论旧桥加固方案设计

吴建鑫 周 超 邢佳鹏

旧桥加固技术是一门新的课题。目前,我国公路、铁路交通事业蒸蒸日上,不少高速公路已建成投入运营中,还有不少正在建设的高速公路和其他等级的公路也即将建成投入运营[1]。但是,由于施工质量和桥梁设计等方面的原因,使得桥梁的检测和加固成为必要,更因为建国以来所修建的不少旧桥,由于受到当时的设计、材料、施工等方面的影响和局限,先天不足,加上不能适应目前交通量的迅猛增长,使得旧桥的检测和加固技术显得非常迫切。近年来,旧桥加固工程越来越多。据不完全统计,我国的公路危桥约有8 000余座,但至今未看到专门的桥梁加固规范。

1 桥梁加固的理论基础

目前国内外对桥梁的检查与加固维修的方法和技术研究较多,对相关理论基础的研究却相对较少。王光远院士曾指出,当前力学工作者与结构工作者的精力主要集中于研究结构分析、设计和施工的理论和方法(其目的是提高结构设计和施工的质量),而对于结构系统的方案论证以及服役后的评估和维修理论则研究较少,这是力学界与结构工程界研究的一个薄弱环节。可以预见,从基本理论角度对既有桥梁加固方案进行研究,是今后桥梁研究工作中的一个重要方向。

2 旧桥加固基本方法

2.1 加大截面加固法

加大截面加固法也称外包混凝土加固法,是用增大混凝土结构物的截面面积和配筋进行加固的一种方法。这种加固方法要求被加固的桥梁下部结构能够承受更多的自重,能够提供更高的承载力。通常情况下,以加厚桥面板或者加大主梁的梁肋宽度为主[3]。该法施工工艺简单、适应性强,并具有成熟的设计和施工经验,适用于较小跨径的T梁桥或者板桥的加固。采用此法加固后桥梁刚度明显提高,承载能力也取得较好的效果。但现场施工的湿作用时间长,对生产和生活有一定的影响,且加固后的建筑物净空有一定的减小。

2.2 预应力加固法

采用外加预应力的钢拉杆对结构进行加固的方法,预应力技术能大大缩短施工工期,能降低被加固构件的应力水平,不仅使加固效果好,而且还能较大幅度地提高结构整体承载力,但加固后对原结构外观有一定影响。适用于要求提高承载力、刚度和抗裂性及加固后所占用空间小的桥梁[4](见图1)。

2.3 改变结构受力体系加固法

此法是改变桥梁结构受力体系,达到提高桥梁承载能力的目的。改变结构体系的方法有多种,但往往都需要在桥下操作,或设置永久设施,因而减小桥下净空,或施工时会影响通航,所以必须考虑通航及桥梁排洪能力。但是,该法由于加固效果较好,是目前常用来解决临时通行超重车辆的一种加固措施。重车通过后,临时支撑可以随后拆除。

2.4 粘贴FRP加固法

此法是采用高强度或高弹性模量的纤维复合材料,用专门配置的粘贴树脂或浸渍树脂粘贴在桥梁混凝土构件表面,使之与原构件形成整体共同受力的加固方法。目前,结构工程中常用的FRP材料有玻璃纤维(GF剂)、碳纤维(CFRP)和芳纶纤维(AFRP)3种,其中以碳纤维增强复合材料(CF剂)应用最多。该方法的主要特点是:高强高效,可设计性强,基本不改变原结构外观,不会对原结构造成损害;运输、储存、施工更方便、快捷,容易保证施工质量,而且后期维护费用低(见图2)。

2.5 喷混凝土加固

该法是在原有结构上喷涂一层高品质的混凝土,以恢复对钢筋的保护,提高已剥离或变质的混凝土的强度,提供美观表面的功能,是目前常用的维修加固方法,但只能用于结构破坏非常轻微的桥梁构件中。

2.6 有粘结外包型钢加固法

该法也称湿式外包钢加固法。特点是受力可靠、施工简便、现场工作量较小,但用钢量较大,且不宜在无防护的情况下用于60℃以上的高温场所。适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固(见图3,图4)。

2.7 扩大基础加固法

扩大基础加固法即扩大桥梁基础底面积。此法适用于基础承载力不足或埋深太浅,而墩台又是砖石或混凝土刚性实体式基础的情况。扩大基础底面积应由地基强度检算确定。当地基强度满足要求而缺陷仅仅表现为不均匀沉降变形过大时,采用扩大基础底面积的加固,主要由地基变形计算加以选定。

2.8 增补桩基加固法

增补桩基加固法即在桩式基础的周围补加钻孔桩,或打入钢筋混凝土预制桩,扩大原承台,以此提供基础的承载力,增强基础的稳定性,主要用于当桥梁墩台基底下有软卧层,或墩台基础未下至坚硬层时,墩台发生沉陷以及桩的深度不足,或由于水流冲刷等原因使桩发生倾斜的情况。

2.9 钢筋混凝土套箍或护套加固法

当桥梁墩台由于基础埋置深度不够,或因施工质量控制不严等原因导致墩台开裂破损时,有时会出现贯通裂缝,可采用钢筋混凝土围带或钢箍进行加固。加固时一般在墩身上、中、下分设三道围带,其间距应大致相当于桥墩侧面的宽度。

2.10 墩台拓宽方法

利用旧桥基础,靠墩台盖梁挑出悬臂加宽部分,以便安装加宽的上部结构。此种情况为只加宽墩台上部的盖梁,墩身和基础则不需予以加固。采用此法加宽墩台时,旧桥墩台基础必须完好、稳定,且需经过承载力验算后才能采用。否则,应在老桥的墩台旁,另新浇筑拓宽部分的墩台及基础。

3 桥梁的加固与管理

除了探索桥梁维护加固补强的施工工艺与技术外,研究桥梁检测与安全性评估方法,建立有效的桥梁检测与预警系统,都是桥梁加固工程中的重要内容。事实上,设计应该和管理相配合,在设计的过程中,就应该规定安全性评定的标准以及日常管理的一些内容,包括桥梁的预期使用寿命、日常运营和定期检测加固等等,使得加固更有针对性,而管理更有目的性。

4 结语

桥梁加固是随着日益增长的交通运输业而产生并随其发展的新课题,它很好地处理了新工程与旧工程的衔接,是实现可持续发展的物质保障。因此,桥梁加固技术的发展意义相当重大。同时,各种新型材料以及粘结剂的发展,新方法的运用,使得桥梁加固的对象更广,施工更方便快捷,效果更明显。

[1] 叶吉军.桥梁加固技术的研究与应用[D].上海:同济大学硕士学位论文,2007.

[2] 郭 健.粘钢法加固桥梁结构浅析[J].甘肃科技,2003,19(10):8-11.

[3] 金凤温.桥梁加固技术的发展及其应用[J].工程管理,2003(8):11.

[4] 张 艳.体外预应力法在连续刚构桥加固中的应用研究[D].成都:西南交通大学硕士学位论文,2008.