淺談公路舊橋的加固與管理

葉志峰,趙 磊,陳愛民

(1.黑龍江省公路局;2.黑龍江省隆興公路勘測(cè)設(shè)計(jì)公司;3.黑龍江省龍建路橋第一工程有限公司)

1 前 言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展,過去年代修建于各地城鎮(zhèn)和各級(jí)公路上的橋梁,負(fù)擔(dān)著十分沉重的交通荷載及繁重的交通量。這些橋梁具有荷載等級(jí)低、使用年限長(zhǎng)的特點(diǎn)。從技術(shù)資料分析,大多數(shù)橋梁是三不知:(1)不知基底地質(zhì);(2)不知基礎(chǔ)深度;(3)不知隱蔽部分的尺寸。從橋梁技術(shù)狀況分析,由于河床屢遭洪水沖刷,河床底部加深,橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)外露、沖空,產(chǎn)生不均勻沉降,導(dǎo)致橋臺(tái)、拱圈產(chǎn)生附加應(yīng)力而出現(xiàn)開裂,有的甚至出現(xiàn)開合現(xiàn)象。自 1989年以來,我單位多次完成超限運(yùn)輸舊橋加固及大中型危橋的維修加固監(jiān)理工作,在公路舊橋加固和管理方面取得一些經(jīng)驗(yàn),本文按橋梁的組成部分介紹橋梁的加固方法。

1 舊橋上部結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

1.1 橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法

在梁頂上加鋪一層鋼筋混凝土層,一般先鑿除舊橋面,使其與原有主梁形成整體,達(dá)到增大主梁有效高度、改善橋梁荷載橫向分布能力,從而達(dá)到提高橋梁的承載能力的目的。

1.2 增大截面和配筋加固法

當(dāng)梁的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和抗裂性能不足時(shí),通常采用增大構(gòu)件截面、增大配筋、提高配筋率的加固方法,這種方法是在梁底面或側(cè)面加大尺寸、增配主筋、提高梁的有效高度和抗彎強(qiáng)度,從而提高橋梁的承載力。該法廣泛應(yīng)用于橋梁及拱橋及拱橋拱肋的加固。

1.3 錨噴混凝土加固法

借助高速噴射機(jī)械,將新混凝土混合料連續(xù)的噴射到已錨固好鋼筋網(wǎng)的受噴面上,凝結(jié)硬化面形成鋼筋混凝土,從而增大橋梁的受力斷面和補(bǔ)強(qiáng)鋼筋,加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性,使其能承受更大的外荷載作用。

1.4 粘貼鋼板加固法

當(dāng)交通量增加,主梁出現(xiàn)承載力不足或出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕的情況時(shí),梁板橋的主梁會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的橫向裂縫。采用粘結(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,以鋼板代替增設(shè)的補(bǔ)強(qiáng)鋼筋,達(dá)到提高梁的承載力的目的。這種加固方法的特點(diǎn)是:

(1)需要破壞被加固的原結(jié)構(gòu)尺寸;

(2)工工藝簡(jiǎn)單,施工質(zhì)量較容易控制;

(3)施工工期短。

1.5 增設(shè)縱梁加固法

在墩臺(tái)地基安全性能好,并具有足夠承載力的情況下,可采用增設(shè)承載力高和剛度大的新縱梁,新梁與舊梁相連接,共同受力。由于荷載在新增主梁后的橋梁結(jié)構(gòu)中重新分布,使原有梁中所受荷載得以減少,由此使加固后的橋梁承載力和剛度得到提高。當(dāng)增設(shè)的縱梁位于主梁的一側(cè)或者兩側(cè)時(shí),則兼有加寬作用。

1.6 拱圈增設(shè)套拱加固法

在原主拱圈腹面下增設(shè)一層新拱圈,即緊貼原拱圈底面上,澆注或錨噴混凝土新拱圈,外形上就像是在原拱圈下套做了一個(gè)新拱圈。

2 舊橋下部結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

2.1 擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法

此法適用于基礎(chǔ)承載力不足或埋深太淺,而墩臺(tái)又是磚石或混凝土剛性實(shí)體式基礎(chǔ)時(shí)的情況。擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積應(yīng)由地基強(qiáng)度驗(yàn)算確定。

2.2 增補(bǔ)樁基加固法

當(dāng)橋梁墩臺(tái)基底下有軟臥層時(shí),墩臺(tái)發(fā)生沉陷;對(duì)此采用增補(bǔ)樁基加固法是一種常用而且有效的方法。這種方法是:在樁式基礎(chǔ)的周圍補(bǔ)加鉆孔樁等,以此提高基礎(chǔ)的承載力,增強(qiáng)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

2.3 鋼筋混凝土套箍或護(hù)套加固法

當(dāng)橋梁墩臺(tái)由于基礎(chǔ)埋深不夠,或因施工質(zhì)量控制不嚴(yán)等原因,導(dǎo)致墩臺(tái)開裂時(shí),有時(shí)會(huì)出現(xiàn)貫通裂縫,可采用鋼筋混凝土圍帶或鋼箍進(jìn)行加固。

2.4 橋臺(tái)新建輔助擋土墻加固法

由于橋臺(tái)臺(tái)背水平土壓力過大,引起橋臺(tái)傾斜,應(yīng)在臺(tái)背之后加建一擋墻,以抵御過大的土壓力。

2.5 墩臺(tái)拓寬加固法

利用舊橋基礎(chǔ),靠墩臺(tái)蓋梁挑出懸臂加寬部分,以便安裝的上部結(jié)構(gòu)。此種情況為只加寬墩臺(tái)上部的蓋梁、墩臺(tái)身和基礎(chǔ)則不需予以加固。

3 舊橋加固的常用方法

3.1 塞縫灌漿法

塞縫灌漿是把按一定比例配制的水泥(砂)漿、環(huán)氧樹脂(砂)漿,通過噴漿機(jī)按一定壓力灌入結(jié)構(gòu)物縫隙內(nèi),起到填塞裂縫、避免鋼筋銹蝕并提高結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度的作用。塞縫灌漿一般用于處理橋梁上、下部結(jié)構(gòu)裂縫,灌漿分為水泥漿、水泥砂漿、環(huán)氧樹脂漿、環(huán)氧樹脂砂漿等。

3.2 上部結(jié)構(gòu)加固

上部結(jié)構(gòu)加固改建在調(diào)查研究舊橋的基礎(chǔ)上,經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較,采用充分利用原橋進(jìn)行拼寬,利用橋臺(tái)將拱式結(jié)構(gòu)改為板式結(jié)構(gòu)的加固方法,使其滿足超限運(yùn)輸要求。

(1)拼寬原橋?qū)︱?yàn)算不能滿足超限運(yùn)輸要求的舊橋,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后,按實(shí)際通過的超限運(yùn)輸荷載設(shè)計(jì)拼寬橋梁,以確保超限運(yùn)輸安全。

(2)利用原橋臺(tái)改拱式結(jié)構(gòu)為板式結(jié)構(gòu)對(duì)于小跨徑石拱橋,由于拱圈厚度不能滿足超限運(yùn)輸要求或因地基較差發(fā)生不均勻沉降,致使拱圈開裂,降低承載能力,可采用此辦法。

采用以上兩種方法加固的橋涵,通過試載及重車通行,經(jīng)觀察加固效果較好。

3.3 下部結(jié)構(gòu)加固

(1)采用鋼筋混凝土框架加固橋臺(tái)設(shè)計(jì)的基本假設(shè):鑒于尚在維持正常的交通運(yùn)輸?shù)臉?臺(tái)背填土破壞棱體引起的主動(dòng)土壓力由原橋臺(tái)承擔(dān),框架結(jié)構(gòu)僅承受在破壞棱體范圍內(nèi)布置超重車所引起的主動(dòng)土壓力。在后來的應(yīng)用中,取消了鋼筋混凝土立柱,僅在橋臺(tái)上鑿出牛腿的位置,將橫系梁、支撐梁、牛腿一起現(xiàn)澆成平面支撐框架,這不僅減少了工作量,而且施工方便。采用這種方法加固的橋涵,經(jīng)多次實(shí)地觀察,使用效果良好。

(2)基礎(chǔ)加固。

由于埋置深度較淺,易受河水沖刷而淘空。受河水改道沖刷橋梁引道,導(dǎo)致橋臺(tái)基礎(chǔ)沖空,引道被毀。橋梁地基局部軟弱,致使橋臺(tái)發(fā)生不均勻沉降,引起橋臺(tái)開裂等。針對(duì)以上病害,我們采取對(duì)河床用漿砌片石進(jìn)行鋪砌,上游河床設(shè)置丁壩,打木樁擴(kuò)大橋臺(tái)基礎(chǔ)等方法進(jìn)行加固。

3.4 橋面鋪裝層的加固

(1)重視橋面鋪裝上層的設(shè)計(jì)和選材。如果沿用傳統(tǒng)的路用瀝青混凝土的材料設(shè)計(jì)方法,鋪裝上層總是處于不利的受力狀態(tài),承受著較大的反復(fù)拉應(yīng)力,往往在橋面板的加勁部件(直腹板、橫隔板)的頂部產(chǎn)生開裂,導(dǎo)致鋪裝上層出現(xiàn)早期破壞,這也與實(shí)際橋面鋪裝層的損壞情況基本吻合,重視橋面鋪裝上層的設(shè)計(jì)和選材使其具有良好的變形能力以抵抗疲勞開裂,對(duì)預(yù)防鋪裝層的早期損壞具有重要的意義。所以,對(duì)于橋面鋪裝體系來說,需要采用性能更加優(yōu)良的復(fù)合改性瀝青,根據(jù)鋪裝上、下層的不同功能和受力狀態(tài)研究選擇合理的瀝青混合料組成,并進(jìn)一步解決鋪裝層與橋面板的粘結(jié)穩(wěn)定性等問題。

(2)橋面鋪裝層的加固施工(瀝青或水泥混凝土)。

①清除或刨洗橋梁舊鋪裝層。

②認(rèn)真清洗舊橋面。

③重鋪新橋面。

水泥混凝土橋面鋪裝在澆筑混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)等級(jí)后,才可開放交通,其車輛荷載不得大于設(shè)計(jì)荷載。瀝青混凝土橋面鋪裝應(yīng)待攤鋪的混合料完全自然冷卻,其表面溫度低于 50℃后,方可開放交通。需要提早開放交通時(shí),可灑水冷卻降溫。伸縮裝置安裝完畢,預(yù)留槽澆筑的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,方可開放。

4 公路舊橋的管理

4.1 加強(qiáng)公路舊橋的管理。

對(duì)于舊橋的超限運(yùn)輸管理工作具有工期短、要求高、工程量較小、前期工作量大等特點(diǎn),公路超限運(yùn)輸一般是為國(guó)家或省的重點(diǎn)建設(shè)工程服務(wù),我們的初步經(jīng)驗(yàn)是:

(1)對(duì)于經(jīng)常過大件的路段,應(yīng)對(duì)改路段上的大小橋梁進(jìn)行重點(diǎn)檢查和管理,收集原始檔案材料,掌握其動(dòng)態(tài),針對(duì)其技術(shù)和承受能力編制相應(yīng)的加固處理方案,需要報(bào)批的及時(shí)按程序報(bào)批;

(2)在施工中針對(duì)其技術(shù)嚴(yán)格按照業(yè)主已批準(zhǔn)的加固方案進(jìn)行施工,注意抓重點(diǎn)、制約工程;

(3)重視加固工程的原始資料的收集和整理工作,為今后的加固工程積累經(jīng)驗(yàn);

(4)充分調(diào)動(dòng)基層單位的積極性,正確處理責(zé)、權(quán)、利的關(guān)系。

4.2 舊橋加固的建議

目前制約舊橋加固工作的主要因素是資金問題,在養(yǎng)路資金緊缺的情況下,投入到舊橋加固上的資金更加有限,現(xiàn)在的作法是省公路局將大中型橋梁作為計(jì)劃單列,而從我單位的實(shí)際情況看,小橋的數(shù)量約占橋梁總數(shù)的 90%,且小橋的病害也比較嚴(yán)重,對(duì)小橋的維修、加固需要投入大量的資金,為此建議采用以下辦法逐步解決。

(1)省公路局應(yīng)加大對(duì)大中型橋梁加固資金的投入,并將屬于危橋的小橋納入這個(gè)范圍,集中資金重點(diǎn)解決危橋的加固;

(2)對(duì)于橋梁的小修保養(yǎng),應(yīng)納入公路小修保養(yǎng)議標(biāo)中,特別是實(shí)行養(yǎng)路工程費(fèi)制后,可將各段管養(yǎng)的橋梁編入小修保養(yǎng)工程量清單內(nèi),對(duì)站(所)不能承擔(dān)的項(xiàng)目,可安排段工程隊(duì)施工,總段加強(qiáng)檢查和考核。

[1]李世華.道路橋梁維修技術(shù)手冊(cè)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2003.

[2]侯發(fā)亮.建筑結(jié)構(gòu)粘貼加固的理論與實(shí)踐[M].武漢大學(xué)出版社,2003.