高原既有橋梁病害維修加固技術(shù)研究

陳芃

摘要：隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們的生活水平也在不斷的提高。近些年城市建設(shè)也有了顯著的提高，而對于連接城市與城市之間的道路和橋梁等，為廣大人民群眾提供便利交通條件的同時，也為城市建設(shè)做出了卓越的貢獻，與此同時對城市各行各業(yè)的發(fā)展也起到了推動作用。近些年隨著城市建設(shè)的加快，對公路橋梁的構(gòu)造也提出了更高的要求，同時對既有橋梁的病害維修和加固等也提出了較高的要求，由于我們國家地質(zhì)條件多以山河為主，所以對于既有橋梁的維修和加固技術(shù)相對難度較大。本文中對高原既有橋梁病害維修加固技術(shù)做了相關(guān)的研究，希望能夠通過分析和研究相關(guān)的加固技術(shù)對青藏高原的道路建設(shè)有一定的幫助，從而推動社會經(jīng)濟的發(fā)展。文中首先對青海地區(qū)既有橋梁使用現(xiàn)狀做了分析，接著提出了高原既有橋梁改造加固方案設(shè)計，最后以工程案例的形式做了進一步的分析，以供同行商榷。

Abstract： With the continuous development of the economy， people's living standards are constantly improving. In recent years， urban construction has also been significantly improved. Roads and bridges while connecting cities，provide convenient transportation conditions for the masses of the people and have made outstanding contributions to urban construction. It has also promoted the development of all walks of life in the city. In recent years， with the acceleration of urban construction， higher requirements have been put forward on the construction of highway bridges. At the same time， higher requirements have been placed on the maintenance and reinforcement of existing bridges. Because Chinas geological conditions are mostly mountains and rivers， it is relatively difficult to repair and reinforce existing bridges. In this paper， relevant research on the repair and reinforcement technology of bridge disease in the plateau has been done. It is hoped that the reinforcement and construction technology can help the road construction of the Qinghai-Tibet Plateau to promote social and economic development. In the paper， the current situation of the existing bridges in Qinghai was analyzed. Then the design of the existing bridge reconstruction and reinforcement scheme was proposed. Finally， further analysis was carried out in the form of engineering cases for peer discussion.

關(guān)鍵詞：既有橋梁病害;維修加固技術(shù);工程案例;高原地區(qū)

Key words： existing bridge diseases;maintenance and reinforcement technology;engineering case;plateau area

中圖分類號：U445.7+1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）12-0108-03

0 ?引言

由于青藏高原特殊的地理位置，此地區(qū)不僅海拔高，而且氣候復雜多變，高原上的凍土也有其自身的特殊性，它會隨著季節(jié)的變化而產(chǎn)生一系列的變化，但是處于地表下的土層，是常年凍結(jié)狀態(tài)。這樣的地質(zhì)條件，在此基礎(chǔ)上建造橋梁和道路，破壞了地表的平衡度，同時生態(tài)環(huán)境也遭到了一定的破壞，而后的橋梁和道路便會出現(xiàn)各種各樣的病害，如：凍脹、融沉、塌陷、裂縫等等。在施工中，由于機械和混凝土的澆筑會產(chǎn)生熱量，而這些熱量會傳到地基上，而導致地基上的凍土融化至下沉，最終使得墩臺基礎(chǔ)會產(chǎn)生相應(yīng)的下沉，從而影響橋梁和道路的結(jié)構(gòu);如果地基的凍土含冰量高，墩臺基礎(chǔ)下沉的現(xiàn)象會更加明顯，所以對橋梁和道路的結(jié)構(gòu)影響也會隨之加大。在運營中，車輛荷載對橋梁的作用，使得橋梁地區(qū)的地表平衡遭到破壞，從而產(chǎn)生地基凍土的凍脹和融沉，最終導致橋梁結(jié)構(gòu)的開裂。以上這些因素對橋梁的穩(wěn)定性和安全性造成了一定的威脅，負載作用的頻繁，道路超負荷使用，同時隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，高原地區(qū)道路的運輸量也在逐年增加，所以這對橋梁的使用性能也提出了更高的要求。

1 ?青海地區(qū)既有橋梁使用現(xiàn)狀分析

青海地區(qū)的既有橋梁大部分都是修建在20世紀的七八十年代后，由于其服務(wù)期已經(jīng)在30年左右，既有橋梁的結(jié)構(gòu)老化、自然環(huán)境的影響、橋梁養(yǎng)護不及時等，這些都會使橋梁產(chǎn)生病害，所以橋梁病害維修加固進入高峰時期。高原地區(qū)既有橋梁的現(xiàn)狀和病害的嚴重性已經(jīng)影響了橋梁的承載力和耐久性，同時也影響了橋梁的結(jié)構(gòu)，各項要求不能達到規(guī)定的范圍，所以要能夠正確的分析橋梁病害的成因和病害的特點。要從根本上分析病害產(chǎn)生的原因，對其進行全面科學的分析，根據(jù)具體的問題制定相應(yīng)的解決措施，以發(fā)揮最大的經(jīng)濟效益。根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，青海地區(qū)的既有橋梁中，病害有如下幾方面：混凝土病害、橋梁的斷裂、附屬物的損壞等等，這些病害會直接影響橋梁的使用壽命和安全性能，由此能夠看出，青海地區(qū)的橋梁安全必須要引起相關(guān)的重視。

2 ?高原既有橋梁改造加固方案設(shè)計

對既有橋梁結(jié)構(gòu)病害進行檢測后，要根據(jù)具體的問題展開具體的分析，根據(jù)相關(guān)要求的內(nèi)容，制定符合實際情況的加固方法。

2.1 橋梁狀態(tài)評估指標體系構(gòu)建

對青海地區(qū)的橋梁狀態(tài)進行評定時，要從幾個方面進行綜合考慮，主要有承載力指標、耐久性指標、功能性指標、加固經(jīng)濟性指標、美觀性指標。第一，承載力指標，影響該指標的因素有：橋梁結(jié)構(gòu)、鋼筋結(jié)構(gòu)、鋼筋銹蝕度、混凝土強度等等，由于影響承載力的指標紛繁復雜，所以在一定的環(huán)境下，也會出現(xiàn)其它指標對承載力的影響情況，即使是其它指標也都可以采用增指標公式。同時還有減指標公式，這個公式應(yīng)用在一些對橋梁結(jié)構(gòu)承載力沒有影響的指標，對于一些沒有影響或影響較小的指標，要將其去掉影響，之后再分配影響指標的權(quán)重。承載力層次分析模型如圖1。第二，耐久性指標，影響耐久性的主要因素有：碳化深度的有效保護層厚度、下部結(jié)構(gòu)堿—集料反應(yīng)、鋼筋銹蝕、氯離子含量、硫酸鹽含量、基礎(chǔ)沖刷、混凝土凍融破壞、大氣環(huán)境等。影響因素在發(fā)生一系列的變化時，則指標的權(quán)重也要進行重新的分配和修正。第三，功能性指標，影響功能性的主要因素有：橋面結(jié)構(gòu)功能性、橋下結(jié)構(gòu)功能性、其它附屬結(jié)構(gòu)指標。當影響因素發(fā)生變化時，需對指標權(quán)重進行修正。第四，加固經(jīng)濟性指標，影響加固經(jīng)濟性的主要因素有：加固費用、限制或中斷交通費用、檢查、養(yǎng)護費用、維修費用、環(huán)境污染費用。當影響因素發(fā)生變化時，需對指標權(quán)重進行修正，加固經(jīng)濟性層次分析模型如圖2。第五，美觀性指標，影響美觀性的主要因素有：形式美、與環(huán)境協(xié)調(diào)等。當影響因素發(fā)生變化時，需對指標權(quán)重進行修正。

2.2 青海地區(qū)在役橋梁綜合狀態(tài)評估

依據(jù)部頒《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2004）1.01條“為統(tǒng)一公路橋涵設(shè)計技術(shù)標準，貫徹國家有關(guān)法規(guī)和公路技術(shù)政策，使公路橋涵的設(shè)計符合技術(shù)先進、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟合理的要求，制定本規(guī)范”的內(nèi)容，再根據(jù)青海地區(qū)的地理環(huán)境、交通情況、經(jīng)濟情況、民族特色等多方面的要求，從上文中五個指標體系著手，對各個指標進行權(quán)重的分析，運用模糊綜合評估理論的知識內(nèi)容，對青海地區(qū)在役橋梁進行綜合狀態(tài)的評估，評估的綜合模型如圖3所示。

2.3 橋梁維修與加固方案選擇

2.3.1 維修加固方法

對橋梁上部結(jié)構(gòu)維修加固，常見的方法有很多種，但是統(tǒng)一歸為6類：增大慣矩法;粘貼（錨固）鋼板（筋）、纖維法;體外預(yù)應(yīng)力法;改變結(jié)構(gòu)體系法;回頂法;綜合法。這6類加固方法，圖4中給出了橋梁加固方法的應(yīng)用示意，如果在對橋梁結(jié)構(gòu)的維修加固過程中，可以不封閉交通，將是未來研究的重要課題。

2.3.2 加固經(jīng)濟性分析

對橋梁的維修和加固工程，它不僅僅是一項工程的問題，同時還涉及到經(jīng)濟的問題，所以在對橋梁進行維修和加固的過程中，要充分結(jié)合地方經(jīng)濟的情況，結(jié)合市場經(jīng)濟的特征，進行橋梁維修和加固的經(jīng)濟分析，對資金進行合理的利用，最大限度的利用有限的資金，合理的利用各項經(jīng)濟資源，結(jié)合近期和長期的經(jīng)濟效益，綜合的進行橋梁維修和加固方案的選擇，切勿盲目的帶有片面性的選擇方案。

3 ?工程案例

青康公路K376+098，1-6m（凈跨徑）混凝土臺、鋼筋混凝土橋橋?qū)?.0+2x0.25，該橋設(shè)計荷載為汽-15，掛-80。此段路基寬度為8.5m，為使橋?qū)捙c路基寬度相一致，防止發(fā)生交通事故，2002年對此橋進行了拓寬加固。隨著近幾年經(jīng)濟的飛速發(fā)展，大橋上的交通量也呈現(xiàn)了直線增長的趨勢，現(xiàn)如今的每日通過車輛數(shù)量已經(jīng)超過了當時建橋的10倍以上，其擁擠度也超過了大橋設(shè)計通行能力的2倍之多。經(jīng)過從現(xiàn)場查看，該橋板梁承受行車載荷時，產(chǎn)生震動，橈度過大，硅臺身產(chǎn)生縱橫裂縫多處，八字墻倒塌。所以根據(jù)上述情況，2016年8月份，決定對該橋梁進行維修加固。在加固的過程中，要根據(jù)橋梁病害的具體情況，對橋梁病害部分進行維修整治以及對橋梁的承載力進行恢復，采用現(xiàn)階段的工程技術(shù)，結(jié)合實際的經(jīng)濟狀況，開展橋梁病害的維修加固。

3.1 橋梁病害的維修加固流程

①采用化學灌漿的方式，對掛梁和箱梁進行灌注，根據(jù)裂縫的寬度進行不同的處理。相關(guān)的工藝，在圖5展示，同時在掛梁邊梁和T構(gòu)箱梁的腹板部分，當裂縫寬度大于0.2mm時，采用粘貼碳纖維布對裂縫進行約束處理。

②對原橋面進行鑿除，鑿除后澆筑加筋的鋼纖維混凝土，將橋面全部澆筑該混凝土，根據(jù)鋼纖維混凝土的特性，其有較高的抗拉強度，耐磨性高，這對掛梁的橫向剛度有較大的提高。

③將原來的支座和伸縮縫全部替換掉。

④將鋼筋網(wǎng)掛在錨頭上，并澆筑環(huán)氧樹脂混凝土將錨頭封住。

⑤對原來的人行道和周邊欄桿進行檢查，針對查出來的病害問題，開展有效的整治對策，并進行重新維修。

3.2 恢復橋梁的承載能力

如何恢復橋梁的承載能力，要在主墩上方鑿孔，開洞，并在箱梁中采用植筋技術(shù)，以此來加固箱梁。根據(jù)計算，箱梁每室中設(shè)置長、短束各4束，全橋共計240束。張拉控制力1094kN，其中長束采用可調(diào)式體外束錨具，用來考慮結(jié)構(gòu)性能的不確定性，以方便調(diào)整索力，短束采用永久性體外束錨具。體外預(yù)應(yīng)力加固施工圖如圖6所示，體外預(yù)應(yīng)力加固效果圖如圖7所示，體外預(yù)應(yīng)力束布置如圖8所示。

對橋臺的加固，要遵循動態(tài)設(shè)計的原則，在橋臺的后方，加上2根鉆孔灌注樁，對其的要求是直徑1.2m，將澆筑的承臺與原來的承臺進行連接。

加固完成后的橋梁，要對其進行試驗和評估，評估結(jié)果顯示各項指標都在既定的要求內(nèi)，在2018年7月份，缺陷責任期滿后，對加固的橋梁進行測評，此時橋梁的各項性能按完好，各項指標也在正常范圍，所以這就表明了維修加固的效果是良好的。

4 ?結(jié)束語

總之，對高原地區(qū)既有橋梁病害的維修和加固是保證橋梁耐久性的一個重要方面，同時也是對橋梁進行有效管控的重要環(huán)節(jié)，在對橋梁病害維修的過程中更要注重其科學性，要綜合各方面考慮的同時，也要對各方面進行嚴格的控制。只有進行全方位的科學的管控，克服其中存在的困難，才能夠突破高原既有橋梁病害的維修技術(shù)，保證橋梁的安全性和耐久性，同時提高經(jīng)濟效益和社會效益，為國家的經(jīng)濟建設(shè)做出卓越的貢獻。

參考文獻：

[1]刁玲，楊曉萍.橋梁伸縮縫在低溫下破壞及改進措施[J].低溫建筑技術(shù)，2006（04）.

[2]嚴莉華.高寒凍土地區(qū)橋梁病害機理及處理方法研究[D].長安大學，2010.

[3]韓慧利.嚴寒凍土地區(qū)高速鐵路混凝土梁橋病害成因及處治研究[D].石家莊鐵道大學，2014.