危橋下部結(jié)構(gòu)加固方法解析

王成偉

(蘭州新區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)投資集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730300)

自改革開放以來，我國不斷加強公路橋梁建設(shè)，取得了巨大的成就，為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了極大的支持。但隨著時代的發(fā)展，當(dāng)前我國很多橋梁因為使用年份、施工材質(zhì)以及施工技術(shù)等多方面因素的影響，逐漸成為危橋。這些危橋在使用過程中，極易發(fā)生垮塌事故，造成車輛和人員的重大傷亡。例如：2021年3月，江蘇省丹陽市導(dǎo)墅鎮(zhèn)老黃捻橋東側(cè)邊垮發(fā)生了坍塌事故，直接導(dǎo)致2人死亡、3人受傷，造成的影響十分惡劣。因此，我們一定要重視危橋的檢測和維修加固，采取先進(jìn)的施工技術(shù)對其進(jìn)行加固處理。

1 危橋及其成因分析

危橋是指橋梁在經(jīng)過了較長時間的使用后，其主體結(jié)構(gòu)逐漸被破壞，或者是存在著一些嚴(yán)重的缺陷，導(dǎo)致其存在著嚴(yán)重的安全隱患問題，不能滿足安全通車通行的需要。在長期應(yīng)用消耗的情況下，橋梁主體結(jié)構(gòu)受到一定程度的損耗與破壞，或者出現(xiàn)問題使其沒能達(dá)到車輛正常通行的標(biāo)準(zhǔn)，因此對車輛通行安全造成安全隱患。橋梁加固是從橋梁承載能力的角度進(jìn)行分析，并對橋梁進(jìn)行處理，從而提高橋梁的承載能力，經(jīng)過危橋加固處理后恢復(fù)橋梁原有的承載能力，達(dá)到車輛正常通行的標(biāo)準(zhǔn)。在我國交通基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)中，橋梁是其重要的組成部分，對橋梁所在地的經(jīng)濟(jì)、科技、文化以及社會發(fā)展起著十分重要的作用[1]。危橋的存在不但對經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了危害，同時還對城市的面貌和文明造成了巨大的影響。在進(jìn)行危橋加固前需要做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，查閱危橋的地質(zhì)鉆探勘察資料、施工圖紙、施工記錄、原設(shè)計的荷載標(biāo)準(zhǔn)及基礎(chǔ)埋置深度等。在現(xiàn)場對危橋下部結(jié)構(gòu)的完整程度進(jìn)行勘察，測量平面幾何尺寸的變形情況，掌握裂縫位置及具體尺寸，在條件允許的情況下需要對危橋進(jìn)行橋梁荷載實驗，掌握橋梁當(dāng)前的承載能力。而導(dǎo)致其出現(xiàn)的原因，大致可分為如下幾種。

首先是橋梁存在著“老齡化”現(xiàn)象。根據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前我國各地約有三分之一的橋梁都是上世紀(jì)五十年代到七十年代之間建成的，經(jīng)過半個多世紀(jì)的運行，這些橋梁大都到了使用年限，加之長期以來部分農(nóng)村地區(qū)，特別是林區(qū)地段的橋梁存在著較為嚴(yán)重的超負(fù)荷運轉(zhuǎn)現(xiàn)象，歷史欠帳多，導(dǎo)致當(dāng)前這些地區(qū)的橋梁存在著較為嚴(yán)重的病害問題，成為了危橋。

其次是部分橋梁在設(shè)計時存在著設(shè)計缺陷。在不同的時代,受當(dāng)時技術(shù)發(fā)展的局限，在設(shè)計和施工方面存在著一定的缺陷。例如，上世紀(jì)五、六十年代時修建的橋梁大都為少筋混凝土橋。到了八十年代，大都是預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋、中承式及下承式的吊桿拱橋。九十年代，又出現(xiàn)了大量的鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土的中、小跨徑橋梁。這些不同形式的橋梁，有的存在著構(gòu)造、結(jié)構(gòu)體系以及施工工藝方面的缺陷，有的在設(shè)計方面并不成熟，還有的存在著 耐久性設(shè)計問題以及施工質(zhì)量的情況，因此逐漸成為了危橋。

再次是超限超載車輛通行的影響。上世紀(jì)九十年代，我國加快了城市化建設(shè)步伐，公路運輸行業(yè)獲得了快速發(fā)展，同時汽車工業(yè)也快速發(fā)展，交通流量迅速增長。與此同時，我國取消了二級公路及以下收費路的收費站，大量超限超載的車輛紛紛“回歸”到普通的干線公路以及農(nóng)村公路上，導(dǎo)致這些路段的橋梁經(jīng)常出現(xiàn)超限超載的車輛通行情況，病害問題日益嚴(yán)重，危橋數(shù)量急劇增多。

最后是后期養(yǎng)護(hù)工作不到位。從上世紀(jì)改革開放開始，我國十分重視公路交通體系的建設(shè)，大量的資金和技術(shù)力量都集中在高等級公路的建設(shè)方面，往往忽略了后期的養(yǎng)護(hù)工作，甚至還存在著“養(yǎng)路不養(yǎng)橋”的錯誤觀念。這種不良傾向，導(dǎo)致很多地方的橋梁因缺乏有效的養(yǎng)護(hù)而逐漸老化，存在著嚴(yán)重的病害問題，成為了危橋。

2 危橋下部結(jié)構(gòu)加固的流程

基于上述原因，危橋加固已經(jīng)成為我國未來較長時間內(nèi)要面臨的問題。而危橋加固與普通的橋梁維修養(yǎng)護(hù)又不一樣，屬于兩個概念。因為橋梁維修養(yǎng)護(hù)工作是在正常的狀態(tài)下，對橋梁進(jìn)行小規(guī)模的預(yù)防性的維修養(yǎng)護(hù)處理，而橋梁加固則是從橋梁的承載受力方面對其進(jìn)行分析并處理的。在對危橋進(jìn)行加固處理時，施工的流程為：危橋檢測→評估→選擇加固方案→施工并進(jìn)行檢測。其中危橋檢測是全面了解要加固橋梁的實際情況，廣泛搜集相關(guān)的資料，并借助適宜的儀器設(shè)備，采集危橋的各方面參數(shù)，為危橋級別的確定及后續(xù)施工方案的選擇奠定基礎(chǔ)。而危橋評價則是根據(jù)收集的資料及檢測的結(jié)果，對該橋梁的使用性能、價值以及承載力進(jìn)行評估。在合理評估的基礎(chǔ)上，就可以選擇危橋加固的方案。在這一環(huán)節(jié)，需要嚴(yán)格遵循“安全性”“合理性”“可行性”和“經(jīng)濟(jì)性”的原則，選擇最優(yōu)的加固方案，設(shè)計完加固方案后，就可以開展加固施工，并對施工質(zhì)量進(jìn)行檢測[2]。

2.1 危橋檢測

為了確保危橋的加固水平，需要對危橋進(jìn)行有效的檢測工作，并結(jié)合危橋的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，制定合理的危橋檢測方案。從而保證危橋的工作質(zhì)量，避免后續(xù)應(yīng)用中危橋的安全風(fēng)險。具體的檢測中，首先要做好人員與設(shè)備的安排，確保檢測由相應(yīng)的工作人員進(jìn)行，并配合合理的檢測設(shè)備。檢測時，還要出具相應(yīng)的檢測結(jié)果數(shù)據(jù)，由工作人員對危橋的級別進(jìn)行界定。

2.2 危橋的評價

在經(jīng)過有效的檢測之后，能夠獲取危橋的相應(yīng)數(shù)據(jù)，在得到這些數(shù)據(jù)后，需要由工作人員結(jié)合這些數(shù)據(jù)，對危橋進(jìn)行評價。具體的評價過程中，要對危橋的承載力、性能和利用價值等進(jìn)行綜合評價。另外，還要對危橋的關(guān)鍵部位進(jìn)行分析，觀察關(guān)鍵部位是否合格，如果存在病害，則要對病害進(jìn)行分析、判斷病害是否會影響橋梁的安全，是否會導(dǎo)致安全事故。結(jié)合檢測得到的數(shù)據(jù)，對橋梁可能發(fā)生的意外事故進(jìn)行研究，判斷意外事故的發(fā)生概率。之后，再對事故進(jìn)行分析，并做好相應(yīng)的預(yù)防措施，旨在提升橋梁的安全系數(shù)，降低風(fēng)險。

2.3 合理的加固方案選擇

經(jīng)過有效的檢測和評估，已經(jīng)確認(rèn)了橋梁的狀態(tài)，并需要進(jìn)行有效的加固作業(yè)。為了確保加固的效果，則要對橋梁的加固方案進(jìn)行研究，并對加固方案的可靠性、安全性和可行性等進(jìn)行綜合分析，確保方案的選擇合理，避免方案選擇不合理導(dǎo)致加固效果不夠理想的問題。如下圖1所示，為某工程的危橋加固圖。

圖1 某橋梁工程加固的方式

2.4 加固施工與加固后的檢測

在選定加固方案后，則要進(jìn)行有效的加固施工，實際的加固過程中，要做好技術(shù)交底，確保相關(guān)工作人員，明確加固的方案，并且能夠在施工過程中，按照加固的方案進(jìn)行。除此之外，還要實施合理的質(zhì)量控制，選擇質(zhì)量合乎要求的材料，確保加固的質(zhì)量。另外，加固作業(yè)之前，還要對施工設(shè)備進(jìn)行檢查，確保設(shè)備能處于正常的工作狀態(tài)，降低安全隱患。最后，施工之后需要實施有效的加固后監(jiān)測。主要是對施工后的部分進(jìn)行檢測，例如，施工中使用了混凝土施工技術(shù)，所以檢測的主要目標(biāo)就是混凝土，對混凝土進(jìn)行檢測，確認(rèn)混凝土的配合比符合要求，再對混凝土強度和硬度進(jìn)行檢測，確保滿足施工需求，最終保證加固施工的質(zhì)量，避免加固無法滿足施工需求的問題。

3 危橋下部結(jié)構(gòu)加固常用的方法

下部結(jié)構(gòu)加固法是對危橋進(jìn)行加固處理時常用的方法之一。在實際運用中，主要是針對還可以正常使用，只是橋梁棱體破壞導(dǎo)致的主動土壓力主要由原橋臺承擔(dān)，而在破壞棱體范圍內(nèi)布置超重車所引起的主動土壓力則由框架結(jié)構(gòu)承擔(dān)。針對這樣的橋梁，采用下部結(jié)構(gòu)加固處理的措施，工作量相對較少，又不影響橋梁的正常使用。在對危橋進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)加固時，施工的方法主要包括如下幾種。

3.1 擴大基礎(chǔ)加固法

擴大基礎(chǔ)加固法主要用于橋梁基礎(chǔ)較淺的危橋，這種淺基礎(chǔ)的危橋，因為自身基礎(chǔ)埋置較淺，在長期受河水沖刷下而逐漸被掏空，橋梁的引道也因為河水改道受到一定的沖刷，致使橋臺基礎(chǔ)被沖空而導(dǎo)致引道毀損。此外，也可能是因為橋梁的局部地基存在著軟弱地基問題，導(dǎo)致橋臺出現(xiàn)了不均勻的沉降現(xiàn)象，甚至引發(fā)橋臺開裂的問題。針對這些病害問題，在運用擴大基礎(chǔ)加固法時，首先應(yīng)在上游河床上建立丁壩，同時使用漿砌片石的方式對河床進(jìn)行鋪砌，并對橋臺基礎(chǔ)用木樁進(jìn)行加固處理。在此基礎(chǔ)上，加強對地基強度的驗算，合理確定橋梁基礎(chǔ)擴大的底面積，進(jìn)而按照施工計劃進(jìn)行加固施工[3]。

3.2 增補樁基加固法

在對危橋進(jìn)行加固處理時，如果該橋梁的墩臺基底存在著軟臥層，導(dǎo)致墩臺出現(xiàn)沉陷現(xiàn)象，應(yīng)使用增補樁基加固法進(jìn)行加固處理。在具體操作中，主要是在樁式基礎(chǔ)的周圍增加鉆孔樁，以有效提升基礎(chǔ)的承載力，確保墩臺基礎(chǔ)的穩(wěn)定[4]。

3.3 鋼筋混凝土框架加固法

鋼筋混凝土框架加固法主要是針對危橋墩臺進(jìn)行加固。在實際操作中，施工人員應(yīng)在橋臺位置處鑿出牛腿位置，對于支撐梁、牛腿以及橫系梁而言，都可以通過澆筑混凝土使其形成平面支撐框架，從而對墩臺進(jìn)行加固，提升橋梁的使用性能及年限。

3.4 鋼筋混凝土套箍加固法

鋼筋混凝土套箍加固法也是對危橋墩臺進(jìn)行加固的方法，但常用于墩臺埋深較淺，或者是施工質(zhì)量存在一定問題的危橋當(dāng)中。因為這些危橋的橋臺往往存在著貫通裂縫，墩臺也存在著開裂的問題。因此，需要采用該方法予以加固。

3.5 高壓旋噴注漿加固法

高壓旋噴注漿加固法也是一種常用的加固方法。在具體運用中，施工人員應(yīng)借助鉆機，將注漿管鉆入到注漿的位置，一邊以高壓流形式注入漿液，一邊旋轉(zhuǎn)并不斷向上提升，從而對土體造成沖擊破壞，并促使?jié){液與被打散的土層充分混合，待漿液凝固，就能形成強度較高且抗?jié)B能力較強的固結(jié)體，從而有效加固地基[5]。

3.6 粘貼鋼板加固法與碳纖維加固法

粘貼鋼板加固法與碳纖維加固法也是對橋梁墩臺進(jìn)行加固改造的有效方法。其中，碳纖維加固法主要是在橋梁墩臺表面利用高性能粘結(jié)劑粘貼高纖維布來增強構(gòu)件的承載力，從而實現(xiàn)加固補強的目標(biāo)。而粘貼鋼板加固法，則是對鋼筋混凝土橋梁的受力表面粘貼鋼板，讓其與結(jié)構(gòu)物共同受力，從而提高梁的承載能力[6]。在對橋梁墩臺進(jìn)行改造時可以應(yīng)用粘貼鋼板加固法、碳纖維加固法，以此增加墩臺的硬度，使墩臺的抗彎力、抗剪力增強。粘貼鋼板加固方法是將鋼板用粘貼劑粘貼在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的受拉邊緣或薄弱之處，從而與結(jié)構(gòu)物構(gòu)成同一整體，以此提高橋梁的承載能力。如果應(yīng)用錨栓將鋼板固定在橋梁上，則被稱為錨栓鋼板法。此時，可以選擇厚度較大的鋼板，將鋼板固定在受拉混凝土表面，能夠增加混凝土結(jié)構(gòu)的硬度，避免產(chǎn)生裂縫。在施工時，可以根據(jù)設(shè)計要求對鋼板進(jìn)行裁剪，有效提高粘貼鋼板構(gòu)件的抗彎、抗壓及抗剪性能，如果受力不均勻，混凝土中也會出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象。此外，此種方法施工相對簡單，施工周期較短，不會影響到外部結(jié)構(gòu)，加固費用相對較低，缺點在于粘貼劑的質(zhì)量以及耐久性對加固效果產(chǎn)生直接影響。粘貼碳纖維加固技術(shù)是應(yīng)用高性能的粘結(jié)劑，將碳纖維布粘貼在量體結(jié)構(gòu)物的表面，在增加結(jié)構(gòu)卸載時二者共同作用能夠提高構(gòu)件的承載力，以此達(dá)到加固的作用。纖維復(fù)合材料的力學(xué)特點是應(yīng)力應(yīng)變量不受限制，由于碳纖維本身具有高強度、耐腐蝕、質(zhì)量輕等物理性能優(yōu)勢，并且施工周期短、速度快、粘貼質(zhì)量控制性強，因此在危橋加固操作時是一項非常理想的方法。材料碳纖維加固法中粘貼材料的性能決定了碳纖維與混凝土能否共同發(fā)揮作用，因此要保證粘結(jié)材料具備足夠的強度與硬度，保證碳纖維與混凝土之間剪力的傳遞，同時達(dá)到理想的韌性，不會受混凝土開裂影響而造成粘結(jié)受影響。

4 結(jié) 語

總而言之，對危橋進(jìn)行加固維修是一項比較復(fù)雜且系統(tǒng)的工作，對于不同類型橋梁的下部結(jié)構(gòu)病害，施工企業(yè)應(yīng)對其加強檢測，合理進(jìn)行危橋評估，科學(xué)選擇下部結(jié)構(gòu)加固的方案，然后進(jìn)行施工并進(jìn)行檢測，以保證加固的效果，恢復(fù)并提升橋梁的安全性能。