常見橋梁病害的維修加固方法

賈 迪

（北京國道通公路設(shè)計研究院，北京 100000）

1 概述

橋梁病害的發(fā)生因結(jié)構(gòu)、地理位置、交通狀況和周邊環(huán)境的不同而不同，而上述現(xiàn)象具有普遍性，且出現(xiàn)幾率較高。下面對橋梁病害的加固方法進行闡述。

按照處理對象的不同，橋梁病害的加固分為間接加固和直接加固，而直接加固按照作用分類又分為承載力加固、耐久性加固和使用安全及舒適性加固。幾種加固作用并非獨立存在，有時多項同時存在。

2 間接加固法

為避免橋梁病害發(fā)生而提前對外界作用進行阻隔，避免外界作用對橋體進行破壞，如防撞門架及防撞角鋼的增設(shè)是為了防止超高汽車撞擊主梁。間接加固法主要以防為主，加固案例見圖 1、圖 2、圖 3。

圖1 某立交被撞主梁

圖2 防撞鋼板安裝示意圖

圖3 加固后照片

圖1 為某立交邊跨（輔路）主梁由于凈空較低，超高貨車穿越橋洞時撞上主梁，造成混凝土剝落、預(yù)應(yīng)力錨區(qū)外露、鋼束生銹。處理方法為：輔路被撞主梁局部砂漿修補，并安設(shè)防撞角鋼；剮蹭梁底面清理后，涂刷外保護劑進行外觀修復(fù)；對輔路兩側(cè)損壞的防撞門架進行修復(fù)。

3 直接加固法

3.1 承載力加固

橋梁承載力不足的原因多種多樣,其主要原因為服務(wù)等級提高后荷載等級不足、橋面改造后恒載增加、主梁砼強度或截面剛度降低等。加固方法一般為碳纖維布加固、粘貼鋼板加固、加大截面、預(yù)應(yīng)力加固、加強橫向聯(lián)接或主梁更換。

3.1.1 碳纖維布加固

某立交橋東引橋橋面鋪裝翻修后厚度增加，致使橋梁恒載加大，主梁承載力不足。為提高橋梁承載力，本橋邊梁及相鄰中梁采用碳纖維加固方法，加固范圍、層數(shù)應(yīng)根據(jù)主梁內(nèi)力計算結(jié)果及《碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中相關(guān)規(guī)定確定，主梁碳纖維加固設(shè)計圖見圖4。

圖4 主梁碳纖維加固

碳纖維布有時用于墩柱加固，用纖維包裹的混凝土柱受壓后體積膨脹受到纖維布的約束，使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，其抗壓強度較單向受壓有所提高。

雖然碳纖維加固可以提高結(jié)構(gòu)承載能力，但后加補強材料的強度發(fā)揮程度受原梁變形的限制，一般情況下是達不到其抗拉強度設(shè)計值的。特別是采用直接粘貼高強復(fù)合纖維加固時，在極限狀態(tài)下，復(fù)合纖維的高強抗拉性能根本無法充分發(fā)揮作用，“大馬拉小車”是一種極大的浪費。若不考慮分階段受力特點，過高的估計了后加補強材料的作用，設(shè)計是不安全的。因此，近些年許多工程師及學(xué)者開始研究預(yù)應(yīng)力碳纖維，對碳纖維布在粘貼前進行初張，使其提前進入“高效”狀態(tài)，但同時又面臨著新的困難，即如何有效錨固碳纖維布、張拉設(shè)備的應(yīng)用及粘貼膠的選用等等。

3.1.2 粘貼鋼板加固

某立交橋南輔路邊孔西側(cè)外邊梁被撞破損以及地袱掛板被撞缺損，加固方法為更換、補齊欄桿地袱，被撞邊梁U型鋼板加固，見圖 5、圖 6。

圖5 南輔路主梁被撞

圖6 主梁粘貼鋼板加固圖

加固鋼板采用Q235A鋼材，鋼板焊縫采用單面坡口焊縫，鋼板與主梁間用C45自流平無收縮砼填充。加固鋼板需做防腐處理，外包鋼板前在主梁側(cè)面植筋，植筋位置必須避開主梁預(yù)應(yīng)力鋼束。

3.1.3 加大截面

加大截面尺寸和配筋也是對構(gòu)件補強的一種常用方法，一般用于主梁和墩柱。在2005年橋梁大修中，某立交匝道橋25 m簡支邊梁被撞，梁底砼破損，主筋斷開，加固采取增大截面外包鋼板的方法恢復(fù)主梁承載能力。

某立交橋邊墩柱開裂，為提高結(jié)構(gòu)抗力及耐久性同時不受空間限制，對邊墩柱進行加寬、加固，見圖7。

圖7 邊墩加固

3.1.4 預(yù)應(yīng)力加固

目前常用的預(yù)應(yīng)力加固為SRAP工藝加固，此方法屬有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系，采用錨固于被加固梁體上的高強鋼絲或小直徑高強鋼筋施加預(yù)應(yīng)力，然后噴注具有一定抗拉強度的復(fù)合砂漿，將預(yù)應(yīng)力鋼筋與被加固梁體黏結(jié)為一體，構(gòu)成有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系，見圖8。

圖8 預(yù)應(yīng)力加固示意圖

在進行橋梁加固方案設(shè)計時應(yīng)特別注意的是，在保持原梁截面尺寸不變的前提下，采用上述對受拉區(qū)進行補強的方法，加固后截面的最大承載力是有限的。承載力提高的幅度取決于原梁的配筋率，與所采用的加固方法無關(guān)。在某些情況下，由于原梁的高度較小，相對配筋率較大，單純采用受拉區(qū)加固補強仍不能滿足設(shè)計荷載要求時，可采用加厚橋面的方法同時對梁的受壓區(qū)進行加固，增加梁的有效高度，亦可達到提高原梁承載力的目的。

3.1.5 加強橫向聯(lián)接

加強橫向聯(lián)接屬于改變結(jié)構(gòu)受力體系的方法。對于簡支梁而言，舊橋多為橫向鉸接結(jié)構(gòu)。從受力上分析，單梁橫向分配系數(shù)較橫向剛接的主梁高，加之橋面砼鋪裝層破損開裂后，主梁幾乎處于單片受力，對結(jié)構(gòu)安全不利。為了使全截面主梁都能參與工作，避免單梁受力，常對舊橋鉸縫處橋面板鑿除后綁扎鋼筋澆筑砼形成剛接或增加橫梁尺寸，同時增厚橋面砼鋪裝層。

3.1.6 主梁更換

主梁更換常用于構(gòu)件破損嚴重的結(jié)構(gòu)，某天橋主梁被撞破損見圖9。主梁被撞后預(yù)應(yīng)力筋斷開，大面積主筋外露，主梁喪失所需的承載能力，對構(gòu)件加固已無法達到荷載要求，故按原設(shè)計更換主梁。

某立交橋匝道橋由于橋面系破損嚴重，橋下滲水嚴重，尤其在橋梁端部，常年的潮濕環(huán)境使得梁底鋼筋銹蝕，有效截面降低，鋼筋銹脹導(dǎo)致梁底砼剝落，主梁截面損失嚴重，但大面積更換造價高，故本橋采取方案如下：①更換破損嚴重的主梁；②對構(gòu)件較好的邊梁，由于其配預(yù)應(yīng)力鋼束及承載力高于中梁，替換中梁使用。

3.2 耐久性加固

耐久性加固是指對結(jié)構(gòu)損傷部位進行修復(fù)和補強，以阻止結(jié)構(gòu)損傷部分的性能繼續(xù)惡化，消除損傷隱患，提高結(jié)構(gòu)的可靠性和使用功能，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。如結(jié)構(gòu)裂縫的修補，常采用灌漿方法，灌漿后的裂縫不再受到外界環(huán)境的影響而侵蝕，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。此外，還有橋面防水的修補、排水設(shè)施的修補、對破損砼的環(huán)氧砂漿修復(fù)、鋼構(gòu)件涂刷防銹漆、混凝土外表面涂刷具有憎水功能的面漆等。

3.3 使用安全及舒適性加固

此類加固包括橋面鋪裝的銑刨加鋪、路緣石的更換、人行步道欄桿的更換等，旨在解決行車安全和行人安全，畢竟橋梁的服務(wù)對象主要是人和車輛。

4 結(jié)論

橋梁加固的理論目前屬于發(fā)展階段，而且也沒有相應(yīng)的加固驗收規(guī)范，我國高校對此課程的開設(shè)也剛剛開始。隨著新技術(shù)、新理念的開發(fā)，橋梁加固的理論也會越來越完善，越來越成熟。