淺談簡支梁橋安全加固方法分析

吳寅文

摘要：我國公路橋梁大部分為建國后所建，由于年代的變遷，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高。20 世紀(jì)70 年代前后為汽車-10 級、汽車-15 級，70～80 年代末至2004年在一些重要的干道上部分橋梁設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)提高到汽車-超20 級。2004 年后，公路橋梁設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為公路I 級，公路II 級。橋梁在建造和使用過程中，會受到環(huán)境影響、有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，并承受車輛、風(fēng)、雨雪、地震、人為因素等外來作用，同時由于采用材料自身性能的退化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各部分發(fā)生不同程度的損傷和劣化。

關(guān)鍵詞：混凝土；簡支梁橋；加固；分析

中圖分類號：TU37文獻標(biāo)識碼： A

１混凝土簡支梁橋存在的主要病害

我國已修建大量混凝土簡支梁橋，普遍出現(xiàn)不同程度的功能及結(jié)構(gòu)病害，主要表現(xiàn)為：

１）混凝土表而剝落、滲水，鋼筋銹蝕、局部破損露筋等。

２）橋面鋪裝出現(xiàn)破損、沉陷；翼緣板出現(xiàn)順橋向被剪斷嚴(yán)重病害。

３）跨中撓度過大，超過規(guī)范允許值。

４）梁底出現(xiàn)橫向裂縫，多發(fā)生在跨中，自下緣向上發(fā)展，一般在中性軸以下。腹板出現(xiàn)斜裂縫，往往發(fā)生在支座附近，由下部開始沿著與軸線成２５°～５００°的角度開裂。

５）橫隔板以及梁與橫隔板連接處出現(xiàn)裂縫，裂縫由下向上，而且不規(guī)則。

６）梁端頭出現(xiàn)破損、開裂、鋼筋外露的現(xiàn)象。

2 工程案例

某在役公路梁橋，始建于1967 年，橋梁上部結(jié)構(gòu)為14 孔16.3 m 鋼筋混凝土簡支梁，全橋長為235.2 m，每孔5 片工字梁加少筋微彎板組合結(jié)構(gòu)，原設(shè)計荷載汽-15 級，橋面凈空7 m。下部為雙柱式鉆孔灌注樁。由于該橋設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低、橋梁年久失修，橋梁現(xiàn)狀難以滿足目前一級公路荷載的交通運輸需要，致使汽車車輛過橋時引起結(jié)構(gòu)的激烈振動，嚴(yán)重影響行車的平順與安全和結(jié)構(gòu)的正常使用。

3 橋梁檢查

1）橋面系。橋面鋪裝層為水泥混凝土結(jié)構(gòu)加瀝青混凝土鋪裝，基本平整，無嚴(yán)重開裂與破損現(xiàn)象，橋面凈寬和排水橫坡與設(shè)計基本相符。排水管數(shù)量基本滿足使用要求，但排水管大部分已經(jīng)堵塞，不能有效排水，導(dǎo)致水從主梁部位流下，加速了主梁的風(fēng)化侵蝕。伸縮縫因年久失修，破損較嚴(yán)重，主梁正常伸縮受阻。

2）主梁。經(jīng)檢查，主梁的梁高、肋寬、間距等基本與設(shè)計相符。橋面板開裂和破損現(xiàn)象較為嚴(yán)重。主梁混凝土有不同程度的開裂現(xiàn)象，而各主梁混凝土在跨中附近大約10 m 范圍內(nèi)的開裂較嚴(yán)重。橋梁肋部混凝土部分已經(jīng)開裂，少數(shù)裂縫寬度已達(dá)0.3 mm。

3）支座。檢查發(fā)現(xiàn)，該橋鋼板支座已被塵埃堆積掩蓋，鋼板銹蝕，上、下座板的滑移與轉(zhuǎn)動受阻，車輛行駛在支座位置處時，震動較大，橋梁支座不能保持正常工作狀態(tài)。

4）墩臺。蓋梁頂負(fù)彎矩受拉區(qū)存在不同程度的開裂和破損現(xiàn)象，個別位置較為嚴(yán)重。柱式墩身存在開裂等破損現(xiàn)象。

根據(jù)橋梁細(xì)部檢查結(jié)果，按交通部標(biāo)準(zhǔn)JTG H10-2009 《公路養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，以上部承重構(gòu)件為橋梁技術(shù)狀況的主要評定指標(biāo)，其中有一項不符合指標(biāo)者，按降一類處理的規(guī)定，針對該橋主梁混凝土裂縫的最大寬度已達(dá)0.30 mm，超過有關(guān)規(guī)定的限值0.25 mm[2]，結(jié)合橋梁其他各部位的技術(shù)狀況，該橋的技術(shù)狀況綜合評定為三類橋梁，并應(yīng)對該橋梁采取大、中修或加固措施以改善橋梁的現(xiàn)狀。

4 混凝土簡支梁橋加固分析研究

橋梁加固的一般原則：梁橋加固必須貫徹“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的方針，使橋梁經(jīng)常處于完好的技術(shù)狀態(tài)，達(dá)到安全、耐久的目的，通過維修消除病害，恢復(fù)橋梁原設(shè)計能力?；炷梁喼Я簶虻募庸淘O(shè)計分為上部加固設(shè)計和下部加固設(shè)計。

4.1上部加固設(shè)計方法

１）增設(shè)縱梁法．在墩臺地基安全性能良好，并有足夠承載能力的情況下，可增設(shè)承載力高和剛度大的新縱梁；當(dāng)?shù)鼗休d力不足時，必須同時對地基采取加固措施。新增主梁與舊梁連接，共同受力，從而達(dá)到提高承載力的目的。當(dāng)新增主梁位于兩側(cè)時，則兼有加寬的作用

２）橋面補強層加固法。通過一定的工藝和補強措施，在梁頂面上加鋪一層鋼筋混凝土面層，使其與原有主梁形成一個整體，達(dá)到加厚主梁高度和增大梁的抗壓截面的目的，以提高橋梁的承載能力。

３）增大梁截面和配筋加固法。在梁底面或側(cè)面，加大鋼筋混凝土截面（增配主筋），使梁抗彎截面加大，提高梁的承載能力。

４）型鋼粘貼錨固法。用環(huán)氧樹脂類膠粘劑，將鋼板（或槽鋼）粘貼錨固在混凝土結(jié)構(gòu)的受拉緣或薄弱部位，使其與原結(jié)構(gòu)形成整體，以鋼板代替鋼筋作用，提高梁的承載力。該法具有施工簡單、快速，現(xiàn)場無濕作業(yè)或僅有抹灰等少量濕作業(yè)，對生產(chǎn)和生活影響小，且加固后對原結(jié)構(gòu)外觀和原有凈空無顯著影響等優(yōu)點，是一種適用面較廣的先進加固方法。但由于鋼板自身易受自然環(huán)境，如酸雨等自然現(xiàn)象的腐蝕破壞，使加固效果大打折扣，這就使人們?nèi)で蟾玫目垢g材料的加固方法來取代粘鋼加固法。

５）增設(shè)支點加固法。增設(shè)支點加固法是在梁、板等構(gòu)件下增設(shè)支點，改變橋梁結(jié)構(gòu)受力體系，達(dá)到提高橋梁承載力的目的。如在簡支梁下增設(shè)支架或橋墩，把簡支梁之間通過縱向連接，由簡支梁變成連續(xù)梁，在梁下增設(shè)鋼析架等加勁梁或疊合梁，減小梁的內(nèi)應(yīng)力，達(dá)到提高橋梁承載力目的。梁、板在跨中增設(shè)支點后，減小了跨度和內(nèi)力，相應(yīng)提高結(jié)構(gòu)總體承載力，并能減小和限制梁、板的撓曲變形。該法簡單可靠，但易損害建筑物的原貌和使用功能，并可能減小使用空間，適用于具體條件許可的混凝土受彎構(gòu)件的加固。

６）預(yù)應(yīng)力加固法。應(yīng)用預(yù)應(yīng)力原理，以梁身為錨固體，通過張拉，對梁的受拉區(qū)施加應(yīng)力，以抵消部分自重應(yīng)力，減少活荷載作用下的應(yīng)力增量（對梁起卸載作用），從而減少或避免梁上出現(xiàn)裂縫，提高梁的耐久性，可作為重車通行的臨時加固手段，也可作為永久性提高橋梁荷載等級的措施。

4.2下部結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

１）擴大基礎(chǔ)加固法。擴大基礎(chǔ)、擴大底面積加固，稱為擴大基礎(chǔ)加固法。此法適用于基礎(chǔ)承載力不足或埋置太淺，而墩臺又是磚石或混凝土剛性實體式基礎(chǔ)的情況。擴大基礎(chǔ)底面積應(yīng)由地基強度驗算確定。當(dāng)?shù)鼗鶑姸葷M足要求而缺陷僅僅表現(xiàn)為不均勻沉降變形過大時，采用擴大基礎(chǔ)加固

２）增補樁基加固法。在樁式基礎(chǔ)的周圍補加鉆孔樁或打入鋼筋混凝土預(yù)制樁并擴大原承臺，一次提高混凝土的承載力，增加基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。增補樁基加固法的優(yōu)點是不需要抽水筑壩等水下作業(yè)，且加固效果顯著。

３）人工地基加固法。當(dāng)基礎(chǔ)下面的天然土基松軟，不能承受很大的荷載，或者上層土壤較好，但深層土質(zhì)不良引起基礎(chǔ)沉陷時，可采用人工地基加固方法，以改善提高基礎(chǔ)的承載能力。一般常用的有砂樁法和注漿法。

４）鋼筋混凝土套箍或護套加固法。適用于橋梁墩臺因受沖刷磨損、變形側(cè)移或施工質(zhì)量不好等而出現(xiàn)貫通裂縫的情形。為防止裂縫的繼續(xù)發(fā)展，使之能正常使用，可用鋼筋混凝土套箍或護套進行加固。

５）橋臺滑移傾抖的處理。包括支撐法加固、增建擋土墻法加固、減輕荷載法加固。

６）錨固加固法。采用拉桿加固改造橋臺，當(dāng)橋臺的側(cè)墻發(fā)生外傾時，可以利用拉桿予以加固。

７）水泥灌漿法補強橋梁下部結(jié)構(gòu)。適用于橋梁建于軟弱地基上，受洪水沖刷而發(fā)生沉陷導(dǎo)致墩身位移時采用。

5 結(jié)束語：

長期以來人們對預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋結(jié)構(gòu)的耐久性問題一直未能給予足夠的重視，加之勘探、設(shè)計、施工及使用過程中多種因素的影響，諸多混凝土結(jié)構(gòu)先后出現(xiàn)不同程度病害，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耐久性、適用性、安全性的降低，進而影響了結(jié)構(gòu)的正常使用，并給交通運行安全帶來隱患。目前，隨著我國宏觀經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也得到了飛速發(fā)展。預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋作為公路的重要組成部分之一，其耐久可靠性對保障公路的正常使用、安全運營、發(fā)揮公路的潛在通行能力以及提高公路的運營效益等方面具有非常重要的作用。