公路桥梁加固及提载技术的应用

2013-04-16李江平

交通运输研究 2013年24期

李江平

（新疆交通职业技术学院，新疆乌鲁木齐 831401）

0 引言

目前，我国很多公路桥梁的修建时间都比较久远，在年代的变迁中，公路桥梁中出现了大批质量低、病害比较严重的旧桥，如果不加以维修，就面临无法继续使用的状况。在这种情况下，公路旧桥的加固、提载、拓宽等技术的合理运用，可以有效提升和恢复旧桥的承载能力，因此，这些技术在旧桥加固领域的应用是非常重要的。作为运输事业发展的重要枢纽，新疆地区的公路桥梁所发挥的作用是不可替代的。但是，在不断的使用过程中，公路桥梁中出现了很多的问题，例如，裂缝、坑槽、高低不平、露筋、锈蚀、梁板断裂及下沉等。这些危害严重影响着新疆地区的发展。加固、提载、拓宽等技术作为维修旧桥的重要技术手段，目前已经在旧桥的修复中得到了有效的实施，并且取得了重要的成果。

1 加大断面及粘贴钢板法加固与提载

加大断面加固与提载法是在原有的结构基础上再浇筑具有一定厚度的钢筋混凝土，在实际应用中主要有两种方法，一种是加大桥梁的宽度和高度，另一种是加厚桥面板。加大断面加固与提载法是旧桥加固中一种比较常用的改造修复技术，施工工艺比较简单，同时适应能力较强，工艺技术相对成熟。很多旧桥在实施此项技术后，其承载能力和桥梁刚度都得到了明显提高，但值得注意的是，此项技术施工的湿作业时间比较长，加固后桥梁的净空会在一定程度上有所减少，对生活和生产产生一定的影响。

粘贴钢板加固与提载技术所使用的原料是混凝土和树脂粘结钢板，此项技术施工的速度比较快，同时在施工现场没有湿作业，灰尘含量和对生产与生活所造成的影响也比较小，在加固和提载技术实施后，对原有的净空和原结构外观所产生的影响是比较显著的。粘贴钢板加固法实质是一种体外配筋，它是通过建筑结构胶将钢板粘贴到钢筋混凝土构件外部适当位置来提高结构构件的刚度、抗拉、抗压、抗弯和抗剪等方面的能力，从而提高桥的承载能力，达到桥梁正常使用的目的。因此该方法通常适用于承受静力作用下一般受弯、斜截面受剪、受压和受拉构件的加固。另一方面，这种技术在实施后，其加固与提载的效果在很大程度上还取决于粘结剂的质量和耐久性以及施工工艺的操作水平，所以该方法在使用环境温度不超过60℃、相对湿度不大于70%及无化学腐蚀的地区使用，其加固效果是最好的。

2 体外预应力加固与提载

体外预应力的加固机理，首先是将被加固的梁体锚固和通过梁体外所布置的撑杆和拉杆进行联结，然后在此基础之上施加一定的预应力，通过强迫性的对撑杆和拉杆施加预压应力来将原结构内部所具有的内力分布进行改变，这样就可以在提高总承载能力的基础上降低原有的应力水平，同时还可以使旧桥原有裂缝的宽度达到一种闭合或变小的情况，从而减小结构变形，提高旧桥的承载能力。

体外预应力加固法和传统的梁底增焊的方法相比较，其优点是：a）不需要对混凝土的保护层进行清扫；b）在实施的过程中，对原桥梁结构的损伤程度比较小，不影响桥下净空；c）在加固的施工过程中，可不中断交通或短时间限制交通，对桥上交通通行影响小；d）可以很好地恢复与提高桥梁的荷载等级，经济效果也比较明显，但是对于梁体外的预应力和有关的结构，需要实施必要的、严格的保护措施，因为在没有保护的情况下，在温度、腐蚀等外界条件的作用下，很容易造成预应力钢筋断裂的情况，从而影响加固效果。

3 粘贴碳纤维布加固法与提载

黏贴碳纤维布加固法与提载是采用碳纤维作为复合型的材料，它是将碳素纤维这种具有高性能的纤维材料应用到公路旧桥的加固提载之中，通过树脂类的材料将碳纤维黏贴到混泥土结构受拉的表面，形成一种复合型的材料体CFRP，在构件和结构相互协调的作用下，达到对旧桥的修复，提高旧桥的固定性和强度。由于碳纤维的抗拉强度比建筑钢材的强度要大上十多倍，在弹性上的模量和钢材相比较也十分类似，同时施工的性能和耐久性非常的良好，在旧桥的加固与提载中是一种非常好的修复材料，在公路加固与提载中得到了广泛的应用[4]。

4 新疆乌恰县克孜河八村桥加固与提载应用

4.1 新疆乌恰县八村桥概况

乌恰县克孜河八村桥最早修筑于20世纪80年代中期，桥梁全长160.4m，上部采用6孔16.0m＋1孔13.0m＋3孔16.0m钢筋混凝土工字梁少筋微弯板，桥梁上部主要承重构件由三片工型梁组成。下部构造采用双柱式墩台，灌注桩基础；桥梁设计荷载标准为汽车－15级，挂车－80，桥面宽度净4.5m＋2×0.25m。该桥的修建对当地的经济建设作出了巨大的贡献，但是，受河道拓宽的影响，在20世纪90年代进行了一定的加长。目前受各种不利因素的影响，桥梁发生了很严重的病害：工型梁的梁体普遍出现结构裂缝，跨中梁体竖向裂缝密集，在活载作用下主梁挠度偏大；在桥墩的表面也有裂缝的出现，混凝土的骨料出露；桥面排水设施破损程度非常严重，桥面铺装与旧桥面脱落的程度比较严重；微弯板表面的纵向裂缝有继续发展的趋势。

4.2 加固设计方案的选择

经现场检测及结构验算，现阶段的梁体承载能力己不能满足要求，因梁体修建时所用混凝土标号偏低，原结构并非预应力体系，故加固方案中不考虑采用体外预应力加固法。检测过程中发现桥梁下部结构墩柱经长期冲刷及侵蚀，已受到了不同程度的损坏，不宜在上部增添过多的永久荷载，且此桥年代已久，新加混凝土恐难与原构件混凝土变形协调，所以增大截面加固法也不适用于该桥。根据加固设计规范及以往经验，加固方案采用在梁底粘贴碳纤维布，在梁侧粘贴锚固钢板的方法对工型梁进行加固。粘贴碳纤维布可明显提高梁体抗弯能力，但提高梁体刚度的效果不显著，在梁体两端的梁侧粘贴锚固钢板，一方面可显著提高梁体刚度，另一方面可大幅提高工型梁的抗剪能力。

4.3 加固拓宽设计要点

根据乌恰县八村桥的受损程度及加固方案，其在加固设计中其主要从以下几个方面实施：其一，通过加固工字梁、在梁底粘贴碳纤维、侧面粘贴钢板的方法，来提高梁体的承载力；其二，更换已经损坏的泄水管和栏杆扶手，修复坏的耳墙，并用标志与标牌进行必要的补充；其三，封闭混凝土结构上的裂缝；其四，更换桥面的伸缩缝，更新构筑桥面的铺装，提高桥面平整度，以此来降低汽车荷载的冲击力。

4.4 检测与效果

在施工后所采取的两次检测中发现，在加固措施实施后，该桥前后的跨中所加载的弯矩增加的倍数为1.631，实际测量的梁底和梁挠度在受拉区钢筋应力的倍数分别增加到了1.063和1.071。如果按照公路二级荷载力进行计算的话，人行横道的梁挠度为L／4104，边梁跨中挠度为L／4574，此时使用的要求已经满足。从对旧桥的加固改造中可以发现，桥梁加固技术难度较大，对施工工艺有比较高的要求。因此，加固后需要对桥梁进行检测和观察，以确定加固效果。常规的检测方法是利用静载试验和动载试验，将试验结果与加固设计的计算结果进行对比，来判断桥梁加固后的效果。从而最大程度地利用原有旧桥资源，保证使用安全，延长使用寿命。

5 实腹式石拱桥拓宽

实腹式石拱桥在新疆地区是比较常见的，在实际调查中发现，很多实腹式石拱桥都属于中、小度的跨径，砌筑上的工艺技术良好，大多都是建筑在比较坚硬的岩石上，除了桥面宽度存在着普遍不够的状况外，病害的发生率也比较低。在这种情况下，实腹式石拱桥在拓宽上可以按照两种方法来实施：一种是桥面的拓宽，这种方法比较适合于将石拱桥改造在人行道为净7.0m＋2×1.5m的情况下，通常采用的是沿着桥在每隔2～2.5m的距离中通过加设和桥面宽度相等的混凝土来实施；另一种是对石拱桥进行拓宽，此法比较适于行人和车辆较少的公路中、小跨径的石拱桥，通常采用的方法是将桥面的防撞栏拓宽到净11.0m＋2×0.5m，此种拓宽方法可以有效提高石拱桥的通行能力[5]。