橋梁加固技術(shù)及施工工藝分析

李其軍

（上饒市鉛山公路事業(yè)發(fā)展中心，江西上饒 334500）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展和社會進(jìn)步，交通運(yùn)輸需求不斷增長，已建橋梁的通行量也不斷加大，同時很多橋梁周圍環(huán)境也由于新的建設(shè)活動發(fā)生了較大變化，在諸多因素的共同作用下，橋梁在實(shí)際使用過程中會出現(xiàn)一定的結(jié)構(gòu)損傷和材料銹蝕，影響橋梁的結(jié)構(gòu)和功能的完整性，進(jìn)而導(dǎo)致不同程度的安全隱患。為保障橋梁使用安全，避免重大安全事故，需要對橋梁進(jìn)行加固處理。研究表明，要提升橋梁加固處理的速度和最終效果，就需要從研究橋梁結(jié)構(gòu)變化基礎(chǔ)、探索橋梁隱患發(fā)展規(guī)律、實(shí)際橋梁加固技術(shù)和施工工藝等方面入手，全方位提升橋梁加固處理成效，使得橋梁建設(shè)能夠?yàn)槲覈煌ㄟ\(yùn)輸和經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出更多的貢獻(xiàn)。

1 橋梁加固的意義探究

1.1 使橋梁更加適應(yīng)當(dāng)今逐漸增大的通行壓力

隨著我國經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展，人民群眾的生活水平進(jìn)步對物資運(yùn)輸?shù)目偭亢瓦\(yùn)轉(zhuǎn)速度都提出了更高的要求。同時，早期的橋梁設(shè)計(jì)受到技術(shù)和成本壓力等因素制約，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建造和布局可能有一定的時代局限性，加上汽車保有量的飛速增長，橋梁需要滿足的交通壓力日益增加。另外，橋梁在長期的外部不良環(huán)境影響下，會出現(xiàn)造橋材料的酸腐蝕、碳化等一系列老化問題，縮短了橋梁使用壽命，加重了橋梁安全風(fēng)險(xiǎn)。

為了適應(yīng)當(dāng)前的交通需求，就要對橋梁采取加固措施。通過各種施工技術(shù)和工藝，從橋梁的實(shí)際情況出發(fā)，在充分研究論證的基礎(chǔ)上，對橋梁的結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境、基礎(chǔ)以及橋面、橋身等進(jìn)行全面改造加固，提升橋梁的自身承重能力，才能在日益增加的交通壓力下減小安全風(fēng)險(xiǎn)事故的概率。

1.2 有利于節(jié)約建設(shè)成本

橋梁在使用過程中會發(fā)現(xiàn)諸如設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)過時、材料老化、規(guī)模不足等多種類型的問題，如果出現(xiàn)重大質(zhì)量安全隱患，是可以考慮直接拆除的。但橋梁拆除的成本巨大，且施工會引起環(huán)境污染、資源浪費(fèi)等各種新問題，并不利于城市建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，對于可以通過加固技術(shù)進(jìn)行質(zhì)量問題修復(fù)時，就可以使用較少的人力物力達(dá)到預(yù)定目的，非常有利于節(jié)約社會成本。隨著加固技術(shù)進(jìn)步和先進(jìn)施工工藝、設(shè)備的應(yīng)用，將來橋梁加固的經(jīng)濟(jì)成本會逐漸降低，而可加固處理的橋梁風(fēng)險(xiǎn)類別也會越來越廣，可能目前暫不具備加固條件只能進(jìn)行拆除的橋梁，未來可以通過更加先進(jìn)的加固技術(shù)進(jìn)行更加經(jīng)濟(jì)合理的處理。

2 目前常見的橋梁加固技術(shù)

由于實(shí)際橋梁自身結(jié)構(gòu)、材料、所處環(huán)境等條件的多樣化，橋梁加固技術(shù)也應(yīng)當(dāng)在充分調(diào)研橋梁問題的基礎(chǔ)上，綜合考慮目標(biāo)橋梁的損傷機(jī)制、部位、特征和經(jīng)濟(jì)投入，選擇最優(yōu)方案。一般來說，按照加固部位和原理，大致可以從以下幾個角度進(jìn)行加固方案的選擇。

2.1 基礎(chǔ)加固技術(shù)

橋梁的地基基礎(chǔ)是橋梁質(zhì)量安全的重要基石，在橋梁加固技術(shù)中，對地基基礎(chǔ)的加固起著至關(guān)重要的作用。目前主要的技術(shù)方法包括換填法和深層注漿攪拌法等。換填法的主要原理是清除地基表層一定厚度的軟弱層，置換為碎石、礦渣、水泥等材料的混合土層，并通過一定的碾壓和攪拌提升表層土壤的整體強(qiáng)度。深層注漿攪拌法的基本原理是通過機(jī)械鉆孔設(shè)備將水泥漿等材料直接泵入預(yù)定深度，并使用攪拌法將泵入材料和周圍土壤充分混合，凝結(jié)后形成具有相當(dāng)強(qiáng)度的地基。

另外，針對樁基礎(chǔ)出現(xiàn)一定通縮問題的橋梁，可采用的處理技術(shù)為外包混凝土法，此方法原理是通過增大樁基礎(chǔ)的橫截面積和鋼筋含量，提高樁基礎(chǔ)的承壓能力，以減小樁基下沉的速度，保障橋梁上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。基本步驟為先處理前樁基混凝土表層，再采用焊接法連接新舊配筋，然后外部支模澆入新混凝土包裹外層，最終形成一個新的整體樁基礎(chǔ)。

2.2 結(jié)構(gòu)體系加固技術(shù)

我國橋梁結(jié)構(gòu)多樣，根據(jù)實(shí)際建設(shè)情況常見的有拱橋、梁橋、斜拉橋、懸索橋以及懸臂橋等。在橋梁設(shè)計(jì)時，一般都會進(jìn)行中長期的通行量調(diào)研，再加上一定的設(shè)計(jì)冗余形成最終設(shè)計(jì)依據(jù)，不過隨著經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，部分橋梁的交通壓力上升過快時，就需要從結(jié)構(gòu)體系加固的角度出發(fā)來對橋梁進(jìn)行加固，以滿足日漸增長的通行需求。一般來說，結(jié)構(gòu)加固的基本原理是直接或者間接改變橋梁的整體受力體系，使橋梁的整體受力分布更加科學(xué)合理，進(jìn)而提高橋梁的整體可靠性，以達(dá)到延長橋梁使用壽命的目的。目前最常見的技術(shù)方案是體外預(yù)應(yīng)力加固，通過拉桿和撐桿的使用增加橋梁整體強(qiáng)度，依靠拉桿抵消部分主體自重，依靠撐桿分擔(dān)部分主體壓力，在不改變橋梁本身結(jié)構(gòu)和形式的情況下，最大限度地提升橋梁的抗彎、抗裂和承重性能，同時由于該技術(shù)方案施工時不影響橋梁的日常通行，可以邊使用邊加固，因此在領(lǐng)域內(nèi)得到了較廣的普及（見圖1）。

圖1 橋梁結(jié)構(gòu)加固

2.3 構(gòu)件加固技術(shù)

構(gòu)件加固是常用的橋梁加固技術(shù)手段之一，如增大構(gòu)件截面法，在實(shí)際施工中有著較為普遍的應(yīng)用，對增加橋梁剛性和強(qiáng)度有著非常好的作用。在橋梁的長期使用過程中，在上部較重荷載的影響下，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能發(fā)生一定的未知變化，增加了橋梁的安全風(fēng)險(xiǎn)。增大構(gòu)件截面法的基本原理，是通過在梁的底部和側(cè)面加入主筋等措施，增大構(gòu)件的截面積，達(dá)到增加橋梁強(qiáng)度和抗彎性及提高橋梁承重的效果。

需要注意的是，增大構(gòu)件截面雖然有操作簡單和效果明顯的優(yōu)勢，但其也有防腐蝕性較差的缺點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，采用該技術(shù)時應(yīng)使用科學(xué)方法進(jìn)行提前計(jì)算，確保完成加固后橋梁基礎(chǔ)可滿足要求，必要時可進(jìn)行一定的物理模擬試驗(yàn)加以確認(rèn)。施工完成后，對外表面進(jìn)行涂刷優(yōu)質(zhì)防腐涂料等補(bǔ)充措施，以增加橋梁的使用壽命。

2.4 表面加固技術(shù)

表面加固技術(shù)一般針對肉眼可觀察到的表層損傷，當(dāng)橋梁表面出現(xiàn)裂紋、裂縫或者較大面積材料脫落時，其損傷本身就意味著質(zhì)量安全隱患，影響了橋梁的整體美觀和使用感受，而且如不進(jìn)行及時處理，還會導(dǎo)致橋梁深層鋼筋材料接觸外部空氣、水分和各種化學(xué)物質(zhì)后產(chǎn)生銹蝕，進(jìn)一步加劇橋梁安全隱患。

目前表面加固的技術(shù)基本分為填充縫隙和直接替代兩種方案。填充縫隙的基本方法，指的是將水泥漿或者其他黏性材料的混合物作為填縫劑，在專門的機(jī)械設(shè)備輔助下，把填縫劑壓入橋梁表面的縫隙或裂紋中，待其凝固后與原來的橋梁表面構(gòu)成不透水的整體，阻止空氣和水分滲入深層結(jié)構(gòu)，阻止深層鋼筋材料的銹蝕。直接替代法一般用于橋面加固，當(dāng)橋面發(fā)生明顯的表層損傷時，會采取部分取代或者全部取代的方式更新路面，首先按照一定規(guī)則的形狀去除橋梁面層，然后鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)再澆筑混凝土表層，如有需要也可以采用鋪設(shè)瀝青路面的替換方式。

2.5 新型材料加固技術(shù)

新型工程材料具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、防水性能優(yōu)及剛性好等優(yōu)勢，隨著材料學(xué)和材料加工技術(shù)的進(jìn)步，各種新型材料品類越來越豐富，生產(chǎn)成本也開始逐漸下降，為橋梁加固施工應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在橋梁加固施工時使用各種新型材料，是當(dāng)今和未來一段時間內(nèi)的研究和應(yīng)用熱點(diǎn)。比如，高分子化合物環(huán)氧樹脂具有黏度高、塑性好、防水防腐、固結(jié)后強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。在橋梁填縫施工時，將環(huán)氧樹脂和水泥漿按一定比例混合后泵入結(jié)構(gòu)縫隙后，可以大大提升修復(fù)效果。粘碳纖維片具有抗彎性強(qiáng)、質(zhì)量輕、不易銹蝕等優(yōu)點(diǎn)，非常有利于鋼筋混凝土橋梁的抗彎、抗剪修復(fù)，當(dāng)橋梁主體鋼筋量較低或腐蝕嚴(yán)重時，利用粘碳纖維片修復(fù)的效果尤為顯著（見圖2）。

圖2 橋梁細(xì)微裂縫加固型環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠

3 橋梁加固技的重點(diǎn)施工工藝分析

3.1 重視鋼筋混凝土等主要材料的質(zhì)量

無論是哪個部位、哪個階段的加固施工，鋼筋混凝土等主要材料的質(zhì)量都是工程效果的重要基石，對材料質(zhì)量的管理應(yīng)當(dāng)貫穿全局，并嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)章制度進(jìn)行專職管理。在材料供應(yīng)商選擇時，應(yīng)盡量選擇品質(zhì)有保證的合作企業(yè)，避免與一些小企業(yè)和不能保證質(zhì)量的廠家合作。對于入場材料，要履行嚴(yán)格的質(zhì)量檢查程序，保證鋼筋強(qiáng)度、混凝土配合比等重要參數(shù)符合相關(guān)規(guī)范和要求，為提高橋梁建設(shè)質(zhì)量打好基礎(chǔ)。材料入場后如不能立即使用需要暫時堆放，應(yīng)在適當(dāng)位置建造可防雨防曬的臨時堆場進(jìn)行倉庫式管理，還需根據(jù)材料的不同性能進(jìn)行分類管理。在材料投入使用前，應(yīng)再次檢查材料質(zhì)量，杜絕使用銹蝕鋼筋等不合格材料。混凝土澆筑后，應(yīng)加強(qiáng)日常養(yǎng)護(hù)工作，以免天氣原因?qū)е缕鋸?qiáng)度損失并影響最終的施工質(zhì)量。

3.2 加強(qiáng)施工期和運(yùn)營期的監(jiān)測管理

橋梁損傷具有一定的隱蔽性，為損傷狀況和成因判定帶來了不少困難，在特殊情況下，可能出現(xiàn)一定概率的情況誤判，錯誤地估計(jì)了橋梁加固施工安全形勢，成為加固工作的安全隱患。為保障施工期間的橋梁和人員安全，對橋梁的位移和變形監(jiān)測就顯得非常重要，因此應(yīng)當(dāng)制定出詳盡的監(jiān)測方案，設(shè)置科學(xué)的監(jiān)測點(diǎn)位，按照固定的時間間隔對所有的監(jiān)測點(diǎn)位進(jìn)行觀測記錄，及時分析橋梁位移變化趨勢，據(jù)此指導(dǎo)現(xiàn)場橋梁和施工人員的安全管理工作。必要時，要根據(jù)可能出現(xiàn)的安全事故編制風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案，并定期進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)急演練。加固工作完成后，監(jiān)測工作應(yīng)當(dāng)繼續(xù)進(jìn)行，根據(jù)施工工藝和進(jìn)度對未來一段時間內(nèi)的橋梁使用提出科學(xué)建議，盡量避免交通量短期變化過快導(dǎo)致的工程質(zhì)量問題。

3.3 強(qiáng)調(diào)吸收同類型工程的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)

考慮到不同橋梁損傷問題原因和特征的多樣性，對于具體的某個橋梁加固和修復(fù)，其施工工藝具有特殊性，但是在很多工藝節(jié)點(diǎn)的解決方案中，依然具有較強(qiáng)的共性問題和成功經(jīng)驗(yàn)值得從業(yè)人員進(jìn)行認(rèn)真總結(jié)和學(xué)習(xí)。

在橋梁拓寬工程施工時，可以采用單側(cè)依次施工的方法，同時保障施工進(jìn)度和通行需求；對于舊橋基礎(chǔ)應(yīng)當(dāng)充分利用，在保障安全的前提下，將舊橋的橋墩等結(jié)構(gòu)改造后成為新橋的一部分，達(dá)到節(jié)約成本的目的；橋面鋪裝時，將鋼筋網(wǎng)設(shè)置于拓寬面層，伸縮縫的位置可以設(shè)置在橋梁中心部位。

在進(jìn)行鋼板粘貼加固時，應(yīng)充分重視施工前的準(zhǔn)備工作，不僅要盡量準(zhǔn)確地計(jì)算出鋼板載荷值，同時也要精確測量出橋梁的尺寸參數(shù)，再根據(jù)相關(guān)計(jì)算過程得出最終的詳細(xì)鋼板粘貼方案。鋼板應(yīng)挑選單體寬且厚度薄的材料，保證基本的剛性和彈性要求。實(shí)際使用鋼板的厚度應(yīng)略微大于計(jì)算需求，以滿足加固的承載力需求。

裂縫處理時，應(yīng)根據(jù)裂縫寬度等參數(shù)選擇合理的修補(bǔ)材料和工藝方法。一般來說，裂縫寬度小于0.3mm 時，宜使用封閉式噴漿處理；裂縫寬度大于0.3mm 但小于0.5mm 時，宜采用鑿槽嵌補(bǔ)法進(jìn)行處理。但實(shí)際施工時，則需要整合考慮后再進(jìn)行合理選擇。例如，在不同季節(jié)，熱脹冷縮現(xiàn)象會影響縫隙寬度變化；研究裂縫形成原因的趨勢，分析當(dāng)前裂縫將來是否有持續(xù)擴(kuò)大的風(fēng)險(xiǎn)；充分考慮當(dāng)?shù)氐慕邓涂諝庵谢瘜W(xué)成分和含量，研究其對裂縫的影響程度；調(diào)查附近同類型施工的工藝和效果，分析該工程與其他工程的具體差別。在必要的情況下，還可以通過一定的工程試驗(yàn)來選擇合理的工藝方法。

4 結(jié)語

在我國經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展的新時期，橋梁建設(shè)已經(jīng)邁入新階段，不論是橋梁數(shù)量還是建設(shè)規(guī)模，都有不斷增加的發(fā)展態(tài)勢，這種趨勢無疑對未來一段時間內(nèi)的橋梁加固技術(shù)和施工工藝提出了新的挑戰(zhàn)。當(dāng)前針對橋梁基礎(chǔ)、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)主體以及橋梁表面等方面的加固施工，都已經(jīng)出現(xiàn)了較為成熟的、普及程度也比較廣泛的技術(shù)方法。這些工藝雖然都有各自的施工優(yōu)勢，但也都存在著一定的不足之處，這與我國當(dāng)下的工藝水平和技術(shù)裝備水平息息相關(guān)。隨著國家科學(xué)研究水平和工業(yè)制造水平的整體進(jìn)步，各種新材料、新工藝、新設(shè)備和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，為橋梁加固技術(shù)的跨越發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)，而相關(guān)從業(yè)人員和研究者應(yīng)當(dāng)以此為契機(jī)，不斷吸收優(yōu)秀的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，積極彌補(bǔ)當(dāng)前技術(shù)的短板，為我國橋梁建設(shè)事業(yè)的全面進(jìn)步貢獻(xiàn)力量。