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，我國橋梁建設(shè)對新橋梁的建設(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)方面進行分析和研究。

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

中圖分類號：U445.72 文獻標識碼：A

0 引言

近年來，我國橋梁建設(shè)取得了國際公認的成功。但是，隨著橋梁病害問題的不斷的顯現(xiàn)在人們面前，我國橋梁建設(shè)已進入維護的過渡階段，在這一階段中，橋梁的維護、維修和保養(yǎng)也受到同樣的關(guān)注度，橋梁的維護和加固任務(wù)日益重要，越來越重要和繁重。而隨著我國橋梁建設(shè)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了管理維護技術(shù)滯后的問題，橋梁維護目前正處于技術(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，橋墩位置會呈現(xiàn)出豎向裂縫。

（3）橋臺后座嚴重變形。這是由于橋梁后擋土墻與橋臺之間存在較大裂縫，屬于沉降縫隙。沉降縫對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，隨著時間的延長，橋梁的扭曲現(xiàn)象會越來越大，安全隱患也越來越大。因此，對于此類裂紋應(yīng)引起高度重視，一旦出現(xiàn)，必須及時消除。

（4）鋼筋銹蝕是橋梁使用過程中的常見對病害問題。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，施工時使用的鋼筋質(zhì)量不達標，橋梁施工時間過長，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準，導(dǎo)致鋼筋氧化過快，導(dǎo)致銹蝕。

2 橋梁加固維修現(xiàn)狀

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

（1）橋梁的維護和加固應(yīng)遵循“堅固可靠，簡單耐用，經(jīng)濟適用”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的材料必須由國家指定的檢查機構(gòu)進行測試和認證，并且所有性能指標必須符合當前的規(guī)格和設(shè)計要求。

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：主動加固和被動加固。通過添加預(yù)應(yīng)力增強元件以主動吸收力，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，并可以實現(xiàn)最大強度。

3.1 主動加固技術(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，增加整個橋梁的剛度，封閉裂縫并調(diào)整變形。

（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，可以減小對梁和地基強度狀態(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時橋梁來加固重型車輛，也可以永久性地提高承重能力。在實際使用中，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)件的腐蝕防護問題。

（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。這一舉措不會影響橋下的空間距離，不會更改原橋的外觀。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)。通過增加膜的強度，分散了相對集中的負荷問題，橋的總承重能力并未得到顯著改善，加固效果不明顯，必須同時使用其他方法。

（3）加大橋面鋪裝鋼筋加固?？梢岳迷黾訕蛎驿佈b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。

（4）增大截面與配筋加固。擴大截面和加固方法通常將大梁的底部或側(cè)面擴大，并添加主筋以增加主梁截面的有效高度，并達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 被動加固技術(shù)

被動加固技術(shù)主要用于裂縫修復(fù)、粘貼碳纖維、鋼板、普通鋼加固等。被動加固技術(shù)不會改變結(jié)構(gòu)的恒定內(nèi)部載荷力，這個方法靈活，可以根據(jù)裂縫位置和方向隨意調(diào)整。為了進一步發(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)負載下承載能力滿足要求，而實際負載下不滿足承載能力的場合。廣泛用于加固中小型橋梁和橋梁，現(xiàn)有裂縫需要修復(fù)，然后進行被動加固。

（1）粘帖纖維復(fù)合材料加固。增強粘合纖維復(fù)合材料的方法是根據(jù)現(xiàn)行國家標準《定向纖維增強塑料拉伸性能試驗方法》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)的剛性不會有太大改善。通過粘合纖維復(fù)合材料進行加固的方法仍然會對加固的強度產(chǎn)生一定的影響，其主要目的是延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。

（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行，粘貼鋼板加固可以大大提高結(jié)構(gòu)的抗彎剛度，當使用功能補強來控制結(jié)構(gòu)變形時非常有效。

4 橋梁維修加固措施

4.1 就地加固方案

對原有橋梁構(gòu)件進行擴建和加固的最簡單、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間，對正常的交通有序運行影響也很小。加固時的無需對車輛進行變道，不影響原有道路的正常行駛，延伸和加固都是對原橋體進行延伸，因此，需要制定更智能的執(zhí)行計劃，以降低工程成本，提高服務(wù)和加固質(zhì)量。在加固和擴建項目完成后，應(yīng)采取措施驗證加固質(zhì)量。這種加筋加長比較實用，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，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 橋臺后座加固方案

加固橋臺后座之前，必須先清理路面，然后兩側(cè)用預(yù)制鋼筋混凝土板連接，并用簡單的混凝土和填充材料進行支撐，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

當直接在應(yīng)力區(qū)域中粘貼抗拉增強材料時，會出現(xiàn)應(yīng)力延遲的問題：使用時，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很高。新加固的零件在加固后不會立即承受荷載，而是在新荷載（即二次荷載）下開始承受荷載。所以，整個增強結(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行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的計算和分析。增強結(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，則高估增強材料的作用性。在修理和加固橋梁時，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)護同時作用的階段。改善并提高橋梁的控制力度，使其保持平穩(wěn)運行以及延長橋梁使用壽命是橋梁管理人員和維護人員面臨的重要挑戰(zhàn)。開發(fā)和研究維護與維修技術(shù)是維護和維修橋梁工人的一項重要挑戰(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、引進、開發(fā)和總結(jié)橋梁維護、加固和修理技術(shù)，尤其是最重要的施工技術(shù)，需要每個人共同努力。

參考文獻：

[1]張方，黃俊豪，金聰鶴，等.橋梁評估與加固理論2019年度研究進展[J].土木與環(huán)境工程學(xué)報（中英文），2020（5）：76-88.

[2]周詩瑤.工程造價管理在高速公路橋涵維修專項工程實施中的應(yīng)用[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2019（2）：295-300.

[3]黃勇，李國昌，宋光有，等.2021年日本福島7.3級地震鐵路系統(tǒng)震害與啟示[J].世界地震工程，2021（2）：38-49.