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摘 要： 摘 要: 橋梁病害對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成巨大破壞，影響橋梁外觀質(zhì)量，降低橋梁承載能力，嚴(yán)重影響橋梁的使用功能。隨著我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的迅速發(fā)展，交通量日益增大，因車輛超載偏載而造成的交通事故越來(lái)越多。綜合以上原因，對(duì)橋梁病害進(jìn)行修復(fù)和加固是未來(lái)工程技術(shù)人員研究的
摘 要: 橋梁病害對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成巨大破壞，影響橋梁外觀質(zhì)量，降低橋梁承載能力，嚴(yán)重影響橋梁的使用功能。隨著我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的迅速發(fā)展，交通量日益增大，因車輛超載偏載而造成的交通事故越來(lái)越多。綜合以上原因，對(duì)橋梁病害進(jìn)行修復(fù)和加固是未來(lái)工程技術(shù)人員研究的重點(diǎn)。本文針對(duì)不同橋梁類型，闡述了病害產(chǎn)生的原因及維修加固方法，希望可以為同類橋梁的修復(fù)與加固提供一些經(jīng)驗(yàn)和參考。
關(guān)鍵詞: 公路橋梁; 病害; 加固
0 前 言
截止 2019 年底，我國(guó)橋梁數(shù)量為 87. 83 萬(wàn)座，數(shù)量位居世界第 一。其中混凝土橋梁占 90% ，配筋混凝土橋梁占 85% 。四五類橋梁數(shù)量 42 606 座，占比約 4. 85% 。而我國(guó)橋梁平均壽命僅 30 年左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足 50 年、100 年的設(shè)計(jì)使用年限要求。其主要原因?yàn)楣こ滩馁|(zhì)病害導(dǎo)致的耐久性不足，設(shè)計(jì)缺陷，施工不當(dāng)，車輛超載或偏載，橋梁承載能力不足等方面。如將危橋全部拆除重建，不僅耗費(fèi)資金巨大，而且時(shí)間上也不允許。國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)表明: 拱橋的加固費(fèi)用約為重新建橋的 20% ～ 30% ，梁橋的加固費(fèi)用約為新建橋梁的 30% ～ 40% ，維修和加固舊橋所產(chǎn)生的費(fèi)用遠(yuǎn)小于新建橋梁。因此，橋梁工程維修加固技術(shù)對(duì)未來(lái)的交通運(yùn)輸發(fā)展具有重要作用。
1 混凝土橋梁表觀缺陷成因與加固技術(shù)
混凝土橋梁結(jié)構(gòu)主要表觀缺陷為蜂窩、麻面、孔洞、混凝土剝落、露筋、磨損、裂縫、鋼筋銹蝕，其產(chǎn)生原因見(jiàn)表 1。這些缺陷的形成是結(jié)構(gòu)性或非結(jié)構(gòu)性的，主要與外部荷載、施工質(zhì)量及混凝土材料相關(guān)。混凝土表觀缺陷在一定時(shí)間內(nèi)不會(huì)影響結(jié)構(gòu)使用功能，但在荷載作用、環(huán)境作用及自然老化影響下這些缺陷會(huì)加快發(fā)展趨勢(shì)，引起結(jié)構(gòu)性損壞，造成橋梁使用功能退化，因而需要引起重視，在短期內(nèi)進(jìn)行修復(fù)和加固[1 - 2]。
對(duì)蜂窩、麻面、露筋、剝落的混凝土表面可采用水泥砂漿修補(bǔ)，在修補(bǔ)前，需對(duì)混凝土表面進(jìn)行鑿毛處理，對(duì)已生銹的鋼筋進(jìn)行除銹處理，使混凝土表面保持濕潤(rùn)、清潔。然后用 1 ∶2 ～ 1∶2. 5 水泥砂漿抹面壓實(shí)。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)表面裂縫在限值范圍內(nèi)時(shí)，也可采用此法。當(dāng)裂縫寬度大于限值時(shí)，采用壓力灌漿法在結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫中灌入環(huán)氧樹脂或其他化學(xué)漿液，用來(lái)封閉裂縫，可恢復(fù)并提高其強(qiáng)度和耐久性。對(duì)于蜂窩、孔洞較嚴(yán)重或露筋較深時(shí)可采用混凝土修補(bǔ)，對(duì)混凝土表面進(jìn)行清理，用清水洗刷并保持濕潤(rùn)后，采用比原混凝土強(qiáng)度高一等級(jí)的細(xì)石混凝土修補(bǔ)，修補(bǔ)方法可采用現(xiàn)澆、涂抹、壓漿等[3]
2 不同橋型病害成因與加固技術(shù)
2. 1 混凝土梁橋病害成因與加固
鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋在我國(guó)公路橋梁中使用較普遍，其上部結(jié)構(gòu)主要病害為主梁裂縫，例如箱梁頂?shù)装辶芽p、腹板斜向裂縫。T 梁的腹板裂縫、翼緣板裂縫及底板裂縫。其產(chǎn)生原因包括混凝土徐變?cè)斐傻念A(yù)應(yīng)力損失，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力減小，超載車輛導(dǎo)致開(kāi)裂，橫向配筋不足，腹板設(shè)計(jì)厚度不足，同時(shí)箍筋配置過(guò)少，沒(méi)有設(shè)置抗剪的彎起預(yù)應(yīng)力鋼束，施工張拉控制不足造成預(yù)應(yīng)力損失等[8]。
目前針對(duì)上述病害常用的加固方法有粘貼鋼板和碳纖維布加固技術(shù)，或者采用施加體外預(yù)應(yīng)力加固。粘貼鋼板加固是采用環(huán)氧樹脂系列粘結(jié)劑將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受拉區(qū)或薄弱部位，使之與結(jié)構(gòu)物形成整體，通過(guò)鋼板與原結(jié)構(gòu)物的共同作用，改善原結(jié)構(gòu)物的應(yīng)力狀態(tài)，限制裂縫進(jìn)一步發(fā)展，提高橋梁的承載力，達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)效果; 碳纖維布加固原理是將抗拉性能良好的 FRP 布用樹脂類粘結(jié)膠粘貼在混凝土結(jié)構(gòu)表面，使其與原結(jié)構(gòu)形成整體，在荷載作用下共同受力、共同工作可以有效提高被加固構(gòu)件的承載力，包括抗彎、抗剪及抗震能力。粘貼碳復(fù)合纖維材料加固對(duì)原結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布幾乎沒(méi)有改變，保證了原有結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。但粘貼碳纖維復(fù)合材料在橋梁加固中不宜使用過(guò)多，如果過(guò)多可能會(huì)引起混凝土突然脆性破壞，橋梁的受力結(jié)構(gòu)改變。
體外預(yù)應(yīng)力加固是運(yùn)用預(yù)應(yīng)力原理，通過(guò)布置預(yù)應(yīng)力筋對(duì)原梁體主動(dòng)施加外力，以改善原結(jié)構(gòu)受力狀況的加固方法。對(duì)于鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，采用此方法使其產(chǎn)生與原橋的不利彎矩方向相反的軸力和彎矩，可以抵消部分自重應(yīng)力，起到卸載作用。相對(duì)于粘貼鋼板和碳纖維布加固方法，該方法自重增加很少，卻能改善和調(diào)整原結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，提高梁體剛度和抗裂性能，可大大減小交通損失和維護(hù)費(fèi)用。其缺點(diǎn)是體外預(yù)應(yīng)力筋無(wú)保護(hù)措施，易在火災(zāi)下失效; 轉(zhuǎn)向和錨固裝置因承受較大且復(fù)雜應(yīng)力，易產(chǎn)生局部裂縫等損傷; 錨固失效意味著預(yù)應(yīng)力喪失，所以錨具防護(hù)要求高; 體外預(yù)應(yīng)力在極限狀態(tài)下可能因延性不足而產(chǎn)生沒(méi)有預(yù)兆的失效[4]。
2. 2 系桿拱橋病害成因與加固
系桿拱是一種近年來(lái)較為常見(jiàn)的無(wú)推力拱橋，其承重結(jié)構(gòu)由拱肋、吊桿與系桿( 拉桿) 組成。系桿常用鋼絞線或高強(qiáng)鋼絲組成，或用配有較多預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力混凝土系桿或鋼梁承擔(dān)。其造型優(yōu)美，造價(jià)相對(duì)不高，被廣泛應(yīng)用于公路橋梁中。系桿拱橋典型病害包括吊桿、系桿、拱肋三個(gè)大方向。吊桿病害有吊桿鋼索銹蝕，斷裂或斷絲，吊桿扭曲，吊桿橫梁錨墊板下混凝土周圍開(kāi)裂，吊桿防護(hù)破損。系桿由于自身防護(hù)不足，加之外荷載和外部腐蝕介質(zhì)作用，絕大部分索體存在不同程度的病害，甚至出現(xiàn)系桿斷裂情況。當(dāng)部分系桿需要被更換時(shí)，也因其采取的永久錨固方式而面臨更換困難的情況[5]。
拱肋病害有管內(nèi)混凝土脫空，其原因是拱肋排氣設(shè)計(jì)不當(dāng)，拱肋曲線線性難以保證混凝土密實(shí)，鋼管與混凝土兩種材料對(duì)溫度的線膨脹系數(shù)不同; 鋼管銹蝕，其原因是防腐涂層剝落、起皮、開(kāi)裂，無(wú)法起到保護(hù)鋼管作用; 鋼管局部變形，其原因是由鋼管彎曲時(shí)引起的褶皺; 鋼管涂層損壞、焊縫質(zhì)量差、開(kāi)裂銹蝕，主拱外包混凝土開(kāi)裂、拱軸線變形也是拱肋的常見(jiàn)病害。
系桿拱橋主要維修加固有更換吊桿，更換或新增系桿，拱肋處理。更換吊桿具體步驟為: 受力驗(yàn)算→施工準(zhǔn)備→安裝臨時(shí)兜吊系統(tǒng)→確定啟動(dòng)索力→拆除舊吊桿→安裝新吊桿→測(cè)量橋面標(biāo)高、索力。全橋索力更換完成后，統(tǒng)一進(jìn)行索力測(cè)試，對(duì)部分索力有偏差的吊桿進(jìn)行索力調(diào)整。錨具表面涂緩釋膏，預(yù)埋管填防腐油脂或填充緩釋膏，安裝防水罩。對(duì)外露的錨具、錨墊板進(jìn)行防腐處理，并在相應(yīng)位置涂抹黃油密封，在上、下錨管內(nèi)安裝高阻尼橡膠減震器，以減輕索體震顫，并進(jìn)行相應(yīng)索體防護(hù)及防水處理。
面對(duì)永久錨固式系桿更換困難的情況，目前還沒(méi)有特別有效的解決手段。常用的新增系桿法不能徹底解決原系桿的耐久性問(wèn)題。原為更換法中拔除舊系桿的手段只適用于系桿錨固長(zhǎng)度較短的情況，工程人員應(yīng)結(jié)合橋梁的實(shí)際情況，采取相應(yīng)的更換手段。
拱肋處理包括鋼管混凝土脫空處理，宜選擇在夏季高溫的中午進(jìn)行加固，此時(shí)脫粘的寬度最大，容易壓漿密實(shí); 鋼管局部處理，因薄壁管引起的局部變形，如后續(xù)沒(méi)有進(jìn)一步發(fā)展可不予處理，但在日常性養(yǎng)護(hù)中需加以觀測(cè); 鋼管焊縫修復(fù)，若發(fā)現(xiàn)焊接處有異常情況，應(yīng)分析裂縫發(fā)展原因并按照有關(guān)焊縫修補(bǔ)工藝的規(guī)定，及時(shí)補(bǔ)焊修復(fù)，修復(fù)完畢應(yīng)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，確認(rèn)焊縫缺陷不存在，否則應(yīng)重新修補(bǔ)，焊縫修補(bǔ)次數(shù)一般不應(yīng)超過(guò) 2 次。
2. 3 斜拉橋病害成因與加固
斜拉橋是由主梁、塔柱和斜索組成的超靜定體系，由于其跨越能力大、材料用量省、施工簡(jiǎn)便以及造型優(yōu)美，在世界范圍內(nèi)取得飛速發(fā)展。
斜拉橋主要病害有拉索腐蝕，腐蝕是物質(zhì)與介質(zhì)作用而引起的破壞。由于腐蝕過(guò)程是自發(fā)的，拉索的破壞將會(huì)始終存在; 拉索回縮，斜拉索在張拉過(guò)程中分絲板會(huì)與錨杯內(nèi)杯相接觸，分絲板除了承受拉力和冷鑄體的反力外，還將承受側(cè)向擠壓力和摩檫力，而分絲板厚度較薄，分絲板會(huì)因受力過(guò)大而變形，導(dǎo)致鋼絲回縮，影響斜拉索的疲勞壽命; 拉索振動(dòng)，拉索多暴露于大氣中，在風(fēng)或索錨固端運(yùn)動(dòng)作用下發(fā)生明顯振動(dòng)。斜拉索振動(dòng)頻率與主橋基頻接近時(shí)，還會(huì)引起共振。斜拉索的振動(dòng)會(huì)增加拉索索力，加劇斜拉索和錨具的疲勞破壞，還會(huì)損壞斜拉索保護(hù)裝置。斜拉索索力退化，原因有拉索斷絲、溫度影響、錨固區(qū)病害、自然災(zāi)害等因素[6]。
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拉索錨固裝置疲勞，斜拉索的巨大拉力集中作用在索的錨固結(jié)構(gòu)處，通過(guò)有限的范圍傳遞到主梁上，若錨固結(jié)構(gòu)與主梁的連接及構(gòu)造處理不當(dāng)而使之處在應(yīng)力峰值點(diǎn)時(shí)，錨固裝置就會(huì)出現(xiàn)疲勞; 錨頭腐蝕，斜拉索錨頭的防護(hù)措施沒(méi)有斜拉索的防護(hù)措施那么有利，由于護(hù)筒發(fā)生滲漏，導(dǎo)致下護(hù)筒積水，加之橡膠密封圈效果不好，錨頭會(huì)產(chǎn)生銹蝕。
斜拉橋拉索加固內(nèi)容為拉索更換，確立施工順序，換索最好按索號(hào)順序依次進(jìn)行。換索一般以橋塔為中心，兩側(cè)對(duì)稱進(jìn)行。換索過(guò)程中，要控制拉索的索力或主梁的線形，以保證主梁的內(nèi)力和線形都接近設(shè)計(jì)值。同時(shí)要進(jìn)行全過(guò)程的施工監(jiān)控，包括換索前、換索中、換索后的索力測(cè)試; 橋面標(biāo)高與索力測(cè)試可以同步進(jìn)行，保證換索過(guò)程中不改變?cè)兴髁透叱? 對(duì)主梁和主塔進(jìn)行應(yīng)力觀測(cè)，以保證在換索過(guò)程中拉索、主塔、主梁的內(nèi)力變化都在容許范圍內(nèi)[7]。
3 獨(dú)柱墩橋梁抗傾覆加固技術(shù)
獨(dú)柱墩橋梁橋墩結(jié)構(gòu)輕巧，橋下空間較大，與雙柱墩相比可以較小地影響原地面的交通。但獨(dú)柱墩尺寸較小，對(duì)于上部較寬的主梁，較小的橫向尺寸使得支座間距也相應(yīng)減小，在車輛超載或偏載作用下，支座受力較大，主梁安全系數(shù)低，容易發(fā)生主梁傾覆事故[9 - 10]。
防止獨(dú)柱墩傾覆的加固通常做法是在獨(dú)柱墩兩側(cè)增加支撐柱，或者在承臺(tái)兩側(cè)通過(guò)植筋加大承臺(tái)并增加基礎(chǔ)，在其上方增設(shè)鋼管混凝土或薄壁墩; 在無(wú)法增加承臺(tái)面積情況下，可直接在原承臺(tái)上設(shè)置支撐柱，加固效果見(jiàn)圖 1。
如果對(duì)橋下凈空有一定要求，可以不采用上述方式，可選用能保證加固效果的同時(shí)又兼顧橋下凈空和美觀的要求，經(jīng)過(guò)比較，在墩頂處設(shè)置混凝土支撐結(jié)構(gòu)通過(guò)植筋與原墩柱連接牢固，形成蓋梁，在混凝土結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置雙向滑動(dòng)拉壓支座，可以達(dá)成與原結(jié)構(gòu)風(fēng)格統(tǒng)一協(xié)調(diào)的加固方式[11]，加固效果見(jiàn)圖 2
4 結(jié) 語(yǔ)
橋梁維修加固作為新技術(shù)在針對(duì)我國(guó)目前多發(fā)的公路橋梁病害及交通事故中應(yīng)用前景廣泛，但維修加固技術(shù)還有待探索和提高。在實(shí)際工程加固中，應(yīng)反復(fù)驗(yàn)證和試驗(yàn)，在經(jīng)濟(jì)、安全、可靠的基礎(chǔ)上，完善橋梁加固技術(shù)，提高國(guó)家經(jīng)濟(jì)效益和人民利益，這為交通強(qiáng)國(guó)的實(shí)現(xiàn)有著積極作用。——論文作者：趙 帥
參 考 文 獻(xiàn):
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