混凝土公路梁橋常見病害及加固方法淺析

嚴(yán)家紅

(武漢市公路勘察設(shè)計(jì)院)

1 概 述

近年來我國的交通事業(yè)建設(shè)發(fā)展迅猛，橋梁是公路的重要組成部分，目前建成、在建橋梁數(shù)量也極其龐大，其中混凝梁橋所占比例較高;隨著交通運(yùn)輸量大幅度提高，行車密度及車輛載重越來越大，同時(shí)由于橋梁設(shè)計(jì)、施工缺陷以及隨著使用年限的增長，較多橋梁或多或少地出現(xiàn)了一些病害，對(duì)混凝橋梁來說，橋梁的病害主要表現(xiàn)形式為裂縫，裂縫一般分為非受力裂縫和受力裂縫，一般來說對(duì)非受力裂縫造成的橋梁病害一般采用填充的方式便能較好的地進(jìn)行處理，然而對(duì)于受力裂縫造成的橋梁病害，由于其原因種類很多，構(gòu)成較復(fù)雜，處理起來也較為困難，此類病害的存在隨著時(shí)間的推移對(duì)橋梁的損害非常嚴(yán)重，已成為迫切需要解決的問題。

橋梁加固就是對(duì)橋梁的主要承重結(jié)構(gòu)、構(gòu)件及其相關(guān)部分采取增強(qiáng)、局部更換、或調(diào)整其內(nèi)力，使其滿足現(xiàn)行的規(guī)范要求并恢復(fù)使用功能的工程措施。目前雖然我國的橋梁建成較多，新建橋梁理論較為成熟，但橋梁加固方面的研究相對(duì)滯后，隨著今后橋梁加固項(xiàng)目的增多，解決橋梁加固中存在的問題，運(yùn)用加固方法對(duì)舊橋進(jìn)行維修加固，提高承載能力，確保交通運(yùn)輸安全是目前乃至今后面臨的主要任務(wù)。簡要就混凝土梁橋常見結(jié)構(gòu)性病害及加固方法做一些探討。

2 梁橋常見病害

2.1 上部構(gòu)造病害

(1)抗彎能力不足產(chǎn)生的病害:

①施加預(yù)應(yīng)力不足或預(yù)應(yīng)力損失過大所致的跨中下?lián)线^大超過規(guī)范容許值，梁底由下而上的多條豎向裂縫，跨中鋼筋混凝土板底豎向裂縫過多過寬導(dǎo)致剛度降低，撓度增大。

②由活荷載引起、墩臺(tái)不均勻沉降引起等原車引起的負(fù)彎矩較大，支點(diǎn)截面抗彎能力不足，連續(xù)梁橋各墩頂處橋面開裂，橋下滲水。

(2)橫向連接不足引起的病害

①單向板變成整體式雙向板，板底橫向配筋嚴(yán)重不足，在橫向彎矩作用下，引起板底產(chǎn)生縱向裂縫。

②裝配式梁橋鉸接縫處出現(xiàn)縱向裂縫，各板塊的整體性連接差。

(3)抗剪能力不足引起的病害

①兩支承端附近腹板上產(chǎn)生斜向裂縫。②梁抗剪強(qiáng)度不足造成的斜向裂縫。(4)預(yù)應(yīng)力鋼束引起的裂縫病害

①錨下局部應(yīng)力集中產(chǎn)生的劈裂拉力所致的張拉錨具的錨下縱向裂縫，長度一般不超過梁高。

②預(yù)應(yīng)力鋼束保護(hù)層過薄，鋼束處局部應(yīng)力過大產(chǎn)生劈裂或是混凝土保護(hù)層碳化后預(yù)應(yīng)力筋生銹所致沿預(yù)應(yīng)力鋼束的縱向裂縫。

③齒板附近應(yīng)力集中過大，普通鋼筋配置偏少、預(yù)應(yīng)力束錨固過于集中等引起預(yù)應(yīng)力筋錨固齒板后的斜向裂縫。

④鋼筋混凝土板底橫向鋼筋配置不足，混凝土保護(hù)層太薄，預(yù)應(yīng)力筋周圍混凝土局部應(yīng)力過大，混凝土中的添加劑等原因使鋼筋生銹，導(dǎo)致跨中附近板底出現(xiàn)縱向沿鋼筋裂縫。

(5)其他原因產(chǎn)生的裂縫病害

①混凝土養(yǎng)護(hù)差、或溫度、或腹板上的水平筋太少等原因所致的收縮裂縫梁腹板上的豎向裂縫，多位于薄腹板的中部，中間寬兩頭細(xì)，未向上、向下延伸，主要影響結(jié)構(gòu)的耐久性。

②箱梁頂、底板橫向彎矩過大，無橫向預(yù)應(yīng)力、箱梁橫向彎曲空間效應(yīng)、板厚偏小，橫向配筋不足，箱梁內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生溫度應(yīng)力等原因所致頂、底板縱向裂縫。

③懸臂梁臂梁牛腿端下?lián)线^大，懸臂部分剛度不夠，或者是縱向預(yù)應(yīng)力損失較大，施工質(zhì)量差等造成的墩頂橋面開裂。

④懸臂梁牛腿處配筋不足，高度偏小，溫度影響或者是掛梁與牛腿連接不順，形成跳車，局部沖擊過大等所致的局部裂縫。

⑤懸臂梁的錨固孔跨徑過大、尺寸偏小或配筋不足引起的跨中下?lián)匣蚩缰辛旱棕Q向裂縫。

2.2 下部構(gòu)造病害

下部構(gòu)造主要是混凝土橋墩、橋臺(tái)彎曲強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、縱筋錨固方面不足產(chǎn)生的裂縫及鋼筋腐蝕，基礎(chǔ)病害主要有擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁承載力和抗傾覆能力以及地基沖刷、地基病害等原因所致。

3 加固原理及方法

3.1 加固原理

橋梁加固原理主要考慮兩階段受力，在新材料未與原材料(結(jié)構(gòu))結(jié)合前，其恒載(含新材料重量有原有結(jié)構(gòu)截面承擔(dān);有效結(jié)合后的施加的荷載(恒載、活載、附加荷載)由加固后的組合截面承擔(dān)。

3.2 加固方法

按加固產(chǎn)生的效果又分為直接加固法與間接加固法。

(1)直接加固法:是通過一些技術(shù)措施，直接提高構(gòu)件截面的承載力和剛度的加固形式。

主要有增大截面加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼纖維復(fù)合材料加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法。

增大截面加固法:是采用與原有構(gòu)架同類的材料，通過增大截面面積或增配鋼筋，提高構(gòu)件的承載能力和剛度或改變其自身振動(dòng)頻率，達(dá)到對(duì)原構(gòu)件進(jìn)行加固的目的。

粘貼鋼板加固法、粘貼纖維復(fù)合材料加固法:是把型鋼或鋼板包在被加固構(gòu)件的外側(cè)并灌注結(jié)構(gòu)膠粘劑，通過外包鋼與原構(gòu)件整體力共同作用提高構(gòu)件整體承載能力和剛度。粘貼鋼板加固法、粘貼纖維復(fù)合材料加固法是一種被動(dòng)的加固方法，只能限制受力裂縫的發(fā)展，不能減少既有裂縫，改善受力狀況。

預(yù)應(yīng)力加固法:在板底錨固多根平行的預(yù)應(yīng)力細(xì)鋼絲，張拉后覆蓋特制混凝土，或者設(shè)轉(zhuǎn)向托架后折線形布鋼束張拉，預(yù)應(yīng)力鋼索穿過兩端板中斜孔錨固于鋪裝層下。

外部粘貼加固法:是采用膠粘劑把鋼板或碳纖維等復(fù)合材料粘貼到構(gòu)件需要加固的部位，從而提高其承載力和剛度，有粘鋼板，粘碳纖維板、玻璃纖維、芳綸纖維等。

(2)間接進(jìn)行加固方法:是根據(jù)原有結(jié)構(gòu)體系的現(xiàn)狀，通過一些加固技術(shù)措施，改變結(jié)構(gòu)的受力體系，減少原有結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)。主要加固法有:

增設(shè)構(gòu)件:是在原有構(gòu)件之間增設(shè)新的構(gòu)件(加梁、加柱、加架)，減少受荷載面積，達(dá)到加固效果。

增設(shè)支點(diǎn):是在構(gòu)件上增設(shè)支點(diǎn)和支撐構(gòu)件，減少其計(jì)算跨度及荷載效應(yīng)，增加穩(wěn)定性。

增加整體性:是通過增設(shè)支撐等構(gòu)造措施，使多個(gè)構(gòu)件形成一個(gè)整體共同工作，達(dá)到加固的目的。

改變剛度比:是采取一些措施，改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)剛度比，調(diào)整結(jié)構(gòu)在荷載作用下的受力分布，改變受力狀況。

卸載:是通過一些輕質(zhì)材料替換重質(zhì)材料，減少荷載，提高結(jié)構(gòu)可靠性。

托梁拔柱:是指在盡量不拆或少拆上部結(jié)構(gòu)情況下，拆除、更換、接長原有柱子。

3.3 加固的應(yīng)用

(1)上部構(gòu)造的加固

橋梁加固應(yīng)按橋梁本身的病害特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)特性采取不同的加固方法，常見的病害處理加固方法如下。

①梁橋抗彎能力不足或主梁撓度過大時(shí)，對(duì)梁底彎曲裂縫和沿預(yù)應(yīng)力筋的縱向裂縫，宜優(yōu)先采用施加體外預(yù)應(yīng)力，增大截面、簡支變連續(xù)等加固法。加大截面受壓區(qū)面積對(duì)提高抗彎強(qiáng)度和剛度。

②個(gè)別主梁(板)出現(xiàn)嚴(yán)重病害，而其他主梁良好，可采用更換主梁加固。

③提高承載能力幅度不大時(shí)，可采用粘貼鋼板或纖維復(fù)合材料加固。

④梁(板)橫向聯(lián)系不足時(shí)，可采用增強(qiáng)橫梁、增設(shè)橫向預(yù)應(yīng)力或加強(qiáng)橋面橫向聯(lián)系等方法加固。

⑤主梁斜截面抗剪能力不足時(shí)，可采用粘貼鋼板或纖維復(fù)合材料加固。對(duì)于腹板上的斜裂縫，可在與裂縫反向并近似與水平線成45°，即大致正交于斜裂縫的方向粘貼鋼板或纖維復(fù)合材料，對(duì)梁高度矮，鋼板或纖維錨固長度不足時(shí)，可粘貼成U 形箍和加壓條的形式。

⑥箱梁的剛度不足且產(chǎn)生嚴(yán)重下?lián)蠒r(shí)，應(yīng)采用施加體外預(yù)應(yīng)力進(jìn)行加固，也可以采用改變體系法進(jìn)行加固。

(2)橋梁下部結(jié)構(gòu)加固方法

蓋梁可采用施加體外預(yù)應(yīng)力、增大截面、粘貼鋼板或纖維復(fù)合材料等方法進(jìn)行加固。

墩柱可采用增大截面、鋼套管內(nèi)灌注混凝土、粘貼纖維復(fù)合材料或鋼板等方法加固。

臺(tái)身可采用外包鋼筋混凝土套箍、更換臺(tái)后填土、增設(shè)輔助擋土墻、框架梁加注漿錨桿等方法加固。

基礎(chǔ)可采用增大基礎(chǔ)底面積、增大樁頭面積或增加基樁、增設(shè)支撐梁等方法加固。

地基可采用高壓旋噴注漿、土體注漿等方法加固。墩臺(tái)基礎(chǔ)沖刷過大，可采用拋石、砌石防護(hù)、石籠、板樁防護(hù)、上游設(shè)導(dǎo)流壩、下游設(shè)攔砂壩等方法加固。

4 結(jié) 語

隨著我國交通事業(yè)的持續(xù)發(fā)展，路橋加固將是一個(gè)永久性的課題，橋梁的養(yǎng)護(hù)、維修、加固將逐漸成為主流，橋梁加固工程將越來越多，隨著路橋加固先進(jìn)技術(shù)、材料和設(shè)備的出現(xiàn)，加固方案將能夠更好的合理確定，讓有限資金發(fā)揮更大的效益，使我國橋梁建設(shè)真正步入“建養(yǎng)并重”的可持續(xù)發(fā)展道路。

［1］單成林. 舊橋加固設(shè)計(jì)原理及計(jì)算示例［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［2］單成林. 混凝土梁式橋加固設(shè)計(jì)理論及試驗(yàn)［M］.北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2011.

［3］公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D62－2004)［S］.