混凝土結(jié)構(gòu)橋梁加固技術(shù)的應(yīng)用探究

劉博涵

（北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，北京 100044）

混凝土結(jié)構(gòu)橋梁加固技術(shù)的應(yīng)用探究

劉博涵

（北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，北京 100044）

橋梁施工中做好加固處理對于橋梁承載力與質(zhì)量的提升具有十分重要的現(xiàn)實意義。本文對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)、主要加固方法做出介紹，結(jié)合具體工程實例對目前橋梁中所存在的問題做出分析，在此基礎(chǔ)上進一步探討混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的加固步驟與工藝，并提出其中需注意的事項，為混凝土結(jié)構(gòu)橋梁加固技術(shù)的研究工作帶來一定的借鑒價值。

混凝土；結(jié)構(gòu)橋梁；加固技術(shù)；應(yīng)用

伴隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展以及交通運輸事業(yè)的不斷進步，橋梁作為一種重要的建筑物得到了越來越廣泛的應(yīng)用。然而在經(jīng)濟水平提升的過程中交通運輸量也在持續(xù)地增大，導(dǎo)致橋梁使用時所承載負荷發(fā)生了相應(yīng)的改變，同時我國很多橋梁建造中所采用的材料都是具有脆性的鋼筋混凝土，這就使得橋梁的使用周期縮短。另外，傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計理念、技術(shù)中過于注重對材料的節(jié)約而忽視了對橋梁安全性的保障，早年建設(shè)的橋梁大部分都存在著斷面單薄、年代久遠、修理困難的狀況，且因為設(shè)計者疏忽、施工不合理等因素影響出現(xiàn)了諸多質(zhì)量問題，在這種情況下橋梁加固工作的開展顯得尤為關(guān)鍵。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁是指以預(yù)應(yīng)力混凝土為主要上部結(jié)構(gòu)建筑材料的一種橋梁。在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中主要包括實腹梁與梁、墩剛性相互連接的T型鋼構(gòu)，并且都將承受彎矩作為主要的構(gòu)件，該結(jié)構(gòu)是預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁當(dāng)中最為適用的一種結(jié)構(gòu)。在跨度更大的情況下，受到實腹構(gòu)件自重過大的影響也會采用桁架梁。作為目前我國工程結(jié)構(gòu)當(dāng)中的一種主要形式，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)具有制作工藝簡單方便、耐久性好和可以就地取材的優(yōu)點，但與此同時因混凝土的抗拉強度低，在荷載時極易出現(xiàn)開裂的情況，因此在橋梁中主要被應(yīng)用在橋臺、承臺、橋墩、樁等下部結(jié)構(gòu)或者跨徑小于20m的連續(xù)梁與簡支梁當(dāng)中。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的主要加固方法

混凝土結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)在近年來得到了逐步的改進與完善。我國對混凝土結(jié)構(gòu)的抗震加固、工程事故處理、舊橋改造等都做出了大量的工程實踐和研究試驗。目前預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的加固方法主要可分為直接加固與間接加固。

2.1 直接加固技術(shù)

1）混凝土粘貼鋼板加固法 起源于60年代，該方法是利用特殊的建筑結(jié)構(gòu)膠來將鋼板粘貼到混凝土構(gòu)件表面以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)與構(gòu)件承載能力的提升，由于具有簡單方便、操作快速、對橋梁結(jié)構(gòu)外部形狀的影響小、施工中對人們?nèi)粘Ｉ钆c學(xué)習(xí)工作的影響小等多方面的優(yōu)勢，使其作為一種先進、適用范圍廣的加固技術(shù)在建筑、道路橋梁等領(lǐng)域當(dāng)中得到了普遍的青睞。

2）加大截面加固技術(shù) 加大截面這一加固方法主要被應(yīng)用在一般梁、墻、柱和板等混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加固工作當(dāng)中，具有施工技術(shù)簡單、設(shè)計與施工經(jīng)驗成熟、適應(yīng)性較強的優(yōu)點，但也存在現(xiàn)場施工作業(yè)量大、對人們生活與生產(chǎn)的影響大、養(yǎng)護周期長、對橋梁結(jié)構(gòu)外觀與房屋凈空有影響、混凝土劣化與鋼筋銹蝕所帶來的危險性高等不足。

3）置換混凝土加固技術(shù) 置換混凝土加固技術(shù)能夠在梁、偏心受壓柱當(dāng)中實現(xiàn)對局部強度的直接修補，例如，在成批混凝土構(gòu)件不符合相關(guān)設(shè)計強度等級標(biāo)準(zhǔn)的情況下，可借助檢測來選擇出強度等級最低的構(gòu)件，并根據(jù)彎矩包絡(luò)圖危險性最高的截面進行最終的確定，而后采用較高等級的新混凝土在截面受壓區(qū)做出混凝土的置換，從而有效地提高其強度。需要注意的是，置換加固工作中需將構(gòu)件切割為方口或者切斷柱，將切配面切割為直角并確保其平整，而后再灌滿噴射混凝土。經(jīng)過實際應(yīng)用驗證該方法在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的局部置換中能夠達到很好的效果。

4）粘結(jié)外包型鋼加固技術(shù) 外包型鋼加固技術(shù)也是目前我國的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)加固中常用到的一種傳統(tǒng)加固技術(shù)，通常被應(yīng)用在一些加固之后不可對原構(gòu)件截面尺寸進行增大但需對構(gòu)件受彎承載力做出提高的加固工作當(dāng)中，具有受力可靠性高、工作量小以及施工簡單方便的優(yōu)勢。

2.2 間接加固技術(shù)

1）增加支撐加固技術(shù) 增加支撐加固技術(shù)具有施工簡單、可靠性高的優(yōu)點，但可能存在對建筑物的原貌與使用功能產(chǎn)生影響、減小使用空間的缺點。

2）預(yù)應(yīng)力加固技術(shù) 作為一種積極的加固技術(shù)，預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)能夠?qū)φ孛?、斜截面以及?gòu)件的剛度做出提高，一般被應(yīng)用在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)超出不滿意撓度下的結(jié)構(gòu)抗疲勞、抗裂性的提升當(dāng)中。由于結(jié)構(gòu)受力年限對預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力設(shè)置具有重要影響，因此在使用該技術(shù)時需要對混凝土緩變做出充分的考慮。

3 工程案例分析

本文所介紹的由T梁、工字梁組合而成的混凝土結(jié)構(gòu)橋梁建造20世紀(jì)70年代初，橋跨布置為2×17+3×33+15×17m，橋梁橫斷面包括了1.25m人行道、7.5m行車道、1.25m人行道，共10m，行車道為雙向橫坡。伴隨著經(jīng)濟的發(fā)展和交通流量的加大，原有橋梁的通行能力無法滿足使用需求，制約了交通的進一步發(fā)展，需要做出改善。因此，在原有的橋梁左側(cè)采取以T梁為主梁且同原有橋梁跨徑保持一致的拓寬工程，拆除左側(cè)人行道及欄桿并重新修建于拓寬橋梁的左側(cè)，采用雙向橫坡行車道和單折線形路拱，設(shè)置相應(yīng)的分隔帶來對新、舊橋做出分隔。在拓寬之后，橋梁的橫斷面包含了2個1.25m人行道、2個7.5m行車道與1個2.0m的分隔帶，總計19.5m。該混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的加固主要是針對舊橋進行加固提等。

3.1 橋梁病害分析

舊橋在年久失修的條件下存在多種病害情況，而資料檔案管理工作的不到位使得設(shè)計施工詳情難以查明，通過現(xiàn)場的調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)該舊橋存在5個方面的病害。

1）橋面鋪裝薄、排水不暢使得積水情況較為嚴(yán)重。舊橋為坡度2%的雙向橫坡且縱坡平緩，每個泄水孔之間的距離為10m，其距離過大使得排水極不通暢，很容易使橋面受積水浦水下滲危害橋面與主梁。

2）一些微彎板的縱向裂縫嚴(yán)重。由于沒有在主梁、工字梁間設(shè)置強化連接的橫隔板，單一借助預(yù)制微彎板、橋面現(xiàn)澆層所形成的橫向連接極易使微彎板在荷載下出現(xiàn)裂縫。

3）由于邊梁的外側(cè)、梁端伸縮縫處存在嚴(yán)重的滲水現(xiàn)象，在表層混凝土與鋼筋滲入雨水后就會產(chǎn)生混凝土脫落、鋼筋腐蝕生銹等問題，導(dǎo)致工字梁兩邊梁的表層出現(xiàn)混凝土縱向脫落、縱向鋼筋外露腐蝕生銹的情況，且一些邊梁的梁底也存在不同程度的混凝土脫落、鋼筋腐蝕生銹。

4）受到荷載時橋頭背部回填土基不均勻沉陷的影響，橋頭存在嚴(yán)重的混凝土土板裂損與沉陷問題，不利于行車的平順性，也影響了美觀。

5）橋梁的受力變形情況不順暢。由于該舊橋沒有設(shè)置相應(yīng)的支座，導(dǎo)致伸縮縫破損并使橋梁的變形不夠順暢，增加了內(nèi)力的同時造成橋梁承載潛力的大大降低。對此，急需對原有舊橋的變形體系做出改善以使其滿足結(jié)構(gòu)靜力圖式的要求。

3.2 加固步驟

該混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的加固改造施工主要包括以下幾個步驟：①對舊橋的部分交通進行封閉；②對舊橋面的鋪裝層進行鑿除；③借助千斤頂同時頂起六片工字梁并在墩臺帽位置挖好槽，將支座安裝在槽中；④做好橫隔板的澆筑，并且對微彎板、工字梁處存在的裂縫進行及時的修補；⑤在工字梁的底部粘貼好碳纖維布；⑥進行橋面鋪的澆筑；⑦裝好伸縮縫；⑧對泄水量等相關(guān)橋面的排水設(shè)施做出進一步的完善。

只有認真、有序地做好每一個步驟，才能確保混凝土結(jié)構(gòu)橋梁加固獲得良好的效果。

3.3 工藝

1）裂縫的封閉處理。針對寬度不足0.1mm的裂縫，在對裂縫進行灌漿的過程當(dāng)中需一律封閉，且不需要再進行其他處理。

2）裂縫的灌漿處理。針對寬度超過0.11mm的裂縫需第一時間利用環(huán)氧樹脂灌漿膠做好灌漿處理工作，在整個裂縫灌漿處理的過程當(dāng)中必須嚴(yán)格做好質(zhì)量的控制，并且在灌漿完成之后及時對裂縫灌漿的質(zhì)量、效果做出仔細的檢驗。

3）碳纖維布的粘貼。采用同碳纖維所配套的找平材料、浸潰樹脂以及底層樹脂作為碳纖維布、粘貼碳纖維布的樹脂，并且必須確保配套樹脂的適配性、安全性都符合相關(guān)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 注意事項

在混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的加固過程中應(yīng)當(dāng)注意以下幾點。

1）施工中在碳纖維布的粘貼階段進行前必須做好對橋梁交通的封閉工作，并且為了防止橋梁施工導(dǎo)致交通的堵塞，可以選派專門的工作人員擔(dān)任橋梁兩頭交通的指揮工作。

2）應(yīng)當(dāng)盡量選用輕型機械設(shè)備來完成橋面鋪裝混凝土的鑿除工作，以有效地防止對橋面鋪裝硅進行鑿除的過程當(dāng)中引發(fā)工字梁、微彎板的新病害或問題。

3）在對橋面鋪裝硅進行澆筑的過程中必須確保新、舊混凝土之間達到緊密的結(jié)合，在必要的情況下可以設(shè)置同鋪裝層的鋼筋網(wǎng)相互連接的錨筋，同時預(yù)留好相應(yīng)的伸縮縫預(yù)留槽。

4）為避免頂升時造成微彎板出現(xiàn)新病害必須確保頂升施工的協(xié)調(diào)一致。

5）為了確保新、舊橋以及舊橋、道路之間的平順銜接，必須通過現(xiàn)場的精確測量來確定支座按照的具體高度。

4 結(jié) 語

在對橋梁做出加固后，橋梁的承載力、結(jié)構(gòu)性、耐久性等方面都有了極大地提升，滿足了設(shè)計與使用標(biāo)準(zhǔn)，獲得了很高的經(jīng)濟效益與社會效益?；炷两Y(jié)構(gòu)橋梁的加固技術(shù)是多種多樣的，在實際工程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)結(jié)合具體情況綜合考慮分析資金、功效、交通影響、技術(shù)可行性、耐久性等多方面因素來選擇合適的加固技術(shù)，并且在加固的整個過程當(dāng)中對混凝土加固施工各個步驟、細節(jié)等做好嚴(yán)格的控制，確保施工的質(zhì)量，使橋梁的使用期限得到延長并且安全、可靠性得到最大程度的提高，從而為我國交通事業(yè)的健康、長期發(fā)展提供強有力的保障。

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（編輯 張磊慶）

Research of concrete structure bridge reinforcement technology application

LIU Bo-han

U443

B

1001-1366(2015)09-0057-03

2015-07-13