公路橋梁施工體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)探析

高 飛

(山西運(yùn)城路橋有限責(zé)任公司，山西運(yùn)城 044000)

改革開放30年，中國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展。公路橋梁所承受的交通量在不斷提高，城市建設(shè)升溫和商品貿(mào)易的物流發(fā)展促使重型車輛數(shù)量在不斷攀升。為了達(dá)到利益最大化，運(yùn)輸車輛的超載、超限現(xiàn)象普遍存在。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各類重型車輛數(shù)目爆發(fā)式的增長(zhǎng)，加重公路橋梁的負(fù)擔(dān)。一部分舊橋在設(shè)計(jì)之初就缺少長(zhǎng)遠(yuǎn)的計(jì)劃，甚至部分老化、破損嚴(yán)重。對(duì)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代交通運(yùn)輸要求的舊橋，研究相關(guān)的維修與加固方法并要求進(jìn)行施工，提高橋梁的承載力，確保交通安全運(yùn)輸。對(duì)公路橋梁中建造年代久遠(yuǎn)的橋梁，對(duì)其有圖紙的設(shè)計(jì)和施工，質(zhì)量評(píng)定，病害嚴(yán)重程度都要一一記錄。對(duì)由于某種原因損傷的橋梁，導(dǎo)致橋梁不能承載現(xiàn)階段交通運(yùn)輸能力，甚至不能進(jìn)行正常維護(hù)，要立即采取限重、限速等車輛通行措施。如果舊橋危橋無法使用立即報(bào)廢處理，保證人民人身財(cái)產(chǎn)安全。對(duì)特定公路橋梁采取不同的積極有效的加固改造方式，確保橋梁的交通運(yùn)輸能力和提高承載能力。

1 橋梁的加固

我國(guó)現(xiàn)階段公路橋梁設(shè)計(jì)建造標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù)20世紀(jì)90年代頒布的，橋梁的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，交通運(yùn)輸能力和承載能力都不能滿足車輛通行要求和現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。

為了追求經(jīng)濟(jì)利益，橋梁的設(shè)計(jì)部門追求設(shè)計(jì)數(shù)量，沒有充分考慮橋梁長(zhǎng)遠(yuǎn)的使用情況。施工部門在施工時(shí)缺乏質(zhì)量意識(shí)，在橋梁原材料的選擇和施工工程的質(zhì)量控制都存在缺陷。橋梁因?yàn)榭辈?、設(shè)計(jì)及施工等問題而無法滿足橋梁當(dāng)初設(shè)計(jì)的使用要求，甚至有些竣工的新橋使用功能都發(fā)生本質(zhì)改變，這些都是橋梁需要維修加固的重要原因。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛，環(huán)境遭到嚴(yán)重的破壞。酸雨，堿性物質(zhì)，鹽類物質(zhì)嚴(yán)重腐蝕橋梁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在我國(guó)橋梁使用了很長(zhǎng)年限，部分已經(jīng)接近橋梁的使用壽命。從目前來看，我國(guó)建國(guó)時(shí)期修建的橋梁仍大部分承載交通運(yùn)輸。對(duì)橋梁缺乏維護(hù)保養(yǎng)意識(shí)，沒有定期檢查橋梁的實(shí)際運(yùn)行情況，導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的安全問題，縮短橋梁的使用壽命。橋梁超負(fù)荷運(yùn)行，外界對(duì)其非常規(guī)的影響使得橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，整體的安全性能下降。公路橋梁上行駛的大多數(shù)貨車存在超載、超速行駛，這樣導(dǎo)致大約20%的橋梁出現(xiàn)各種安全隱患。這些情況都使得部分公路橋梁不能適應(yīng)現(xiàn)代交通量日益增長(zhǎng)的需求，需要不斷維護(hù)和加固，確保橋梁的安全運(yùn)行。

2 選用橋梁加固方法的原則

由于我國(guó)還處于發(fā)展中國(guó)家，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)還不完善。國(guó)家的發(fā)展還需要大量的資金。如何在有限的資金范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)橋梁維修加固就有非常現(xiàn)實(shí)的意義。

現(xiàn)在對(duì)橋梁實(shí)行維修加固一般采用的原則是:在維修加固前，先制作一份關(guān)于橋梁的劣化程度與受損情況報(bào)告，進(jìn)行檢測(cè)并詳細(xì)記錄數(shù)據(jù)。依據(jù)實(shí)際報(bào)告對(duì)橋梁進(jìn)行安全性能評(píng)估，確定橋梁實(shí)際的運(yùn)輸能力，判斷損傷情況是否影響橋梁的承載力和耐久性。承載力指的是橋梁結(jié)構(gòu)承受在設(shè)計(jì)初確定的荷載能力，耐久性指的是橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命;在加固時(shí)考慮原材料的耗費(fèi)，施工的進(jìn)度，是否會(huì)影響交通運(yùn)輸，能否提供橋梁的承載力和耐久性等方面;通過加大橋梁構(gòu)件來提高整座橋梁承載能力，一般不改動(dòng)橋梁結(jié)構(gòu)的原有形式。確保橋梁加固的前提下兼顧施工的經(jīng)濟(jì)性，只有在遇到極其復(fù)雜的情況下，才可考慮更改橋梁原有的結(jié)構(gòu)形式。在采用科學(xué)合理加固方式，橋梁的承載力和耐久性仍不能達(dá)到改造后的要求，則需要考慮對(duì)橋梁的局部或整體進(jìn)行重建;在選擇橋梁加固方式時(shí)，要結(jié)合舊橋的現(xiàn)狀，橋梁是否出現(xiàn)承載能力減弱，以及日后通過該橋的交通量，可以參考已經(jīng)成功完成加固橋梁的施工方案;如果采取擴(kuò)大和增加橋梁的構(gòu)件斷面來進(jìn)行加固，必須考慮增加部分和橋梁本身的結(jié)合效果。

3 橋梁加固的主要方法

1)加大截面加固法。加大截面加固法是加固鋼筋混凝土橋的較常用的改造方法，它是在橋梁原先的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上再澆筑一定厚度的鋼筋混凝土。加大截面加固法一般采用增加橋面面板厚度，增加主梁的梁肋高度和寬度兩種方法。主要優(yōu)勢(shì)是加固的施工簡(jiǎn)單，適應(yīng)所有的鋼筋混凝土橋，設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)相當(dāng)成熟，加固較小跨徑的板橋效果明顯。加大截面加固法明顯提高橋梁剛度和承載能力。由于現(xiàn)場(chǎng)施工多數(shù)是鋼筋混凝土，這需要長(zhǎng)時(shí)間的濕作業(yè)，對(duì)生產(chǎn)和生活會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

2)粘貼鋼板加固法。粘貼鋼板加固法是將樹脂粘合鋼板與混凝土的結(jié)構(gòu)加固法。其優(yōu)點(diǎn)是施工進(jìn)度快，現(xiàn)場(chǎng)較為干凈整潔，無需濕作業(yè)，降低施工對(duì)生產(chǎn)和生活的影響，加固后的結(jié)構(gòu)外觀沒有發(fā)生大的變化。由于該法是將樹脂粘合鋼板與混凝土，膠粘的好壞以及是否正確操作對(duì)加固效果有很大的影響?？梢钥闯稣迟N鋼板加固法比較適合在承受靜力作用的橋梁。

3)粘貼碳纖維增強(qiáng)塑料加固法。粘貼碳纖維增強(qiáng)塑料加固法采用的是將碳纖維粘貼于受拉混凝土結(jié)構(gòu)表面，促使碳纖維和橋梁的原有結(jié)構(gòu)形成新的受力體。碳纖維與鋼筋共同作用，一起承受荷載，從而起到降低鋼筋應(yīng)力的作用，提高橋梁結(jié)構(gòu)承載力。

4 體外預(yù)應(yīng)力加固法

執(zhí)行橋梁加固準(zhǔn)則和橋梁加固是一項(xiàng)復(fù)雜的施工工程，它主要包括了基本原始數(shù)據(jù)的收集和橋梁加固準(zhǔn)則的嚴(yán)格執(zhí)行兩個(gè)方面?；驹紨?shù)據(jù)的收集，要收集原橋的構(gòu)造緊密尺寸大小，材料的實(shí)際強(qiáng)度，橋體承重結(jié)構(gòu)的破損程度，斷 面的實(shí)際尺寸等數(shù)據(jù)。原橋的基本原始數(shù)據(jù)的收集正確是整項(xiàng)橋梁加固工程的基礎(chǔ)。嚴(yán)格執(zhí)行橋梁加固準(zhǔn)則，是確保橋梁工程質(zhì)量的前提。加固準(zhǔn)則包括恒載應(yīng)力準(zhǔn)則、組合應(yīng)力準(zhǔn)則、極限承載力準(zhǔn)則。恒載應(yīng)力準(zhǔn)則是在橋梁加固前或者是在擬定截面加固后，在恒載作用下將其主拱圈應(yīng)力控制在人工可以控制的限值范圍內(nèi)。隨著橋梁使用材料的老化，在自然的風(fēng)化作用下，承載結(jié)構(gòu)的裂縫日益擴(kuò)大，截面尺寸發(fā)生嚴(yán)重破損甚至于發(fā)生永久性變形。這樣的橋梁在恒載作用下，它的承載力就無法滿足規(guī)定。此時(shí)橋梁主管部門應(yīng)該做出重建處理，如果進(jìn)行加固，原橋額定費(fèi)用將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)算，甚至出現(xiàn)橋梁加固后發(fā)生垮塌的事故，嚴(yán)重影響人們的人身財(cái)產(chǎn)安全。組合應(yīng)力準(zhǔn)則是指橋梁在各種最不利荷載聯(lián)合作用下，原來的主拱圈邊緣應(yīng)力也要滿足這種強(qiáng)度要求。這樣的橋梁加固主要目的在于新舊主拱圈協(xié)調(diào)合作，共同承擔(dān)交通運(yùn)輸責(zé)任。極限承載力準(zhǔn)則指的是橋梁在最不利荷載組合作用條件下，橋梁在加固后其承載力和耐久性等性能均可滿足要求。極限承載力準(zhǔn)則是加固橋梁滿足恒載應(yīng)力準(zhǔn)則、組合應(yīng)力準(zhǔn)則的前提下，體現(xiàn)加固橋梁后提高其承載力幅度大小的準(zhǔn)則。該準(zhǔn)則可作為評(píng)價(jià)橋梁加固效果的依據(jù)。體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋布置在主體結(jié)構(gòu)之外體與內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)有本質(zhì)的區(qū)別。體外預(yù)應(yīng)力索一般是將多根鋼絞線絞合在一起組成一條集中的鋼索。體外預(yù)應(yīng)力加固的方法一般是在梁底和梁側(cè)下部增加體外預(yù)應(yīng)力索，或者是將預(yù)應(yīng)力粗鋼筋分別補(bǔ)充添加到錨固在梁的兩側(cè)。通過設(shè)置一定的聯(lián)結(jié)構(gòu)件使預(yù)應(yīng)力拉桿與梁體構(gòu)成一個(gè)桁架體系，形成一次超靜定結(jié)構(gòu)，讓體外預(yù)應(yīng)力來抵消部分恒載應(yīng)力，達(dá)到體外預(yù)應(yīng)力卸載的作用，從而較大程度提高橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力。比較橋梁加固的其他方法，可以發(fā)現(xiàn)體外預(yù)應(yīng)力加固方法具有橋體的受力明確，加固施工過程簡(jiǎn)單;在對(duì)橋體的維護(hù)修補(bǔ)時(shí)方便，更換必要的體外預(yù)應(yīng)力索就可以起到加固目的;大幅度提高舊橋的耐久性和承載力;橋梁的原結(jié)構(gòu)損傷小，不會(huì)降低橋下凈空高度，不增加橋梁的路面標(biāo)高等優(yōu)點(diǎn)。

[1] 劉來君，趙小星．橋梁加固設(shè)計(jì)與施工技術(shù)[M］．北京:人民交通出版社，2004．

[2] 張勁泉．公路橋梁加固工程施工監(jiān)理[M］．北京:人民交通出版社，2008．