橋梁加固方案及應(yīng)用材料的比較

[摘要]橋梁在經(jīng)過多年運營過程中，容易發(fā)生墩身在支座下開裂、橋梁結(jié)構(gòu)裂縫等不同程度的各類病害問題?；谳^小投資、較短工期、便捷施工的條件下，選擇科學(xué)合理地加固方案及材料對病害橋梁進(jìn)行維修，可確保橋梁結(jié)構(gòu)加固實現(xiàn)預(yù)期效果，使橋梁延長使用年限，對于橋梁加固工程具有十分重要的參考價值。

[關(guān)鍵詞]橋梁施工;加固方案;應(yīng)用材料

1.前言

為比較分析橋梁病害加固方案及應(yīng)用材料，以某橋梁為例，橋梁支座下存在開裂墩身、梁體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫等一些病害，由有關(guān)技術(shù)人員在兩個月期間分階段對現(xiàn)場病害情況進(jìn)行檢測。結(jié)合檢測結(jié)果可知，該橋梁結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板多處發(fā)生程度不同的病害，主要是高架橋引橋段橋臺蓋梁出現(xiàn)裂縫、跨梁底出現(xiàn)裂縫、墩身在墩支座下發(fā)生開裂、空心板梁間上部出現(xiàn)堿化碳化、滲水、梁體移位等問題，主橋結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出良好狀況，橋面不存在嚴(yán)重的病害。

2.加固橋梁結(jié)構(gòu)的原則

維修加固橋梁主要是加固橋梁原設(shè)計荷載條件，恢復(fù)設(shè)計功能，與加強抗震設(shè)計的新規(guī)范相結(jié)合，使橋梁結(jié)構(gòu)改善受力性能，以保證橋梁安全。考慮影響橋梁結(jié)構(gòu)的病害、劣質(zhì)材料、在結(jié)合性及材料方面新舊材料之間存在的差異;采用檢測橋梁現(xiàn)狀的結(jié)果對材料、幾何參數(shù)進(jìn)行取值;對橋梁原結(jié)構(gòu)損傷嚴(yán)格控制加固設(shè)計及施工。

3.比較橋梁結(jié)構(gòu)的加固方案

在橋梁結(jié)構(gòu)加固中，增大截面法、粘貼纖維復(fù)合材料法、粘貼鋼板法、體外預(yù)應(yīng)力法等都是常用的結(jié)構(gòu)加固方法。其中影響橋梁外觀較大的是增大截面法，其余三種方法在市區(qū)橋梁中應(yīng)用較多，現(xiàn)分別比較這三種方案的差別。

粘貼纖維復(fù)合材料法較適合于碳纖維滿足結(jié)構(gòu)強度及耐久性，可使橋梁提高安全儲備。碳纖維因其物理力學(xué)性能十分突出，可使混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件提高承載力，也能使其受力性能得到有效改善。曲線構(gòu)件等不適合粘貼鋼板，十分困難的施工條件及惡劣環(huán)境等情況也比較適合。該方法施工便利，無需較長時間及較多人員，不會占用較大的施工場地，可確保施工質(zhì)量。碳纖維具有良好的柔性，可使粘貼效率得到有效保證。其預(yù)浸料較薄及較輕質(zhì)量，對原結(jié)構(gòu)不會增加尺寸和質(zhì)量。只是受力前碳纖維布存在變形，厚度較薄，補強效果不佳，易引發(fā)混凝土轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈云茐?，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

粘貼鋼板法對于解決梁式橋梁主梁、橋墩蓋梁達(dá)不到強度時更為適合。無需對橋梁原結(jié)構(gòu)破壞，確?？臻g要求，使橋梁主梁提高承載力。只需較短時間施工，對橋梁使用結(jié)構(gòu)幾乎不產(chǎn)生影響，工藝簡單且十分成熟，操作便捷，更適宜確保橋梁結(jié)構(gòu)原貌，相對于其它加固方法更加經(jīng)濟(jì)。只是將膨脹螺栓安放到鉆孔中對鋼板錨固，易使結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生破壞。鋼板尺寸設(shè)計較大時，粘貼鋼板需要較多人力及較大場地施工。鋼板尺寸設(shè)計較小時，鋼板需復(fù)雜焊接工藝，焊接處焊接效果不佳。

體外預(yù)應(yīng)力法通常在加固箱梁、鋼結(jié)構(gòu)及T梁橋中比較常用，對于小跨境橋梁具有較大的應(yīng)力損失?？墒古f橋承載力明顯提高35%左右。加固過程中對交通幾乎不產(chǎn)生較大影響，對原橋梁結(jié)構(gòu)只有較小損傷，對橋下凈空不產(chǎn)生影響。能夠參與恒載受力，具有較高的效率。只是具有較為復(fù)雜的錨固、轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，與原結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生較大影響，在后期養(yǎng)護(hù)方面將增加一定費用。

上文中提到的橋梁采用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的引橋，對其加固若采用預(yù)應(yīng)力法，將導(dǎo)致重分配內(nèi)力，不必要的被動加固工程增加或降低其它部位安全儲備。主梁底板只有14厘米厚，碳纖維盡管強度高，但彈性模量接近普通鋼筋，在混凝土應(yīng)變達(dá)極限時，碳纖維無法充分發(fā)揮材料性能，并具有較高造價?？紤]到很多橋梁都是采用抗剪控制方法實現(xiàn)抗震加固，增大截面法可使抗剪能力有效增大，本橋引橋是以旱地V型墩作為固定墩，若在墩內(nèi)側(cè)將截面增大，利于施工，也不能使凈空增加。因此，對墩身、梁體、蓋梁加固擬采用粘貼鋼板法來，采用增大截面法加固固定墩抗震。

4.選擇適宜的加固材料

4.1混凝土

在橋梁加固中可采用C40微膨脹防水混凝土用于橋面現(xiàn)澆層，采用C30微膨脹混凝土用于修復(fù)墩身、加固抗震，從而達(dá)到預(yù)期效果。

4.2膠黏劑

膠黏劑應(yīng)采用專用質(zhì)量合格的改性環(huán)氧膠黏劑、改性氨基甲酸酯或乙烯基酯膠黏劑等A級膠用于鋼板粘貼、錨固植筋。在工廠制膠時應(yīng)及時添加填料，在施工現(xiàn)場不可摻入，膠黏劑應(yīng)達(dá)到有關(guān)安全性能指標(biāo)。改性環(huán)氧樹脂固化劑不可應(yīng)用乙二胺，也不能將揮發(fā)性有害溶劑和非反應(yīng)性稀釋劑摻入其中。膠黏劑必須要檢驗毒性，檢驗結(jié)果應(yīng)與無毒衛(wèi)生等級規(guī)定相符。鋼-鋼黏結(jié)應(yīng)檢驗濕熱老化，使其達(dá)到抗剪性能。

4.3砂漿

采用M20環(huán)氧砂漿處理橋梁構(gòu)件的缺陷。

4.4鋼筋

鋼筋大于12毫米直徑的采用熱軋螺紋鋼筋，鋼筋小于12毫米直徑的采用熱軋圓鋼筋，鋼筋性應(yīng)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)規(guī)定要求。

4.5角鋼

加固用熱軋等邊角鋼及材質(zhì)應(yīng)達(dá)到國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的要求，通知應(yīng)采用E50XX級焊條進(jìn)行焊接。

4.6鋼板

應(yīng)采用國家有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的Q345C鋼板用于全橋加固，鋼板主要機械性能和沖擊韌性應(yīng)達(dá)到下列要求：屈服強度不小于345千帕，抗拉強度不小于510兆帕，伸長率不小于20%，V形缺口試件沖擊功不小于34焦，采用E50XX級焊條進(jìn)行焊接。

4.7加固錨栓

應(yīng)采用開裂混凝土性能相適應(yīng)的5.8級定型化學(xué)錨栓用于橋梁加固用錨栓，錨栓和螺桿性能指標(biāo)應(yīng)達(dá)到國家有關(guān)技術(shù)標(biāo)混中的要求。

4.8其它材料

應(yīng)采用滲透型阻銹劑作為鋼筋及鋼板防銹材料防水涂料宜采用水泥基滲透結(jié)晶Ⅱ型，材料性能指標(biāo)應(yīng)達(dá)到國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

5.總結(jié)

綜上所述，橋梁實際應(yīng)用一段時間后，難免會產(chǎn)生不同程度的病害，若對其處理不夠及時，病害將愈加嚴(yán)重，甚至將對橋梁使用安全性構(gòu)成嚴(yán)重威脅。通過深入分析橋梁病害的具體成因，對橋梁采用的維修加固方案應(yīng)慎重選擇，對橋梁病害維修處理應(yīng)認(rèn)真選擇適宜的施工材料、工藝，并加強管理橋梁的運營養(yǎng)護(hù)，以確保橋梁結(jié)構(gòu)保持良好的使用狀態(tài)，使其使用年限盡可能得到延長，以實現(xiàn)橋梁承載和通行能力的實際需要。

參考文獻(xiàn)

[1]安井剛，胡愛敏.橋梁加固與維修的基本措施[J].施工技術(shù)，2013.10

[2]張樹仁，宋建永，張頌娟.橋梁加固鋼筋混凝土受彎構(gòu)件斜截面承載力計算方法及試驗研究[J].中國公路學(xué)報，2012.5

[3]王肇文.粘鋼工藝在橋梁加固工程中的應(yīng)用[J].遼寧省交通高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2014.11

[4]金鳳溫.橋梁加固技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用[J].公路運輸文摘，2013.7

作者簡介

宋承哲（1990—），男，朝鮮族，碩士研究生，研究方向：橋梁養(yǎng)護(hù)。