混凝土，它不是以振動(dòng)來(lái)?yè)v實(shí)混凝土，而是在噴射時(shí)，由水泥與集料的反復(fù)連續(xù)撞擊而使混凝土壓實(shí)，同時(shí)又可采用較小的水灰比，因而它具有較高的力學(xué)強(qiáng)度和良好的耐久性。目前比較流行的是噴射合成纖維混凝土也就是在噴射混凝土中摻入三維分布的合成纖維來(lái)改善混凝土性能。噴射合成纖維混凝土除具有備噴射混凝土抗壓、抗拉、抗剪、抗彎、粘結(jié)強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下特點(diǎn)。

較好的抗裂、阻裂性能；較高的抗沖擊性能；較好的耐磨、耐腐蝕性能；較好的抗?jié)B、抗凍融性能；較好的抗疲勞性和抗碎裂性；在施工過(guò)程中，由于合成纖維尚能提高混凝土材料的粘聚性，因此，在噴射合成纖維混凝土?xí)r，回彈率大大降低。即按照加固整治的實(shí)際需要可在拱腹下施噴形成各種結(jié)構(gòu)類型；不中斷交通。

適用性：適用于橋臺(tái)、橋墩、梁、橋板的修復(fù)和加固。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)舊橋的改造、加固與利用，是維護(hù)公路交通正常運(yùn)營(yíng)的積極措施，是公路橋梁建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的重要組成，意義深遠(yuǎn)。上述這些加固技術(shù)，較好地滿足了我國(guó)公路橋梁養(yǎng)護(hù)發(fā)展的需要，在橋梁維修工作中發(fā)揮了積極的作用；需要強(qiáng)調(diào)的是各種維修加固技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用性，在實(shí)際操作中。要針對(duì)不同的橋型，不同的病害和在不同的環(huán)境下，選擇適當(dāng)?shù)募庸谭椒?；而且，以上所介紹的加固技術(shù)不是單一的、非此及彼的關(guān)系，在很多時(shí)候需要結(jié)合使用。

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