浅议桥梁加固技术及其在实际工程中的应用

2019-09-10陈海龙

甘肃科技纵横 2019年11期

摘要：近年来，随着桥梁建设事业的不断进步，橋梁运营阶段的维修、加固等方面的问题也成了各方共同关注的焦点。后期运营使用过程中，若不能及时识别桥梁各个部位的损伤情况并采取对应的加固维护措施，这些病害极易形成安全隐患，甚至造成安全事故。本文讨论了桥梁运营过程中加固维修的必要性，并列举了现阶段常用的的桥梁加固方法，对其中几种常用加固方法的优缺点进行了对比。而后以一座上世纪修建的桥梁加固施工为例，阐述了桥梁各个部位病害整治及加固的具体施工方法与施工流程，加固后的桥梁可以满足其正常使用要求，加固部位工作性能良好，但由于加固并不能改变桥梁原本的抗震能力，因此需要在后期的管理工作中对此进行重新设计。本文的研究，对于桥梁加固工作的施工与方法选择均具有一定的指导和参考作用。

关键词：桥梁工程;维修与加固;应用

中图分类号：U445.7 文献标识码：A

1.概述

近代以来，我国各方面均取得了长足的发展，桥梁建设事业也随着蒸蒸日上，不论是公路桥梁亦或是铁路桥梁，在数量、跨径、造型等方面都有了显著的提升[1]。然而，随着桥梁建设事业的不断进步，桥梁运营阶段的维修、加固等方面的问题也成了政府、业主、设计单位、建设单位等共同关注的焦点。由于前期质量控制不到位以及后期运营过程中的构件老化、荷载变化等问题带来的桥梁质量问题[1]，在后期运营使用过程中若不能及时识别并采取对应的加固维护措施，这些病害极易形成安全隐患，甚至造成安全事故。而且桥梁加固技术在桥梁工程中的应用，将极大的降低桥梁的维护成本，尤其体现在桥梁的大修与后期病害处治过程中[1]～ [5]。此外，相关的桥梁综合治理机构和机制需要建立健全，施工、设计、维护方面的规范需要进行完善，相应的高水平专业技术人才也需要培养[6]。因此，将桥梁的维护加固工作提上桥梁建设事业的正常日程很有必要。

随着我国科技的进步与经济的发展，以及相关行业规范的变动，我国于上世纪修建的许多桥梁已经处于超负荷运营状态，各种病害也相继出现，对上述桥梁进行适当的维修与加固势在必行[4]。造成桥梁病害的原因包括人为因素和自然因素两个方面[7]。人为因素贯穿桥梁设计、施工、运营等各个阶段。设计、施工阶段，考虑到桥梁建设的成本与技术等方面的问题，各单位对结构设计、原材料的使用。施工机具的选择、施工功法的优劣等方面或多或少会进行控制，在建设初期便会对桥梁工程的质量造成一定的影响。运营阶段，大多数老桥和旧桥在设计时很难考虑到现今社会的车流量和挂车等荷载，造成了这些桥梁一度出现超负荷使用的情况，甚至出现桥梁垮塌、结构失效等情况[8]，加之大部分桥梁在运营阶段无法及时识别桥体和基础出现的损伤，进而失去了最佳的桥梁维修与加固时间，致使桥体出现极其严重的损伤和变形时才进行加固补强，严重损害了桥梁结构的耐久性[9]。而自然因素则包括地震、飓风、海啸、山洪、泥石流等作用，有时，一次猛烈的地震可能会直接导致桥梁结构的失效。在上述因素的共同作用下，桥梁会出现梁体开裂、铺装层损坏、栏杆与防撞墙等附属设施的破坏、基础不均匀沉降、支座破损等方面的病害，对其进行及时的识别和维护，有助于保证结构的耐久性，进而保证桥梁工程使用过程中的安全性与可靠性[10] [11]。

2.常见的桥梁加固方法

基于不同类型的桥梁病害和桥梁结构形式，工程实践中常用的桥梁加固技术包括改变结构体系加固、增大截面和配筋加固、喷锚加固、体外预应力加固、裂缝修补、外包混凝土加固、钢板粘贴加固、减轻自重加固、粘贴纤维复合材料加固、增补桩基和扩大基础加固等不同的加固方法[8]～ [14]。这些加固方法各具特色，具体的方法要综合考虑桥梁受损部位、构件形式、桥型、造价等因素来进行选择。

其中，改变结构体系，可以是直接或者间接改变结构的受力体系，达到加固的目的改变桥梁的受力体系，从而使得桥梁的整体受力更加趋于合理，从而提高结构的可靠度，延长桥梁的使用寿命[9];也可以是直接改变桥梁的整体结构体系，使得原来的桥梁有更多的结构参与受力，分担原有结构所承受的各种荷载。按照以往的施工经验，该方法主要采用的施工技术有预应力加固、体外预应力加固、改变结构受力体系加固、增设主梁、添加横向联结等方法[10]。实际工程中应用最多，效果最显著的便是预应力加固，其通过使用拉杆和撑杆来增强梁体的刚度、抗裂性以及整体强度[12] [15]。拉杆的存在，使得桥梁抵消了一部分梁体的自重，这对于承受弯矩的桥梁来说非常有利，而撑杆多见于桥梁下部，用于支撑桥梁的轴心墩柱。体外预应力加固，是几乎所有方法之中最有效但也是施工难度最大的一种方法[13]。其可以在不显著增加梁体重量的前提下，大大提高梁体的抗弯能力、抗裂性能以及承受荷载的能力，而且该方法对桥梁本身的结构和形式并无太大要求，基本上目前大多数的桥梁都可通过这种方式实现加固和维护。直接在外部进行加固，不仅不影响桥梁本身的结构，而且施工过程中还能保证正常的车辆通行。此方法最显著的不足便是对施工工艺和施工精度的要求，以及预应力钢筋在长时间工作以后可能出现的锈蚀[14] [15]。

3.桥梁加固技术在实际工程中的应用

3.1 工程概况

该桥为我国南方某市的一座公路桥梁，1992年开始修建，1993年竣工通车，全长196m，桥面宽度为18.5m（15.0+2*1.75），设计荷载为挂车-120，汽车-超20。主桥为预应力混凝土空心板与预应力混凝土T型梁的组合形式，具体组合为：预应力混凝土空心板3*20m+预应力混凝土T梁3*30m+预应力混凝土空心板5*20m。

根据现场调查情况，本桥出现的主要病害包括：桥面上出现的大面积继续发展趋势的裂缝，其中以横向和纵向裂缝为主;主梁的横隔板施工时设置的湿接缝发生了较为严重的开裂，重车通过该部位时有较为轻微的跳车现象;边跨的空心板铰缝处发生了开裂，存在较为严重的漏水;伸缩缝局部位置破坏严重，混凝土开裂严重，安装不当导致部分伸缩缝的缝宽超限，由于桥面铺装有一定程度的破坏且桥面的横坡发生了改变，故而需要更换所有的伸缩缝;支座和下部结构以及基础暂未发现问题，工作情况良好。初步分析，混凝土横向开裂的主要原因是桥面铺装和伸缩缝位置的混凝土质量不达标，纵向开裂是因为横向联系的刚度不足。针对上述病害和成因，设计了对应的加固方案。

3.2 病害整治与加固方案

針对桥面铺装出现的病害，考虑到整个桥面的铺装普遍存在横向裂缝、纵向裂缝以及龟裂，因此对全桥的桥面铺装全部凿除重做。重做之后的桥面选用C40的钢纤维混凝土，混凝土内部铺设10cm*10cm的φ12焊接钢筋网片，钢筋采用CRB550的冷轧带肋钢筋，钢纤维采用抗拉强度为370Mpa，长32.4mm的剪切型钢纤维，其单位体积的掺量为50kg。此外，为了提高主梁与混凝土空心板之间的连接能力，在桥面板中植入间距为50cm的φ12 CRB550冷轧带肋钢筋，植入深度为5cm。在进行旧桥面铺装凿除的时候，要充分凿毛主梁的表面，使得表面足够粗糙，露出砂、石等骨料，便于新的桥面铺装与主梁之间的连接，增强二者间的连接能力。

根据现场调查报告，中横隔板两侧有大量竖向裂缝，位于湿接缝的施工缝部位，竖向通长开裂，裂缝宽度在0.3～0.45mm之间，其端部未发现裂缝;T梁之间的湿接缝局部有纵向裂缝，宽度约为0.13mm。出现裂缝的桥跨的横隔板在设计时配筋率不高，如果同桥面铺装一样凿除重新浇筑，不但自身配筋率有限，新旧混凝土之间的连接强度也存在较大问题，因此高部位的病害整治加固采用粘贴钢板外加螺栓固定的方法对中横隔梁进行加固，加固施工时采用满堂支架进行。其中，加固所用的锚栓和钢板均为16锰钢，其技术指标均满足规范要求。施工时，先按施工图中预先设计号的孔位在梁体对应位置放样，为了避免孔位开在梁体中布筋的位置，先用钢筋探测器进行探测，如果遇到孔位与钢筋冲突，应考虑适当挪动孔位。而后，对混凝土表面尽进行凿毛处理，并对所粘贴的钢板表面进行除锈处理。建筑结构胶按照设计技术要求配制完成之后，利用注浆器自上而下在横隔板裂缝部位灌胶，之后在预定部位进行钢板粘贴和螺栓固定，之后对外露钢板进行除锈之后，即完成了中横隔梁部位的粘贴钢板加固。

如前所述，伸缩缝需要全部进行更换，在既定位置将原有的伸缩缝用改进之后的伸缩缝更换即可。栏杆柱和灯柱座个别有破损的也在原有部位进行更换。此外，为保证桥梁加固工作的正常进行和加固质量，施工单位需要协同相关部门做好交通协管与疏通工作，改造与加固期间禁止机动车通行，加固完成之后即可开放交通。

该桥加固完工后，经过各方面的监测和观察，发现加固后的桥梁可以满足本桥的正常使用要求，加固部位工作性能良好。然而，在进行桥梁加固的过程中，本桥上、下部结构、基础工程及对应部位的配筋率已经无法改变，桥梁的抗震性能已经确定，加固施工无法进行此方面功能的增强，因此，为了保证加固之后新增结构的抗震性能，后期需要对新增结构的抗震性能重新进行设计。

4.小结

本文从常见的桥梁的病害及其成因等方面讨论了桥梁运营过程中加固维修的必要性，并列举了现阶段常用的的桥梁加固方法，对几种常用加固方法的优缺点进行了对比。以一座上世纪修建的桥梁加固施工为例，阐述了桥梁各个部位病害整治及加固的具体施工方法与施工流程，通过对该桥加固后的监测与观察发现，加固后的桥梁可以满足其正常使用要求，加固部位工作性能良好，但由于加固并不能改变桥梁原本的上下部结构、基础结构及对应部位的配筋率，故而无法增强加固后新增部位的抗震能力，需要在后期的管理工作中对此进行重新设计。本文的研究，对于桥梁的维修加固及其在实际工程中的应用，均具有一定的借鉴与参考意义。

参考文献：

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