钢筋混凝土桥梁加固维修技术

　2012年12月内蒙古科技与经济December2012　第24期总第274期Inner M o ngo lia Science T echnolo gy&Economy N o.24T o tal N o.274浅谈钢筋混凝土桥梁加固维修技术

梁浩杰

(呼和浩特市公路工程监理所,内蒙古呼和浩特　010050)

摘　要:在分析目前我国公路桥梁现状、桥梁病害诊断基本思路、加固方法选择原则、评估及加固准则的基础上,综述了几种常用和新型加固技术,评述比较各自优缺点,最后给出了桥梁加固工程的实际应用原则并展望了未来加固技术。

关键词:道路桥梁;成因;评估;加固;方法

中图分类号:U445.72 文献标识码:C 文章编号:1007—6921(2012)24—0076—03

随着我国社会经济和交通运输事业的快速发展,过去年代修建在省干线公路上的桥梁,负担着十分沉重的交通荷载及繁重的交通量。由于受到当时的设计、材料、施工等方面的影响和局限,先天不足,加上不能适应目前交通量的迅猛增长,使得桥梁的检测和加固成为必要,桥梁结构是典型的不可逆结构,受自然因素如腐蚀、冲刷、预应力损失等,非自然因素如意外损伤、超载、开裂等的影响,一旦建成,其结构性能会随运营时间的增长而不断下降。在寒冬酷暑、暴雨烈日、洪水冲刷的多年影响下,使得国省干线公路上的桥梁,发生了各种大大小小的病害,如桥面破损、栏杆断裂、伸缩缝损坏、桥头跳车、梁板或拱体裂缝、砼剥落、钢筋钢索锈蚀、钢结构裂纹锈烂、墩台断裂位移、挡墙倾斜错位、锥坡下挫坍塌、墩台基底冲空、桥头路基冲塌、河床护底冲翻以及河道被冲刷严重变迁而危及桥头路基等,已经破坏了桥梁的正常良好状态。[1]这种不良状态,将大大缩短桥梁的使用寿命,若采取适当加固或提高等级措施,则其结构性能会提高,桥梁寿命会延长。山区桥梁由于受自然地理条件、水文地质及当地气候等不利因素影响较大,极易引起下部、附属设施甚至桥梁承重结构的损毁和病害。病害类型大多为墩台基础冲空、锥坡护岸等,附属设施水毁以及由于地基不均匀沉降引起桥梁下部、石拱桥侧墙及拱圈等的裂缝病害。

1　桥梁加固的目的与意义

1.1　桥梁加固的目的

自桥梁建成之始,不久就会产生已建桥梁的维修、改造和加固的需求,也就是针对已经变旧的桥梁,不能满足继续使用的状况进行处理的方法。

1.2　桥梁加固的意义

桥梁加固后,可以延长桥梁的使用寿命,用少量的资金投入,使桥梁能满足交通量的需求,还可以缓和桥梁投资的集中性。加固桥梁可以预防和避免桥梁的坍塌造成物资损失和人身伤亡。

2　桥梁病害成因

在加固与补强之前,应确定结构的劣化和损伤的原因,以便确定维修加固方案。除有偶然荷载急剧作用于桥梁造成梁板断裂等重大损坏外,常见的桥梁病害有裂缝、撞损、剥落、蜂窝、冲刷、钢筋锈蚀等。其中裂缝是混凝土桥梁最常见的病害表现之一,是影响桥梁承载力和耐久性的重要因素。[2]混凝土裂缝引起钢筋保护层破坏,致使空气侵人导致钢筋锈蚀,钢筋锈蚀是钢筋混凝土构件破坏的重要原因。造成以上病害的主要原因如下。

2.1　桥梁设计、施工及运营对桥梁的影响

在桥梁的建造过程中,设计不合理、截面尺寸和钢筋配置不符合力学要求、施工质量问题达不到设计要求、建筑材料使用不当、品质不良等等。这些方面如果出现问题将使桥梁在使用伊始就存在质量隐患。桥梁在使用过程中,混凝土的干缩、徐变现象以及预应力构件的预应力损失不可避免,造成裂缝产生、构件强度降低;同时,环境中有害的化学物质会对结构造成侵蚀,导致混凝土强度降低,钢筋产生锈蚀。此外,交通超载、车辆的撞击损坏、桥面磨损等人为因素的破坏是经常发生的;严寒酷暑的温度影响、洪水的冲击、地震造成的破坏也不可避免。

2.2　环境因素对桥梁病害产生的影响

严寒酷暑的温度、气候、洪水的冲击等桥梁外部环境对桥梁会产生影响,以致混凝土桥梁的劣化现象。[3]多种原因相互作用,恶性循环,形成桥梁的劣化与损伤。常见的劣化现象有裂缝、撞损、剥落、蜂窝、冲刷、钢筋锈蚀等。裂缝是混凝土桥梁最常见的劣化现象。钢筋锈蚀是钢筋混凝土构件破坏的主要原因。

2.3　超载超限对桥梁的危害

车辆的超载超限对桥梁的损伤很大,自2006年以来,呼和浩特市干线公路桥梁出现了不同程度的病害和损坏,桥面板严重坑洼不平,梁板出现较多的裂缝、断裂、受力钢筋外漏、锈蚀。车辆的超载超限已成为严重的公路桥梁的杀手。超限产生过大的弯矩和剪力使梁板产生过大弯曲变形和剪力破坏,产生弯曲裂缝,支座附近产生剪切裂缝。过大的荷载使装配式板桥的铰缝混凝土开裂,导致桥面横向分布削弱,桥板承受荷载增加;严重时铰缝混凝土破坏,形成单块板受力,使桥板断裂,产生险情,严重威胁桥梁和行车安全,如不及时采取措施,将形成事故。地震对混凝土桥梁的破坏地震因其发生的突然性和巨大破坏力而被列为各种自然灾害之首。

3　钢筋混凝土桥梁安全评估及加固原则

按照交通部公路养护管理部署和要求,每年汛

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　梁浩杰・浅谈钢筋混凝土桥梁加固维修技术2012年第24期

前及汛后均对管养的桥梁进行全面检查、现场堪察,并对照《公路养护技术规范》逐项登记,发现病害及时上报。对出现病害的桥梁认真分析原因,在未施工维修加固前,实行跟踪监测并做好预防性的安全工作。

3.1　评估

为保障对现役桥梁的安全运营,管养单位必须建立有效的桥梁检测和预警系统。定期对桥梁的劣化与受损情况进行全面检测,依据受损情况现状进行安全性评估,确定实际荷载能力,判断是否对桥梁的承载力和耐久性构成威胁。桥梁的承载力评估,目前,我国主要采用检测与计算相结合的方法对桥梁安全的承载力进行评定。管养单位在日常管养过程中对管养桥梁主要按照《公路桥涵养护规范》(JT GHll一204),对照桥梁技术状况评定标准对管养桥梁按照五类桥梁的划分进行区分并分别采取养护措施。需要时委托具有桥梁检测资质的单位进行检测并采取措施进行加固维修。

3.2　桥梁补强加固原则

采用加固方案之前,须先考虑耗费少、功效快、不中断交通、技术上可行、有较好耐久性等方面的要求。补强加固是通过加大或修复桥梁构件来提高局部或整座桥梁承载能力的措施。因此,桥梁加固工作一般以不更改原结构形式为原则,只有在较复杂的情况下,才可考虑更改结构形式。[4]如果采用补强加固的方式仍不能达到交通运输要求,则必须考虑进行重建桥梁的部分或全部。选择桥梁加固方式时,必须考虑旧桥现状、承载能力减弱的程度以及日后交通量,最好参考已经成功完成补强加固的桥梁的施工。采用扩大或增加桥梁构件断面的方法进行加固前,应考虑增加部分与原有部件的结合效果。

4　桥梁维修加固方法

通过对桥梁现状、病害成因及可能的发展趋势、桥梁使用状况的科学分析,按照“安全、经济、实用、美观”的维修加固原则,在桥梁加固方案的选择、几何尺寸的拟定上力求实用有效,同时考虑施工方法可行。对每座桥梁加固均严格按规范要求绘制设计图纸,编报施工图预算。对施工难度大、施工工艺复杂的桥梁进行加固时,同时做好相应的施工组织设计,确保维修加固质量。下面是几种常见桥梁病害处治方法。

4.1　基础冲空

在冲空部位用灌注素混凝土填充,选择的混凝土标号不小于C20。

4.2　因地基不均匀沉降桥台侧墙开裂或外倾

采用支撑加固方法处理,即在侧墙外倾处设置支撑墙。支撑墙常用浆砌片石或浇混凝土等材料修建。

4.3　主拱圈出现纵向裂缝的加固

常用的方法有拱背加固和拱腹加固两种,应考虑河道水流量、安全、交通等因素选择加固方法。采用拱腹加固时, 用拱肋横系梁加固,可节约材料用量,降低费用; 拱圈衬砌加固。

4.4　桥梁附属设施及桥面系的损毁维修

桥梁附属设施包括锥坡、桥头护岸等,是最易遭受水毁损坏的部位,此类损毁主要采用原结构修复方法处治。桥面系由于受到车辆和人为破坏,也会出现损坏,影响了桥梁的正常使用和行车行人安全。如桥梁栏杆、桥面铺装层的损坏。对此类病害,视其损坏程度、数量及原构件的可利用价值,主要采用维修更换或拆除重建。

4.5　危桥的处理

根据《公路桥梁技术等级评定标准》,自2000年起,公路养护单位对管养的每座桥梁建立技术档案,确定桥梁技术等级;对三、四类桥梁实行跟踪管理。[5]对确定为危桥的桥梁: 实行限载、限速及安全警示; 积极向上级业务部门反映,争取资金投入。

5　桥梁加固施工质量控制

5.1　严把图纸审查关

从几何尺寸拟定、力学体系分析、构件组合型式,到施工因素影响均充分考虑,做到“精心设计”,并上报设计图纸,请上级审查把关。

5.2　严把材料进场关

在桥梁大中修工程施工中,对钢材、水泥等外购材料要有产品合格和生产厂家的证明,进场材料的规格型号必须符合设计图纸规定;对砂石材料必要检查其相关的技术指标,确保材料质量符合施工规范要求。

5.3　严把工艺操作关

从混凝土配合比的配制、钢筋的焊接到构件的浇筑等工序均严格把关,对关键工序、隐蔽工程实行全过程旁站,对混凝土采取抽取试件检测。

5.4　规范施工管理

通过近期对已维修加固桥梁使用情况、外观质量、老桥病害有无发展等现场检查可以看出,维修加固效果显著,满足了桥梁的正常使用要求。

6　混凝土桥梁加固新技术

6.1　纤维增强复合材料(Fibe:Renio fcrdePl asct iS,简称FRP)

与传统的粘钢加固相比,纤维增强复合材料的加固技术有以下明显的优势: F RP不受电化学腐蚀影响,可以在较大的温度范围内抵抗酸、碱、盐及类似物质的侵蚀,不需要抗腐蚀保护,粘贴后的维护费用要比粘钢少; FRP片材能够对结构的不同部位和处于不同环境中的结构进行施工,FRP可以根据需要方便的裁剪以适应所需的形状和数量,加固后结构外观和尺寸不会出现明显的变化,结构的重量凡乎不增加; F RP材料便于运输和操作,需要的脚手架少,对操作空间的要求低,可在受到限制的空间操作,施工现场扰动小,可以快速经济地施工; 由于构成F RP布的纤维丝束直径较小,F RP布弯曲刚度低,从而可以生产成连续长度的产品,成卷运送。粘贴时可彻底避免接头; 除玻璃纤维(GF RP)外,F RP材料均表现出优异的抗疲劳、抗徐变性能,对全方位改善被加固结构性能有利。

6.2　预应力应用于桥梁加固的形式

6.2.1　体外预应力法。体外预应力加固是把具有防腐保护的预应力筋布置在梁体的外部(或箱梁),对梁体施加预应力,以预应力产生的反弯矩抵消部分外荷载产生的内力,达到改善梁体的使用功能和提高承载力的目的。

6.2.2　有粘结预应力加固体系。有粘结预应力加固体系是采用锚固于被加固梁体上的高强钢丝,2～3