橋梁維修加固常見技術(shù)的應(yīng)用

高學(xué)樓

摘 要：隨著橋梁病害問題的不斷顯化，我國(guó)橋梁建設(shè)對(duì)新橋梁的建設(shè)、維修和保養(yǎng)有了更高的重視度，所以橋梁的維護(hù)和加固任務(wù)也越來越艱巨。本文從橋梁加固維修現(xiàn)狀、橋梁加固維修的常用技術(shù)方面進(jìn)行分析和研究。

關(guān)鍵詞：橋梁;維修加固技術(shù);被動(dòng);主動(dòng);體外預(yù)應(yīng)力

中圖分類號(hào)：U445.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

近年來，我國(guó)橋梁建設(shè)取得了國(guó)際公認(rèn)的成功。但是，隨著橋梁病害問題的不斷的顯現(xiàn)在人們面前，我國(guó)橋梁建設(shè)已進(jìn)入維護(hù)的過渡階段，在這一階段中，橋梁的維護(hù)、維修和保養(yǎng)也受到同樣的關(guān)注度，橋梁的維護(hù)和加固任務(wù)日益重要，越來越重要和繁重。而隨著我國(guó)橋梁建設(shè)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了管理維護(hù)技術(shù)滯后的問題，橋梁維護(hù)目前正處于技術(shù)的瓶頸期。橋梁維修技術(shù)的系統(tǒng)研究與開發(fā)已成為我國(guó)道路橋梁管理部門的重要研究方向。

1 橋梁常見病害分析

橋梁在使用過程中，因荷載、外界環(huán)境、使用壽命和建筑材料性能劣化等原因引起的主要病害如下：

（1）橋梁主拱圈出現(xiàn)大面積裂縫。由于橋梁承載力不足，橋梁主拱圈出現(xiàn)縱向裂縫，裂縫大小可見。

（2）橋梁主拱線過低，橋墩位置會(huì)呈現(xiàn)出豎向裂縫。

（3）橋臺(tái)后座嚴(yán)重變形。這是由于橋梁后擋土墻與橋臺(tái)之間存在較大裂縫，屬于沉降縫隙。沉降縫對(duì)橋梁整體承載能力的影響較大，增添了橋梁的安全隱患。在沉降間隙中可以觀察到橋梁的內(nèi)部構(gòu)件，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，橋梁的扭曲現(xiàn)象會(huì)越來越大，安全隱患也越來越大。因此，對(duì)于此類裂紋應(yīng)引起高度重視，一旦出現(xiàn)，必須及時(shí)消除。

（4）鋼筋銹蝕是橋梁使用過程中的常見對(duì)病害問題。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代橋梁建設(shè)的基礎(chǔ)，鋼筋的大面積腐蝕直接降低了橋梁的承載能力和安全性，也影響了其使用壽命。鋼筋銹蝕的原因有很多。一方面，施工時(shí)使用的鋼筋質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，橋梁施工時(shí)間過長(zhǎng)，鋼筋在外界環(huán)境的影響下逐漸腐蝕。另一方面，施工過程中混凝土的密度不符合施工標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致鋼筋氧化過快，導(dǎo)致銹蝕。

2 橋梁加固維修現(xiàn)狀

盡管我國(guó)已成為世界橋梁大國(guó)，但是在橋梁的維護(hù)和管理中仍然存在許多缺點(diǎn)以及迫切需要解決的技術(shù)和管理挑戰(zhàn)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這些挑戰(zhàn)將繼續(xù)被發(fā)現(xiàn)，同時(shí)也將成為道路運(yùn)輸可持續(xù)健康發(fā)展的主要障礙，也是我國(guó)成為全球橋梁強(qiáng)國(guó)所必須克服的重要環(huán)節(jié)之一。

（1）橋梁的維護(hù)和加固應(yīng)遵循“堅(jiān)固可靠，簡(jiǎn)單耐用，經(jīng)濟(jì)適用”的原則。

（2）根據(jù)各種橋梁的結(jié)構(gòu)和材料特性，在控制成本的前提下，采用各種加固和保養(yǎng)方法來更換或修理損壞的橋梁零件，從而使橋梁能夠恢復(fù)到原來的承重能力。

（3）用于橋梁加固和維護(hù)的材料必須由國(guó)家指定的檢查機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試和認(rèn)證，并且所有性能指標(biāo)必須符合當(dāng)前的規(guī)格和設(shè)計(jì)要求。

3 橋梁加固維修的常用技術(shù)

橋梁加固技術(shù)可分為兩類：主動(dòng)加固和被動(dòng)加固。通過添加預(yù)應(yīng)力增強(qiáng)元件以主動(dòng)吸收力，可以通過預(yù)應(yīng)力或更改施工系統(tǒng)來改善原始梁上的受重力，并可以實(shí)現(xiàn)最大強(qiáng)度。

3.1 主動(dòng)加固技術(shù)

通過增加預(yù)應(yīng)力、改變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等會(huì)改變結(jié)構(gòu)的原始受力行為。改善橋梁靜載荷的內(nèi)力分布，增加整個(gè)橋梁的剛度，封閉裂縫并調(diào)整變形。

3.1.1 施加體外預(yù)應(yīng)力加固

使用外部預(yù)應(yīng)力鋼筋可以更好地提高梁的抗彎截面模量，減少梁的纏繞程度，并減少受拉區(qū)的梁裂縫，從而與原始結(jié)構(gòu)的受力條件相匹配，并提高剛度和抗裂性。通過自重增加較小，可以減小對(duì)梁和地基強(qiáng)度狀態(tài)的影響，并且還可以節(jié)省用于梁和地基的加固量?？梢杂米髋R時(shí)橋梁來加固重型車輛，也可以永久性地提高承重能力。在實(shí)際使用中，應(yīng)注意新舊混凝土的融合問題，預(yù)應(yīng)力電纜的組合或預(yù)應(yīng)力鋼筋和鋼構(gòu)件的腐蝕防護(hù)問題。

3.1.2 增加橫隔板加固

增加橫隔膜的加固可大大改善T型橋接頭的開裂并防止橋梁病害問題的加重。這一舉措不會(huì)影響橋下的空間距離，不會(huì)更改原橋的外觀。通過增加橫隔板的方式可以用于橫向連接不良而導(dǎo)致承載能力降低的橋梁結(jié)構(gòu)。通過增加膜的強(qiáng)度，分散了相對(duì)集中的負(fù)荷問題，橋的總承重能力并未得到顯著改善，加固效果不明顯，必須同時(shí)使用其他方法。

3.1.3 加大橋面鋪裝鋼筋加固

可以利用增加橋面鋪裝鋼筋直徑的方式去除接縫中的裂紋，這樣的方式是解決鋼網(wǎng)構(gòu)造直徑過小或網(wǎng)格過大問題，修補(bǔ)接縫病害的問題。修理方法完全作用在橋面，有必要縮減至少一半的交通通道，并且適合于帶有T型梁或窄跨度板的橋梁，所以施工期間橋梁上的交通十分不便，對(duì)于一些無法中斷部分交通的橋梁不適合使用這樣的方法進(jìn)行維修，這由于結(jié)構(gòu)的自重而增加了彎矩，并且結(jié)構(gòu)的承重能力沒有得到顯著提高。

3.1.4 增大截面與配筋加固

擴(kuò)大截面和加固方法通常將大梁的底部或側(cè)面擴(kuò)大，并添加主筋以增加主梁截面的有效高度，并達(dá)到提升橋梁承重能力的目的。這樣的方法適用于橋下的間隙較大且主梁高度可以增加的情況，加固效果明顯，但施工過程復(fù)雜，技術(shù)要求高，但不適用于橋下尺寸受限的橋。在實(shí)際使用中，應(yīng)考慮以下因素：新舊混凝土的融合情況，新添加的鋼筋和原始鋼筋的組合情況以及混凝土的澆筑過程。

3.2 被動(dòng)加固技術(shù)

被動(dòng)加固技術(shù)主要用于裂縫修復(fù)、粘貼碳纖維、鋼板、普通鋼加固等。被動(dòng)加固技術(shù)不會(huì)改變結(jié)構(gòu)的恒定內(nèi)部載荷力，這個(gè)方法靈活，可以根據(jù)裂縫位置和方向隨意調(diào)整。為了進(jìn)一步發(fā)展和提高橋梁的承載能力，可以控制裂縫。主要適用于靜態(tài)負(fù)載下承載能力滿足要求，而實(shí)際負(fù)載下不滿足承載能力的場(chǎng)合。廣泛用于加固中小型橋梁和橋梁，現(xiàn)有裂縫需要修復(fù)，然后進(jìn)行被動(dòng)加固。

3.2.1 粘貼纖維復(fù)合材料加固

增強(qiáng)粘合纖維復(fù)合材料的方法是根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《定向纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗(yàn)方法》使用環(huán)氧樹脂或結(jié)構(gòu)性膠粘劑，其中纖維片的力學(xué)性能各不相同。直接粘附在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的薄弱部分上，并與鋼結(jié)構(gòu)形成整體并共同承擔(dān)載荷，以限制裂紋的發(fā)展并提高抗裂性，耐腐蝕性和結(jié)構(gòu)碳化的能力，以及結(jié)構(gòu)的剛性不會(huì)有太大改善。通過粘合纖維復(fù)合材料進(jìn)行加固的方法仍然會(huì)對(duì)加固的強(qiáng)度產(chǎn)生一定的影響，其主要目的是延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。

3.2.2 粘貼鋼板加固

鋼板加固使用環(huán)氧樹脂或結(jié)構(gòu)粘合劑將鋼板直接附著到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力區(qū)或薄弱部分，從而使其與鋼筋結(jié)構(gòu)形成整體連接力以提高結(jié)構(gòu)高度。該結(jié)構(gòu)改善了其應(yīng)力狀況，限制了裂紋的擴(kuò)展并改善了承重結(jié)構(gòu)。粘貼鋼板的施工必須在去除混凝土缺陷和裂縫之后進(jìn)行，粘貼鋼板加固可以大大提高結(jié)構(gòu)的抗彎剛度，當(dāng)使用功能補(bǔ)強(qiáng)來控制結(jié)構(gòu)變形時(shí)非常有效。

4 橋梁維修加固措施

4.1 就地加固方案

對(duì)原有橋梁構(gòu)件進(jìn)行擴(kuò)建和加固的最簡(jiǎn)單、最有效的解決方案是就地加固。不僅可以有效節(jié)省施工成本，而且可以縮短加固時(shí)間，對(duì)正常的交通有序運(yùn)行影響也很小。加固時(shí)的無需對(duì)車輛進(jìn)行變道，不影響原有道路的正常行駛，延伸和加固都是對(duì)原橋體進(jìn)行延伸，因此，需要制定更智能的執(zhí)行計(jì)劃，以降低工程成本，提高服務(wù)和加固質(zhì)量。在加固和擴(kuò)建項(xiàng)目完成后，應(yīng)采取措施驗(yàn)證加固質(zhì)量。這種加筋加長(zhǎng)比較實(shí)用，能有效提高橋梁的承載能力，但加筋橋梁的美觀性由于工序簡(jiǎn)單而有些不足。

4.2 主梁加固方案

主梁加固的目的是增加橋梁的整體承載能力。主梁的噸位和質(zhì)量決定了橋梁的承載能力。 因此，懸臂梁應(yīng)該安裝在橋墩頂端上，起到支撐作用，使其看起來水平。然后在里面放一塊微彎預(yù)制板，在原有橋道和人行道的內(nèi)側(cè)澆筑混凝土，然后在人行道上放置鋼筋以提高橋梁的性能。同時(shí)，采用新型聚氨酯材料有效填充內(nèi)置伸縮縫，從而增加橋梁的承載能力。

4.3 橋臺(tái)后座加固方案

加固橋臺(tái)后座之前，必須先清理路面，然后兩側(cè)用預(yù)制鋼筋混凝土板連接，并用簡(jiǎn)單的混凝土和填充材料進(jìn)行支撐，混凝土與填充材料之間必須留有空間，以增加摩擦阻力，達(dá)到預(yù)期的加固效果，提高橋梁的承載能力。

5 關(guān)于部分常用加固方法的探討

當(dāng)直接在應(yīng)力區(qū)域中粘貼抗拉增強(qiáng)材料時(shí)，會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力延遲的問題：使用時(shí)，必須通過載荷來加固橋，并且必須考慮相力的特性。在加固之前，原始結(jié)構(gòu)要承受一定的載荷（即第一應(yīng)力），尤其是在承載能力不足的情況下，加固之前原始結(jié)構(gòu)的橫截面應(yīng)力和變形水平通常會(huì)很高。新加固的零件在加固后不會(huì)立即承受荷載，而是在新荷載（即二次荷載）下開始承受荷載。所以，整個(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的新添加部分的應(yīng)力和應(yīng)變將始終滯后于第二應(yīng)力過程中原始結(jié)構(gòu)的累積應(yīng)力和應(yīng)變。因此，根據(jù)結(jié)構(gòu)的一般概念不能完全進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算和分析。增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的承載能力與新舊零件之間的應(yīng)力或應(yīng)變差異，原始結(jié)構(gòu)的變形極限以及材料兩部分的應(yīng)力應(yīng)變比直接相關(guān)。受原始載體變形的限制，纖維復(fù)合材料的高拉伸性能無法在最終狀態(tài)下充分利用。如果不考慮相力的特性，則高估增強(qiáng)材料的作用性。在修理和加固橋梁時(shí)，應(yīng)注意各種技術(shù)的綜合使用。調(diào)整結(jié)構(gòu)的內(nèi)部強(qiáng)度應(yīng)使原始梁上的應(yīng)力以及鋼筋和鋼筋上的應(yīng)力最小化，減少到最低限度。

6 結(jié)束語

綜上所述，我國(guó)的橋梁建設(shè)正從大規(guī)模建設(shè)階段過渡到維修和養(yǎng)護(hù)同時(shí)作用的階段。改善并提高橋梁的控制力度，使其保持平穩(wěn)運(yùn)行以及延長(zhǎng)橋梁使用壽命是橋梁管理人員和維護(hù)人員面臨的重要挑戰(zhàn)。開發(fā)和研究維護(hù)與維修技術(shù)是維護(hù)和維修橋梁工人的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。橋梁維修加固技術(shù)迅速發(fā)展，新材料和新技術(shù)不斷發(fā)展，交流、學(xué)習(xí)、引進(jìn)、開發(fā)和總結(jié)橋梁維護(hù)、加固和修理技術(shù)，尤其是最重要的施工技術(shù)，需要每個(gè)人共同努力。

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