橋梁加固技術(shù)策略決策方法研究

摘要：隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，交通量及荷載量驟增，在以往傳統(tǒng)橋梁設(shè)計中，較為注重節(jié)省材料等方面，導(dǎo)致橋梁建設(shè)不具備較好的安全性，普遍存在橋梁耐久性低、施工質(zhì)量不過關(guān)等問題。為了研究橋梁加固的新技術(shù)，本文從橋梁加固的必要性、橋梁加固原則及橋梁加固技術(shù)策略決策方法等進行了深入研究，以期推動我國橋梁加固技術(shù)的不斷創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：橋梁? 加固技術(shù)? 方法? 研究

Study on Strategy Decision Method of Bridge Reinforcement Technology

CHEN Jian

（Guangxi Road and Bridge Engineering Group Co.， Ltd.， Nanning， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 530200 China）

Abstract：With the rapid development of China's economy and the sudden increase of traffic and load， in the past traditional bridge design， more attention was paid to saving materials， resulting in poor safety of bridge construction， low durability of bridge and poor construction quality. In order to study the new technology of bridge reinforcement， this paper studies the necessity， principles and decision-making methods of bridge reinforcement technology， in order to promote the continuous innovation of bridge reinforcement technology in our country.

Key Words：Bridge; Reinforcement technology; Method; Research

在經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的背景下，我國20世紀(jì)70、80年代修建的舊橋出現(xiàn)了水泥混凝土路面損壞或者受到原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的一些限制，與我國城市當(dāng)前交通運輸要求不相適應(yīng)。因此，對舊橋、危橋進行加固，深入研究提升橋梁上部結(jié)構(gòu)承載力的方法至關(guān)重要，并具有一定的現(xiàn)實意義。

1 橋梁加固的重要性與必要性

橋梁加固主要是采取相應(yīng)的措施，使橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力和相關(guān)性能得到明顯提升。由于一部分已建橋梁安全性、耐久性差，橋梁在經(jīng)過吹殘會有老化，性能差的現(xiàn)象，再加上橋梁設(shè)計不合理、橋梁在施工過程中質(zhì)量不合格等，成為了橋梁需要加固的原因。經(jīng)過對舊橋加固改造之后你能夠增加橋梁的使用年限，降低建設(shè)資金的投入，有效解決橋梁工程投資的集中性，進而滿足日益增長的交通量需求，與此同時，還對橋梁安全事故進行了全面防范，預(yù)防了重特大交通事故發(fā)生，切實保障了人民生命財產(chǎn)安全[1]。

2 橋梁加固的重要原則

在開展橋梁加固工作前，相關(guān)技術(shù)人員需全面檢測與深入分析橋梁老化、受損等方面的問題，對舊橋基本狀況和基礎(chǔ)信息進行全面掌握后，根據(jù)當(dāng)前實際橋梁建設(shè)情況開展舊橋加固工作。在舊橋維修加固過程中，應(yīng)遵循以下5個方面的原則。第一，對影響范圍進行有效控制。對橋梁加固技術(shù)在現(xiàn)場施工中，應(yīng)盡量減少對舊橋周圍環(huán)境造成的巨大影響，最大限度地降低現(xiàn)場施工對舊橋橋面和車輛的通行影響，確保橋面車輛能夠正常通行。第二，施工安全保證。在橋梁加固所有施工環(huán)節(jié)中，應(yīng)進行全程監(jiān)控，對需要加固橋梁的自身結(jié)構(gòu)等進行全方位監(jiān)測，采取相應(yīng)的檢測手段，可能出現(xiàn)的各種建設(shè)情況進行全面評估，制定安全措施，以確保橋梁結(jié)構(gòu)安全可靠，保障施工人員的自身安全。第三，完善橋梁加固方案。開展大型橋梁加固工作時，應(yīng)至少準(zhǔn)備兩個設(shè)計方案，并邀請相關(guān)專家對方案進行梳理和分析，選擇最佳的橋梁加固方案開展工作。第四，準(zhǔn)確驗算。橋梁加固設(shè)計中重要的一個環(huán)節(jié)就是對橋梁重要部件的承重能力進行仔細(xì)驗算，保證其具有一定的承載能力。第五，已有結(jié)構(gòu)與新結(jié)構(gòu)之間的協(xié)同性。在橋梁加固設(shè)計中，應(yīng)將新結(jié)構(gòu)與已有結(jié)構(gòu)做到協(xié)同，對新結(jié)構(gòu)的施工材料和工藝等進行全方位考慮，進而達到優(yōu)化橋梁加固結(jié)構(gòu)的目的[2]。

3 橋梁加固技術(shù)研究

3.1 橋面補強層加固法

使用這一技術(shù)方法時，應(yīng)對橋面鋪裝層進行鑿除或進行鑿毛，再加鋪適當(dāng)厚度的補強層，以增加主梁高度，改進橋梁荷載橫向分布，進一步增強單筋梁截面承載力，提高橋梁整體剛度，使橋梁具有一定的承載能力。此方法存在的不足是對橋面鋪裝層進行鑿除時，通常只可以進行手工操作，因此，用工需求量較大，施工工期較長，還有可能對如主梁等橋梁原結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重?fù)p傷。

3.2 加大截面加固法

這一加固方法也被人們稱之為混凝土外包加固施工方法，主要指在原構(gòu)件澆一層新的混凝土，補加鋼筋，進而達到提升承載能力的目的。應(yīng)用這一技術(shù)方法時，要求橋梁下部結(jié)構(gòu)需要具備一定的承重能力，提供較高的承載力，應(yīng)用加大截面加固法時通常以對橋面板進行加厚或?qū)εf橋主梁的梁肋寬度進行加大為主。

3.3 增大截面與配筋加固法

通過增大構(gòu)件截面面積，提高配筋率，能夠有效增加梁的混凝土強度等級、增強剛度及穩(wěn)定性。此技術(shù)方法通常采用在舊橋的梁底面或者側(cè)面增加尺寸，增配主筋，在腹板開孔補強箍筋，進而提升舊橋主梁截面的實際高度，增強橋梁承載能力。在施工質(zhì)量得到保證條件下，這一橋梁加固技術(shù)具有明顯的加固效果，并且在后期使用中幾乎不用進行定期養(yǎng)護。但由于增大截面與配筋加固法在實際施工過程中所有作業(yè)都要在舊橋梁底進行，使其施工難度極大，不能很好地控制施工質(zhì)量。

3.4 外部粘鋼加固法

這一技術(shù)方法主要是使用建筑結(jié)構(gòu)膠將鋼板粘貼在混凝土表面，實現(xiàn)提升承載力的目的，達到正常使用的要求。此技術(shù)方法主要適用于承受靜力作用的一般受彎構(gòu)件，環(huán)境實際溫度小于60℃，相對濕度不能超過70℃，并且沒有任何化學(xué)腐蝕的影響。值得注意的是，當(dāng)混凝土強度小于15MPa時，應(yīng)采用外部粘鋼加固法進行橋梁加固。

3.5 外部粘貼FRP加固法

外部粘貼FRP加固法是對橋梁加固的新方法，F(xiàn)RP是指纖維增強塑料，將高分子材料纖維在高分子聚合物（合成樹脂）基質(zhì)中進行浸潤，等到固定成型后就是FRP，這一技術(shù)方法主要采用具有較高強度的纖維復(fù)合材料，將樹脂粘貼在橋梁混凝土構(gòu)件外層，形成一個的整體受力結(jié)構(gòu)構(gòu)件，起到共同受力的作用。現(xiàn)階段經(jīng)常用到的FRP材料主要玻璃纖維增強塑料、碳纖維增強復(fù)合材料及近年來新興的芳綸纖維材料，應(yīng)用比較廣泛的是以碳纖維或碳纖維織物為增強體，以樹脂、陶瓷、金屬、水泥、碳質(zhì)或橡膠等為基體所形成的復(fù)合材料。

3.6 預(yù)應(yīng)力加固法

這一技術(shù)方法是采用外加鋼結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力鋼拉桿或型鋼支撐架實施加固的一種方法，能夠有效地抵消原有作用效應(yīng)，減小原結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平，適用于要求提高剛度，大跨結(jié)構(gòu)加固，加固后占空間小的橋梁，預(yù)應(yīng)力拉桿加固用于受彎承載力不足的情況，使梁體裂縫得到了有效控制，降低了梁體裂縫寬度。外加預(yù)應(yīng)力撐桿加固法主要是通過施加預(yù)應(yīng)力來改變原結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，主要用于橋梁下部結(jié)構(gòu)的軸心受壓墩柱[3]。

3.7 改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法

通過采取相應(yīng)的技術(shù)手段改變舊橋原結(jié)構(gòu)受力體系，進而實現(xiàn)提升橋梁結(jié)構(gòu)整體承載能力、減小控制截面內(nèi)力的目的，是一種由被動轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥臉蛄杭庸碳夹g(shù)。應(yīng)用改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法時，應(yīng)對橋梁原結(jié)構(gòu)受力實際情況進行全面分析，充分了解轉(zhuǎn)換后舊橋結(jié)構(gòu)的實際受力情況，確定其承載能力的提升幅度能否滿足規(guī)定交通量等級的需要。這一橋梁加固法能有效減小計算彎矩，提升承載力，實現(xiàn)增強橋梁原結(jié)構(gòu)的目的[4]，主要有以下幾種方法。

3.7.1 加輔助墩法

通過增添加設(shè)支點進而改變原結(jié)構(gòu)體系，降低橋梁跨徑和荷載作用下跨中的彎矩，進而提升承載能力，使梁板不易撓曲變形。

3.7.2 八字支撐法

在橋兩端支座僅提供豎向約束，而不提供轉(zhuǎn)角約束的支撐結(jié)構(gòu)上增設(shè)八字支撐，為舊橋上部結(jié)構(gòu)提供支撐，使其變成三跨連續(xù)梁。通過改變原結(jié)構(gòu)體系，能夠有效緩解受力狀況，提升承載能力。

3.7.3 梁拱組合法

當(dāng)舊橋承載力出現(xiàn)不足時，必須提升其荷載等級，而舊橋墩臺地基應(yīng)力及穩(wěn)定性都與相關(guān)要求相符時，可以選擇這一方法對舊橋進行加固。

3.7.4 斜拉加固法

斜拉加固法此方法通過在橋墩兩旁修建矮塔，在支柱頂面增設(shè)拉索，拉吊起橋底的鋼梁，為舊橋上部結(jié)構(gòu)提供彈性支撐，使由簡支梁狀態(tài)轉(zhuǎn)化為連續(xù)梁狀態(tài)。通過改變原結(jié)構(gòu)體系，緩解受力狀況，提升承載能力。

3.8 增加橋梁橫向聯(lián)系的橋梁加固法

增強橋梁橫向聯(lián)系是最近幾年使用比較頻繁的橋梁加固法。這一技術(shù)方法主要是通過加強舊橋橫向聯(lián)系，進而改進橫梁內(nèi)力和主梁荷載橫向分布的規(guī)律，提升構(gòu)件承載力。此橋梁加固法通常會用在沒有內(nèi)橫梁或者內(nèi)橫梁較少的T形截面簡支橋面連續(xù)梁橋，工程上經(jīng)常會在橋梁相鄰主梁之間增添加設(shè)混凝土橫梁，以提升構(gòu)建抵抗其彎曲變形的能力。這種技術(shù)方法的缺點主要體現(xiàn)在會對原結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一定的損傷，對配筋密集的構(gòu)件不應(yīng)采取這種方法。

4 橋梁加固改造過程中應(yīng)注意的問題

（1）橋梁加固改造技術(shù)的可靠性與耐久性，必須滿足實際使用要求。（2）與新建橋梁相比較應(yīng)呈現(xiàn)舊橋加固費用低，經(jīng)濟效益較高的優(yōu)勢。（3）節(jié)約勞力，施工比較順利。（4）確保交通不中斷，降低中端交通次數(shù)。（5）橋梁加固材料具有較強性能，減少養(yǎng)護工作量。（6）避免對原橋梁結(jié)構(gòu)造成損傷[5]。

5 橋梁加固技術(shù)應(yīng)用后的評價方法

5.1 安全性評價

主要指在橋梁加固應(yīng)用之后對承載能力進行的評價，將交通量負(fù)荷實際情況當(dāng)作一個分析點，根據(jù)結(jié)構(gòu)強度、穩(wěn)定性對加固后的舊橋結(jié)構(gòu)展開全面評估，主要有兩種方法。

5.1.1 經(jīng)驗法

采用外部檢測方法檢測橋梁修復(fù)結(jié)構(gòu)，相關(guān)檢測工作人員通過運用自身專業(yè)知識和豐富的實踐經(jīng)驗，以主觀角度對橋梁結(jié)構(gòu)實際修復(fù)情況進行整體評價，將《公路養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》作為主要參考依據(jù)，并實施規(guī)范。

5.1.2 理論計算法

這種評價方法主要是通過理論公式對相關(guān)檢測數(shù)據(jù)進行計算進而完成評價，根據(jù)計算結(jié)果和指標(biāo)評定橋梁承載能力。

5.2 耐久性評價

耐久性評價是從空氣中CO2氣體通過硬化混凝土細(xì)孔滲透到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)Ca（OH）2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽CaCO3和水，使混凝土堿性降低的過程，以及空氣中CO2氣體通過硬化混凝土細(xì)孔滲透到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)Ca（OH）2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽CaCO3和水，使混凝土堿性降低的過程等方面進行評價?？諝庵蠧O2的成分是引起混凝土碳化的重要因素，在空氣中CO2和水的同時作用下，使橋梁結(jié)構(gòu)中的混凝土產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，降低了混凝土的堿性，加快收縮，進而產(chǎn)生裂縫，這些裂縫可能造成嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)問題，甚至結(jié)構(gòu)整體的崩潰，對橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性帶來一定的影響[6]。

6 結(jié)語

所有橋梁加固方案都有適用范圍，主要由橋梁加固原因和橋梁結(jié)構(gòu)特征、所在環(huán)境、地域條件，加固后的所有功能要求而決定的。所以，在實際橋梁加固技術(shù)中，應(yīng)針對不同類型的橋梁，橋梁出現(xiàn)的不同病害及在各種環(huán)境下，科學(xué)選擇加固方法，以加快實現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的持久性，改善交通荷載問題。應(yīng)用橋梁加固技術(shù)不僅解決了交通量與橋梁設(shè)計間的矛盾，還為后續(xù)橋梁設(shè)計工作帶來了建設(shè)性意見。

參考文獻

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作者簡介：陳劍（1984—），男，本科，研究方向為路橋施工。