高德全
摘要:橋梁加固維修直接關(guān)系到道路的運(yùn)營(yíng)狀況,加固效率的高低直接關(guān)系到道路中斷運(yùn)營(yíng)時(shí)間的長(zhǎng)短。為了適應(yīng)公路交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展需求,保證橋梁結(jié)構(gòu)安全、滿足使用功能、有效延長(zhǎng)橋梁使用壽命,需要對(duì)大量的危舊橋梁進(jìn)行改造、加固和維修。
關(guān)鍵詞:公路橋梁;加固處理;施工方案;施工工藝
1公路橋梁加固的必要性
近年來,隨著交通量的大幅度增加,特別是各種超限車輛的行駛對(duì)公路橋梁也造成了極大的傷害,同時(shí),危橋的數(shù)量增長(zhǎng)速度也逐步加快。交通量的大幅增長(zhǎng)以及超重車、集裝箱、大噸位車的急劇增多,環(huán)境污染、極端的自然環(huán)境的日益加重,加快了橋梁的破損,也造成了橋梁自身加速老化,壽命縮短。因此對(duì)現(xiàn)有橋梁進(jìn)行檢測(cè)、鑒定、加固是十分必要的。
橋梁加固,就是通過一定的措施使構(gòu)件乃至整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載能力及其使用性能得到提高,以滿足新的要求,也就是要針對(duì)橋梁所發(fā)生的不能滿足繼續(xù)使用的狀況進(jìn)行處理。通過橋梁加固后,可以延長(zhǎng)橋梁的使用壽命,用少量的資金投入,使橋梁能滿足交通量的需求,還可以緩和橋梁投資的集中性,預(yù)防和避免橋梁坍塌造成的人員和財(cái)產(chǎn)的損失。
2公路橋梁加固的目的和原因
(1)橋梁加固的目的
增加橋面的寬度,提高交通運(yùn)行能力,提高技術(shù)等級(jí),增加橋梁的承載能力,滿足現(xiàn)代化運(yùn)輸?shù)囊?,特別是大型重型車的與日俱增,對(duì)于提高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和承載力,在舊橋加固與維修中成為首要考慮的因素。橋梁加固能滿足現(xiàn)代人的需求以不損害后代人滿足需求的能力,是經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源和環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展。
(2)橋梁加固的原因
①使用荷載超限。隨著城市道路運(yùn)輸量的大幅增加,車輛荷載的超限現(xiàn)象非常普遍,貨運(yùn)機(jī)動(dòng)車單車重量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)規(guī)范的設(shè)計(jì)值,這將直接導(dǎo)致橋梁關(guān)鍵部位承受超過設(shè)計(jì)允許的荷載而使梁體出現(xiàn)較大裂縫,因此該立交橋腹板等部位出現(xiàn)較多裂縫與大量超載車輛通行有直接的關(guān)系。
②施工存在著弊端。橋面板間伸縮間距的施工誤差,后澆柱填料老化,伸縮裝置安裝的不好,橋頭前后橋面凸凹不平。普通鋼筋混凝土本身是帶裂縫工作的,加上周邊空氣濕度等外界因素的影響,部分保護(hù)層厚度不夠的鋼筋就會(huì)產(chǎn)生銹蝕,使原本未超標(biāo)的裂縫繼續(xù)擴(kuò)大,給橋梁帶來各種病害。橋面澆筑不良,支撐臺(tái)做的不好。
③自然或人為災(zāi)害影響。由于自然災(zāi)害等不可預(yù)見的原因,使得橋梁直接超出其設(shè)計(jì)的承載能力,發(fā)生變形、斷裂等。人為的原因如涉及施工中存在缺陷,或者因?yàn)槁入x子侵人、酸侵蝕等原因使得橋梁結(jié)構(gòu)的混凝土及鋼筋腐蝕嚴(yán)重以及超出設(shè)計(jì)的洪水、泥石流、浮冰、冰凍、地震、強(qiáng)風(fēng)、船舶撞擊,在遇到自然地質(zhì)災(zāi)害時(shí),就會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)遭到毀壞。
④設(shè)計(jì)的缺陷。在最初橋梁設(shè)計(jì)的時(shí)候,并沒有進(jìn)行長(zhǎng)遠(yuǎn)的考慮,在設(shè)計(jì)橋梁的時(shí)候都是按照當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)要求。在使用了幾十年之后,設(shè)計(jì)出現(xiàn)了變更,其中最主要的橋梁荷載設(shè)計(jì)規(guī)范已經(jīng)從6級(jí)-8級(jí)——到現(xiàn)在的超20級(jí),很明顯以前的規(guī)范設(shè)計(jì)的橋梁已經(jīng)不能滿足日益變化的車輛要求。隨著使用材料的不斷進(jìn)步發(fā)展,以及組織施工設(shè)計(jì)的更新,橋梁的負(fù)載量正在日益加大。除了橋梁的荷載發(fā)生變化之外,橋梁的通行能力表現(xiàn)為不足。具體說來橋面寬度不足、橋梁平面線形、縱斷面線形標(biāo)準(zhǔn)太低;橋上通車凈空或橋下通車凈空不足。
3公路橋梁的主要病害
路橋的主要病害主要有3個(gè)方面:
1)使用狀態(tài)。梁體主要受拉區(qū)在荷載作用下開裂或原有裂縫有擴(kuò)張趨勢(shì),鋼筋應(yīng)力較大,結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)出現(xiàn)問題,但梁本身受拉區(qū)未破損,受拉筋未損失,結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度并未減小;
2)極限狀態(tài)。梁體主要受拉區(qū)在荷載作用下,截面應(yīng)力較小,梁體在荷載作用下沒有開裂或原有裂縫穩(wěn)定,沒有新的擴(kuò)張,結(jié)構(gòu)的使用狀態(tài)沒有問題;但梁體由于被撞而造成鋼筋或預(yù)應(yīng)力鋼絲斷裂,使梁體現(xiàn)有配筋與原設(shè)計(jì)相比減少,結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度降低;
3)其他狀況。如鋼筋混凝土橋梁的混凝土剝落、蜂窩、漏筋、麻面、空洞、磨損、銹蝕、老化、錐坡沉降開裂等。具體病害及其形成原因如下:
①支座病害。支座存在變形、橡膠保護(hù)層老化開裂(見圖1)、與梁板脫空(見圖2)等問題。橡膠支座在橋梁使用較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)老化,將會(huì)大大縮短支座使用壽命,隨著時(shí)間延長(zhǎng),橡膠支座橡膠體將失去原有的彈性,從而導(dǎo)致橡膠支座不能正常工作,失去橡膠支座應(yīng)有的傳遞梁體伸縮位移和轉(zhuǎn)角的功能,嚴(yán)重時(shí)將使板式橡膠支座因滿足不了梁體轉(zhuǎn)動(dòng)而大面積脫空,給橋梁的正常使用帶來不利影響,增加高速公路使用期的養(yǎng)護(hù)和運(yùn)營(yíng)成本,嚴(yán)重時(shí)還將危及到橋梁的使用安全。
圖1 橡膠支座老化、開裂圖2支座與梁板脫空
②底板或腹板病害。橋梁底板或腹板處有空洞,鋼筋及波紋管外露銹蝕(見圖3)等問題。由于澆制混凝土?xí)r振搗不實(shí)以及鋼筋網(wǎng)太密,使得底板及腹板處出現(xiàn)空洞,造成鋼筋及波紋管外露。橋梁本身便處于潮濕的環(huán)境中,因而鋼筋和波紋管極易發(fā)生腐蝕,使得混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性以及橋梁的承載能力降低。
③梁體病害。梁體存在裂縫、滲水、混凝土鹽堿化等問題。裂縫是鋼筋混凝土橋梁中普遍存在的一種缺陷或主要的病害。裂縫一般分為兩種類型:一種是由于橋梁結(jié)構(gòu)的荷載產(chǎn)生的,有縱向裂縫和橫向裂縫兩種;另一種是施工時(shí)質(zhì)量缺陷或環(huán)境改變而出現(xiàn)的裂縫。裂縫是橋梁的重大病害之一,不管是哪一種裂縫,只要裂縫的寬度超出規(guī)定允許的范圍和限度,都會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)惡化,影響橋梁的承載能力和使用壽命。導(dǎo)致混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因是混凝土中的拉應(yīng)力超過其極限抗拉強(qiáng)度或者混凝土構(gòu)件的變形受到約束造成的,此外還受混凝土材料的質(zhì)量、施工養(yǎng)護(hù)條件、外界環(huán)境等的影響。橋梁滲水,會(huì)加速混凝土的腐蝕以及其內(nèi)部鋼筋的銹蝕?;炷恋母g一般是指混凝土材料的堿-骨料反和鹽腐蝕?;炷恋母g是混凝土橋梁破壞的主要原因,受力構(gòu)件往往因?yàn)槭軌簠^(qū)混凝土腐蝕而破壞。
圖3 鋼筋、波紋管外露銹蝕圖4橫隔板下部連接鋼板外露、銹蝕
④橫隔板病害。部分橫隔板存在下部封閉不嚴(yán),連接鋼板外露、銹蝕,連接鋼板脫落等問題(見圖4)。橫隔板是為保持截面形狀、增強(qiáng)橫向剛度而在橋梁之間設(shè)置的構(gòu)件。它對(duì)橋梁上分布的活荷載起作用。若橫隔板下部密封不嚴(yán),鋼板外露銹蝕甚至脫落,會(huì)影響橋梁側(cè)向荷載的傳遞,同時(shí)橋梁的橫向剛度也會(huì)受到影響,對(duì)橋梁整體造成危害。
⑤樁基病害。河床下切使樁基外露,被流水沖蝕,部分樁基箍筋外露銹蝕(見圖5)。河床下切是指現(xiàn)有河床比設(shè)計(jì)時(shí)河床基準(zhǔn)面下降,其下切按成因可分為沖刷產(chǎn)生河床下切和人工挖沙產(chǎn)生河床下切。一方面,橋墩和橋臺(tái)的修建使原來的河槽過水?dāng)嗝婵s小,造成河道水流流態(tài)發(fā)生改變,局部增大了河水流速,對(duì)橋基產(chǎn)生強(qiáng)烈沖刷。在水流的沖刷下,把河床中的松散沉積物局部或全部沖走,進(jìn)而導(dǎo)致樁基礎(chǔ)埋置深度不夠,直接影響橋墩自身的承載能力,威脅整個(gè)橋梁的安全。另一方面,從河中抽砂(采砂)是多年來獲取砂料的傳統(tǒng)方法,但長(zhǎng)期人為無序地抽砂致使河床下切,直接影響到采砂河段橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)的承載能力?;鶚兜耐饴?,使基樁失去側(cè)支撐力及摩擦力,影響橋梁的穩(wěn)定性及耐震性;且外露的基樁易受滾石、漂木撞擊,造成樁體裂縫甚至斷裂或使橋墩受損。
圖5河床下切,樁基外露
⑥伸縮縫病害。伸縮縫錨固區(qū)混凝土有剝落、破損現(xiàn)象,部分伸縮縫橡膠體破損、脫落。橋梁伸縮縫指的是為滿足橋面變形的要求,通常在兩梁端之間、梁端與橋臺(tái)之間或橋梁的鉸接位置上設(shè)置的一種伸縮裝置。橋梁伸縮縫設(shè)置在梁端構(gòu)造薄弱的部位,直接承受車輛荷載的反復(fù)作用,又多暴露于大自然中,受到各種自然因素的影響以及設(shè)計(jì)不周、伸縮裝置本身構(gòu)造剛度不足、伸縮裝置的后澆壓填材料選擇不當(dāng)、施工不當(dāng)、連續(xù)縫設(shè)置不夠完善等原因,使伸縮裝置成為易損壞、難修補(bǔ)的部位。伸縮縫的破壞使得雨水等下滲嚴(yán)重,加劇了混凝土的腐蝕、鋼筋的銹蝕,特別是橡膠支座的老化、變形、開裂等問題。
⑦臨時(shí)支座未拆除。在橋梁施工中,因施工工藝和工序的需要,梁體架設(shè)施工中有時(shí)要設(shè)置臨時(shí)支座放置梁體,在一聯(lián)的濕接縫和預(yù)應(yīng)力張拉完成后,再采取特殊方法將梁體放置到固定支座上,這樣才算完成了梁體的架設(shè)工作。但在梁體架設(shè)完成后必須將臨時(shí)支座拆除,否則會(huì)影響梁體的移動(dòng)和規(guī)定范圍內(nèi)的變形,使得梁體受力不均,造成橋梁破壞。
⑧橋下空間被占用,個(gè)別橋下堆積可燃物,存在火災(zāi)隱患。
通過對(duì)橋梁病害的分析可知:支座病害、梁體病害、樁基病害、伸縮縫病害主要是由于環(huán)境或材料因素造成的,可歸類為自然病害;底(腹)板病害、橫隔板病害、臨時(shí)支座未拆除、橋下空間被占用等病害主要是由于施工不當(dāng)或養(yǎng)護(hù)管理不及時(shí)造成的,可歸類為人為病害。統(tǒng)計(jì)分析顯示,人為病害占了較大的比重。
3公路橋梁加固維修原則
我們?cè)谶M(jìn)行加固設(shè)計(jì)時(shí),考慮到橋梁結(jié)構(gòu)特征和使用功能的不同,對(duì)各種加固補(bǔ)強(qiáng)方法進(jìn)行綜合應(yīng)用,制定了加寬與加固相結(jié)合的方案,以確保加固措施的合理性、經(jīng)濟(jì)性和安全性,在加固過程中我們遵循了以下原則:
(1)考慮到橋梁結(jié)構(gòu)相互長(zhǎng)期作用,產(chǎn)生失效或損傷,經(jīng)檢測(cè)不能滿足正常使用時(shí),必須進(jìn)行加固,并要求加固后的橋梁結(jié)構(gòu)恢復(fù)到原設(shè)計(jì)的橋梁壽命。
(2)橋梁加固設(shè)計(jì)應(yīng)與施工方法相結(jié)合,充分考慮新老結(jié)構(gòu)的連接可靠,以保證它們協(xié)同工作。
(3)對(duì)大橋其主要承重構(gòu)件需要加固補(bǔ)強(qiáng)時(shí),應(yīng)進(jìn)行方案比選和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià),并對(duì)主要承重構(gòu)件做相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
(4)為保證原橋結(jié)構(gòu)的合理性、經(jīng)濟(jì)性和安全性,在加固設(shè)計(jì)及施工中盡量不損傷原結(jié)構(gòu),保留具有利用價(jià)值的原構(gòu)件,避免不必要的拆除。
(5)在加固施工過程中,盡量考慮通行車輛及人對(duì)施工干擾,做到盡可能減小干擾和對(duì)周圍環(huán)境的污染。
(6)在施工過程中,若發(fā)現(xiàn)舊橋結(jié)構(gòu)或相關(guān)隱蔽工程部位有缺陷時(shí),應(yīng)采取有效措施,彌補(bǔ)缺陷,方可進(jìn)行下道工序。
(7)加固施工過程中,建立健全安全監(jiān)測(cè)措施,保證人員及結(jié)構(gòu)安全。
4橋梁加固維修技術(shù)探討
4.1公路橋梁加固
(1)橋跨結(jié)構(gòu)加固
a)粘貼鋼板加固方法適用于受彎、受剪和受拉構(gòu)件,或縱向主筋出現(xiàn)嚴(yán)重的銹蝕,或梁板橋的梁出現(xiàn)嚴(yán)重橫裂縫時(shí),用黏結(jié)劑及錨栓將鋼板粘貼錨固在混凝土結(jié)構(gòu)的受拉緣或薄弱部位,使其與結(jié)構(gòu)形成整體,提高橋梁承載能力。
b)外包鋼加固方法適用于提高受壓為主構(gòu)件的承載力、剛度及延性,具有施工簡(jiǎn)便、效果明顯、成本低的特點(diǎn),通過不顯著增大構(gòu)件截面尺寸和自重來提高承載能力。
c)粘貼碳纖維片加固法適用于混凝土梁橋、板橋的抗彎和抗剪加固,具有輕質(zhì)高強(qiáng),操作簡(jiǎn)單,易于粘貼,不銹蝕的優(yōu)點(diǎn)。
d)橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法適用于中、小跨徑的橋梁,通過在橋面板加鋪一層鋼筋混凝土層,使其與原有結(jié)構(gòu)形成整體,增大橋面板高度和受壓截面,增加橋面整體剛度,提高橋梁承載力。
e)增大截面和配筋加固法適用于梁(板)橋及拱橋拱肋的加固,通過在構(gòu)件表面加大混凝土尺寸,增加受力鋼筋,使其與原結(jié)構(gòu)形成整體,增加構(gòu)件剛度,提高橋梁的整體承載力。
f)預(yù)應(yīng)力加固法適用于截面受彎和梁斜截面受剪承載力不足,正截面受拉區(qū)鋼筋銹蝕及梁抗彎剛度不足,而造成梁撓度和受拉區(qū)裂縫超過規(guī)范規(guī)定。這種施工方法工藝簡(jiǎn)單,投入少,工期短,經(jīng)濟(jì)效益明顯,對(duì)原結(jié)構(gòu)損傷小,能較大幅度提高或恢復(fù)橋梁的承載能力,但需進(jìn)行可靠的防腐設(shè)計(jì)。
g)增加構(gòu)件加固法適用橋梁承載力不能滿足要求或者橋面加寬時(shí)需通過增設(shè)縱梁來提高承載力以及適應(yīng)拓寬改建要求時(shí),進(jìn)行的墩臺(tái)加寬,但需要計(jì)算各縱梁的受力,根據(jù)各受力設(shè)計(jì)確定新縱梁的配筋。
(2)墩臺(tái)與基礎(chǔ)加固方法
a)擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法適用于基礎(chǔ)承載力不足或埋置太淺,而墩臺(tái)又是磚石或混凝土剛性實(shí)體基礎(chǔ)時(shí)的情況,采取在擴(kuò)大部分打入一定數(shù)量的樁以提高地基承載力,所增加樁的數(shù)量需根據(jù)地基變形計(jì)算加以選定。
b)增補(bǔ)樁基加固法適用于地基承載力不足或橋梁采用樁基礎(chǔ)拓寬擴(kuò)大面面積的項(xiàng)目,通過增設(shè)基樁,擴(kuò)大原承臺(tái)面積,使墩臺(tái)的壓力部分傳遞至新樁基來提高地基承載力。
c)高壓旋噴漿加固法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)黏土、粉土、黃土、砂土、人工填和碎石土地基,用于增加地基強(qiáng)度,擋土圍堰及地下工程建設(shè),增大摩擦力及固著力,減少振動(dòng)防止砂土液化,降低土的含水量,防止洪水沖刷和防滲帷幕等工程,具有使用范圍廣、施工簡(jiǎn)便、漿液集中流失少、固結(jié)體形可控制、強(qiáng)度高、耐久性好、材料低廉、管理方便、生產(chǎn)安全無公害等特點(diǎn)。
4.2公路橋梁日常養(yǎng)護(hù)維修
(1)橋面系的養(yǎng)護(hù)維修
a)橋面鋪裝應(yīng)保持平整,無車轍、推移、波浪現(xiàn)象,應(yīng)經(jīng)常清掃橋面,及時(shí)排出積水和積雪,保持橋面堅(jiān)實(shí),平整清潔。如出現(xiàn)泛油、擁包、裂縫、波浪、坑槽等病害,應(yīng)將破損部分鑿除,沿鋪裝層內(nèi)鋼筋方向鑿成方形或矩形,及時(shí)修復(fù),損壞面較大者,可進(jìn)行局部翻漿或全部鑿除,重鋪新的鋪裝層,但不能在原路面上再加鋪橋面,以免增加橋梁恒載。
b)橋面的泄水管如有堵塞,應(yīng)及時(shí)疏通,避免雨水不能及時(shí)排出而侵蝕鋼結(jié)構(gòu)并影響行車安全。
c)伸縮縫應(yīng)經(jīng)常養(yǎng)護(hù),清除縫內(nèi)沉積物,使其能夠自由平順伸縮,若出現(xiàn)破損、脫落、漏水或橡膠老化、斷裂等現(xiàn)象,則應(yīng)及時(shí)更換伸縮縫。
d)橋梁內(nèi)外側(cè)護(hù)欄及防撞墻應(yīng)經(jīng)常保持完好狀態(tài),若有損壞應(yīng)及時(shí)修復(fù),定期檢修。
e)橋上的交通標(biāo)志和標(biāo)線應(yīng)經(jīng)常保持完好、色澤鮮明,反光標(biāo)志的反光膜和反光漆如有缺損或圬垢,應(yīng)及時(shí)補(bǔ)漆和清理。
(2)上部結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)維修
a)主要承重構(gòu)件要定期檢查和維修。
b)結(jié)構(gòu)混凝土如出現(xiàn)超標(biāo)裂縫應(yīng)及時(shí)予以填充和封閉,查明原因,采取加固和補(bǔ)強(qiáng)措施。
c)混凝土缺陷要及時(shí)修補(bǔ)。
d)外露鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)要檢查和修復(fù)。
e)圬工砌體勾縫剝落、碎裂時(shí)應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)。
f)索、吊(系)桿防護(hù)體應(yīng)維護(hù),油脂定期更換。
g)支座定期除塵和清理周圍雜物,支座附近應(yīng)保持干燥、潔凈,支座如有損壞需及時(shí)修復(fù)或更換。
(3)下部構(gòu)造及附屬設(shè)施養(yǎng)護(hù)維修
a)對(duì)橋梁上下游各1.5倍橋長(zhǎng),但不小于50 m的河床應(yīng)適時(shí)地進(jìn)行疏通,樹立警示牌,禁止任意挖砂取土、傾倒垃圾等;
b)不得隨意在橋址附近修建對(duì)橋梁有害的水工建筑物;
c)保持拱座墩結(jié)構(gòu)表面整潔,及時(shí)清除雜物,當(dāng)表面發(fā)生侵蝕剝落、蜂窩麻面、裂縫等病害,及時(shí)修補(bǔ)。
5結(jié)論與建議
橋梁的病害原因除了施工因素、環(huán)境因素以及材料因素外,橋梁日常養(yǎng)護(hù)管理的疏忽也是一大主要因素,對(duì)此提出幾點(diǎn)建議:一是增加橋梁管養(yǎng)的力度,增大橋梁檢查頻率,重視對(duì)橋梁的檢查,將橋梁檢查分為經(jīng)常檢查、定期檢查及特殊檢查3個(gè)層次來進(jìn)行。二是配備專職橋梁養(yǎng)護(hù)工程師和專業(yè)養(yǎng)護(hù)隊(duì)伍,力求使養(yǎng)護(hù)管理工作決策及時(shí)、采取措施得當(dāng),確保橋梁安全和延長(zhǎng)使用壽命。三是建立健全完善的橋梁檔案,為以后橋梁的維護(hù)提供資料支持。四是加大橋梁維修加固費(fèi)的投入,為公路橋梁發(fā)展提供資金保證。
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