一、引言
近年来,随着社会经济的不断发展,我国公路交通运输量逐年攀升,许多旧有桥梁负荷不断加重,出现了桥面破损、裂缝和老化等现象,严重影响公路交通安全。据统计,旧桥加固一般只是新建费用的10%到20%左右,而且在加固期间除了重载车需要绕行以外,桥梁基本可以正常通行,经济社会效益明显。因此,旧桥、危桥加固成为缓解公路桥梁与交通发展之间矛盾的主要办法,具有重要的现实意义。
二、桥梁加固的优点和经济效益
目前,我国正处于大规模基本建设高潮阶段,但是很多桥梁耐久性设计标准过低,施工质量缺少保证,大量的已建工程存在安全隐患。在路桥建设方面,随着交通量和车辆载重不断提升,旧桥缺少必要的日常维护,我国大量桥梁处于超负荷状态。截至2010年底,我国公路桥梁达到62万座以上,总长度2.37万公里,其中特大桥2051座,大桥39381座,其中超过45%的的中、小跨径桥梁是按照1981年以前颁布的L13荷载等级技术标准设计的。经过20多年的使用,部分桥梁缺少养护维修频频发生桥梁事故,给群众人身财产造成了巨大威胁,旧有桥梁加固工作的重要性日益凸显。
建筑初期修建桥梁时,由于当时的技术条件有限,而且当时交通和城市配套设施的不完善,再加上管理人员的安全意识淡薄,致使桥梁在施工方面可能存在,配筋过小过细、桥面铺设与承重构建连接不牢靠等问题。由于桥梁是建在大地上的特殊产品,不仅受自然环境的影响(如大气腐蚀、温度、湿度变化等),而且还受到使用环境的影响,难以避免产生损坏现象,尤其是超载车辆对旧桥造成的损害巨大。如果缺少必要的维护,现有旧桥破损将日益加剧最终变成危桥,造成的社会和经济损将以倍数增长。
从经济上分析,桥梁加固可以节省大量投资。根据桥面实际情况,适当运用合适的加固技术,可以有效的避免拆除旧桥所产生的拆除费用,同时又节省了建设新桥的工程费用;在桥梁加固的过程中,对交通的影响也是微乎其微的,可以在不中断交通的情况下完成。维修加固现有的旧桥梁同时也恢复和提高了旧桥的承载能力及通行能力,延长桥梁的使用寿命,满足现代化交通运输的需求。
三、我国现阶段的传统桥梁加固技术
1.增大截面加固技术。通常情况下,增大截面加固法是通过使用混凝土增加桥面板厚度和主梁梁肋宽度,提高梁截面有效高度,增强梁的强度、稳定性和抗裂性能,从而达到桥梁的承载能力。主要适合旧桥改造时桥下净高高,对桥下施工作业有高度限制的桥梁不适用。这种方法加固桥梁时,优点是加固效果好,缺点是施工工序复杂,需要较高的技术水平。需要桥梁下部构件具有更高的承载力,而且需要在梁底施工,工程质量控制难度大,一般只适用T梁桥和板桥加固。
施工核心问题在于新增部分与原有构件的整体工作、共同受力的问题,包括新旧混凝土结合问题、新增钢筋与原钢筋的结合问题,以及混凝土浇筑工艺问题。加固过程中,新旧钢筋要做好焊接,做好新旧混凝土的结合。浇筑材料一般选用高强度无收缩的细石混凝土,配筋选用型钢或者钢板。
增大截面加固法是一种对原有构件外观进行改变的施工办法,施工工艺要求现场湿作业工作量大,同时养护时间也很长,对交通通行和生产生活有一定影响。所以,增大截面的加固方法,在传统的桥梁加固技术中具有一定局限性。
2.塞缝灌浆加固技术。塞缝灌浆加固技术是使用喷浆机将一定比例的水泥砂浆、环氧树脂砂浆注入结构缝隙内,浆液凝结硬化后,起到填充裂缝、避免钢筋锈蚀并提高结构整体强度的作用,本方法一般适用于处理桥梁上下部分结构裂缝。将水泥灌浆和化学灌浆两种方法比较,化学灌浆采用环氧树脂浆液,可以将裂缝两边的混凝土粘合在一起,具有抗拉强度和抗变形能力,适用于较宽或者较深的裂缝修补,特别是受力裂缝效果很好。一般不需要抵抗拉应力和剪应力的较小裂缝,可以采用水泥灌浆。
灌浆材质包括水泥(砂)浆、环氧树脂、水玻璃和聚氨酯等,具体采用哪一种,应视实际情况而定。通常水泥(砂)浆用于石砌墩台和拱圈裂缝,由裂缝的大小来决定灌浆中是否掺砂,采用水泥(砂)浆造价低、效果好;环氧树脂浆一般用于钢筋混凝土结构物,因为钢筋混凝土构件产生的裂缝较小,易灌满,粘结性好;环氧树脂砂浆多用于桥面裂缝;水玻璃是一种水溶性硅酸盐,俗称泡花碱,也是化学灌浆历史上较早使用的灌浆浆材,具有无毒、粘度小、可灌性好等优点,并且价格低廉,在当前使用较为广泛。
塞缝灌浆加固技术的施工工艺简单,但是工序复杂。从表面处理方面来说,首先要用钢丝刷清理裂缝周围5厘米范围内的浮浆和灰尘,凿掉裂缝表面混凝土。为确保裂缝与灌浆良好的结合,避免在加固后发生断裂的情况,需要对裂缝内部不规则区域和内部结构复杂区域进行凿出,并将碎石清理干净。因此,表面清理工作比较复杂,需要细致耐心地完成。
四、我国现行的桥梁加固新技术
1.粘帖钢板加固加固技术。粘帖钢板加固法是通过采用环氧树脂或者建筑结构胶,将粘贴钢板及锚栓固定在混凝土结构受拉边缘或者薄弱位置,用来提高构件承载力的方法。粘帖钢板加固适用于主梁承载力不足,或者纵向主筋出现重度腐坏的情况,多用于年代较早、涉及承载力不足的旧桥。
粘帖钢板加固技术对施工工艺要求较高,处理环节复杂。首先完成原结构裂缝封灌,对粘帖钢板的混凝土区域进行油污清理和打磨,再对混凝土和钢板粘合面处理,同时还要对钢板进行防腐处理。粘帖钢板施工混凝土结构表面缺陷和裂缝修补完成后才能进行。采用直接涂胶粘贴的钢板厚度不应大于5毫米;钢板厚度大于5毫米时,应采用压力注胶粘结。对钢筋混凝土受弯构件进行正截面加固时,钢板宜采用条带粘贴,钢板的宽厚比不应大于50。
粘帖钢板加固技术可以使钢板和桥梁结构融为整体,提高构件抗压能力,共同承担荷载,对原结构的尺寸不发生改变,可以减少原结构裂缝继续扩大,短期内效果较好,并且目前工艺较为成熟。但是,加固后钢板表面需要制作水泥砂浆或者环氧树脂砂浆保护层防止在自然环境受到腐蚀,后期需要投入一定的维护费用。
2.粘帖碳纤维布加固技术。碳纤维材料属于新兴高科技纤维材料,从材料诞生起就成为了基本建设研究领域的热点,近年来得到了广泛应用,也为路桥加固工作提供了新的有效手段。本技术利用碳纤维布的高强度,将碳纤维布粘帖在梁体的受拉区域,对原构件钢筋受拉起到良好的替代补充作用,从而提高了构件的抗压承载能力。施工工艺的关键在于粘帖碳纤维布与构件之间的粘合效果。加固构件混凝土表面处理尤为重要,表面的浮浆需要细致打磨,错位和凸出部分要磨平。梁构件表面有裂缝的情况,需要采用塞缝灌浆技术进行修补,具体采用哪种灌浆材料根据实际需要即可。碳纤维布质量轻盈,具有较好的柔韧性,可以根据构件外形需要进行现场剪裁,与粘帖钢板和增大截面加固技术原理相同,但是不需要大型机械设备即可施工,而且材料易运输、装卸和储存,大大降低了材料维护和人工费用。
3.体外预应力钢丝束加固技术。体外预应力钢丝束加固法可以有效提高原有桥梁的承载能力,根据多个实例测算,提升幅度大约在28%到40%左右。施工工艺简单方便,工期较短,不需要过多的人力和设备投资,而且在加固过程中不影响交通通行。但是体外预应力钢丝束存在腐蚀的问题,因此体外预应力钢丝束加固法一般不适用于气候潮湿地区。
4.改变现有桥梁的结构进行加固。改变结构体系加固是通过改变桥梁结构体系以减小梁内应力,提高桥梁结构整体承载力的一种加固方法。桥梁常用改变结构体系加固法包括将多孔简支梁改为连续梁,将单孔简支梁改为支撑梁,将中、下承式拱改为拱-斜拉组合体系,将连续梁、连续钢结构改为矮塔斜拉桥,将带梁T型钢结构改变为连续钢结构以及其他增设结构(杆件)而使原结构受力体系发生改变的方法。
加固时往往需要在桥下操作,设置永久设施,影响桥下净空,所以必须考虑对通航及排洪能力的影响;加固时改变了受力体系,使原本只承受正弯矩的简支梁在部分位置出现负弯矩,所以要注意加强梁上缘配筋。
五、桥梁加固方案选择及效果评价
路桥加固方案确定前,要结合以下方面进行论证,包括桥梁结构型式;桥位 地形、水文、自然状况;桥梁现状分析研究结论;施工技术水平;能否封闭 交通;预期加固效果;资金投入量等。合理的加固方案是将上述加固方法优化组合,体现出加固效果及经济效益。应注意以下两点:不同的加固方法有对应的设计计算方法;加固后的桥梁结构承载能力提高幅度受原结构的制约,如原结构配筋率、截面尺寸等,不可能无限制地提高承载能力。
现有旧桥梁进行工程改造和加固施工时,我们应该不断的总结经验,在现有的技术标准和施工标准之上,形成专门的质量管理体系。这就要求我们施工和管理人员在整个工程的施工进行中,要实地考察,从早期设计到最后的竣工验收都要时时的检测和观察。一般的检测方法是,桥梁通过加固以后,上半部分运用净载或者是动载实验,将实验结果和当初设计的结果进行比较。桥梁的下半部分,主要运用科学的质量评估体系,检测桥梁的频率变化来定量评估旧桥的加固效果。
近年来,随着社会经济的不断发展,我国公路交通运输量逐年攀升,许多旧有桥梁负荷不断加重,出现了桥面破损、裂缝和老化等现象,严重影响公路交通安全。据统计,旧桥加固一般只是新建费用的10%到20%左右,而且在加固期间除了重载车需要绕行以外,桥梁基本可以正常通行,经济社会效益明显。因此,旧桥、危桥加固成为缓解公路桥梁与交通发展之间矛盾的主要办法,具有重要的现实意义。
二、桥梁加固的优点和经济效益
目前,我国正处于大规模基本建设高潮阶段,但是很多桥梁耐久性设计标准过低,施工质量缺少保证,大量的已建工程存在安全隐患。在路桥建设方面,随着交通量和车辆载重不断提升,旧桥缺少必要的日常维护,我国大量桥梁处于超负荷状态。截至2010年底,我国公路桥梁达到62万座以上,总长度2.37万公里,其中特大桥2051座,大桥39381座,其中超过45%的的中、小跨径桥梁是按照1981年以前颁布的L13荷载等级技术标准设计的。经过20多年的使用,部分桥梁缺少养护维修频频发生桥梁事故,给群众人身财产造成了巨大威胁,旧有桥梁加固工作的重要性日益凸显。
建筑初期修建桥梁时,由于当时的技术条件有限,而且当时交通和城市配套设施的不完善,再加上管理人员的安全意识淡薄,致使桥梁在施工方面可能存在,配筋过小过细、桥面铺设与承重构建连接不牢靠等问题。由于桥梁是建在大地上的特殊产品,不仅受自然环境的影响(如大气腐蚀、温度、湿度变化等),而且还受到使用环境的影响,难以避免产生损坏现象,尤其是超载车辆对旧桥造成的损害巨大。如果缺少必要的维护,现有旧桥破损将日益加剧最终变成危桥,造成的社会和经济损将以倍数增长。
从经济上分析,桥梁加固可以节省大量投资。根据桥面实际情况,适当运用合适的加固技术,可以有效的避免拆除旧桥所产生的拆除费用,同时又节省了建设新桥的工程费用;在桥梁加固的过程中,对交通的影响也是微乎其微的,可以在不中断交通的情况下完成。维修加固现有的旧桥梁同时也恢复和提高了旧桥的承载能力及通行能力,延长桥梁的使用寿命,满足现代化交通运输的需求。
三、我国现阶段的传统桥梁加固技术
1.增大截面加固技术。通常情况下,增大截面加固法是通过使用混凝土增加桥面板厚度和主梁梁肋宽度,提高梁截面有效高度,增强梁的强度、稳定性和抗裂性能,从而达到桥梁的承载能力。主要适合旧桥改造时桥下净高高,对桥下施工作业有高度限制的桥梁不适用。这种方法加固桥梁时,优点是加固效果好,缺点是施工工序复杂,需要较高的技术水平。需要桥梁下部构件具有更高的承载力,而且需要在梁底施工,工程质量控制难度大,一般只适用T梁桥和板桥加固。
施工核心问题在于新增部分与原有构件的整体工作、共同受力的问题,包括新旧混凝土结合问题、新增钢筋与原钢筋的结合问题,以及混凝土浇筑工艺问题。加固过程中,新旧钢筋要做好焊接,做好新旧混凝土的结合。浇筑材料一般选用高强度无收缩的细石混凝土,配筋选用型钢或者钢板。
增大截面加固法是一种对原有构件外观进行改变的施工办法,施工工艺要求现场湿作业工作量大,同时养护时间也很长,对交通通行和生产生活有一定影响。所以,增大截面的加固方法,在传统的桥梁加固技术中具有一定局限性。
2.塞缝灌浆加固技术。塞缝灌浆加固技术是使用喷浆机将一定比例的水泥砂浆、环氧树脂砂浆注入结构缝隙内,浆液凝结硬化后,起到填充裂缝、避免钢筋锈蚀并提高结构整体强度的作用,本方法一般适用于处理桥梁上下部分结构裂缝。将水泥灌浆和化学灌浆两种方法比较,化学灌浆采用环氧树脂浆液,可以将裂缝两边的混凝土粘合在一起,具有抗拉强度和抗变形能力,适用于较宽或者较深的裂缝修补,特别是受力裂缝效果很好。一般不需要抵抗拉应力和剪应力的较小裂缝,可以采用水泥灌浆。
灌浆材质包括水泥(砂)浆、环氧树脂、水玻璃和聚氨酯等,具体采用哪一种,应视实际情况而定。通常水泥(砂)浆用于石砌墩台和拱圈裂缝,由裂缝的大小来决定灌浆中是否掺砂,采用水泥(砂)浆造价低、效果好;环氧树脂浆一般用于钢筋混凝土结构物,因为钢筋混凝土构件产生的裂缝较小,易灌满,粘结性好;环氧树脂砂浆多用于桥面裂缝;水玻璃是一种水溶性硅酸盐,俗称泡花碱,也是化学灌浆历史上较早使用的灌浆浆材,具有无毒、粘度小、可灌性好等优点,并且价格低廉,在当前使用较为广泛。
塞缝灌浆加固技术的施工工艺简单,但是工序复杂。从表面处理方面来说,首先要用钢丝刷清理裂缝周围5厘米范围内的浮浆和灰尘,凿掉裂缝表面混凝土。为确保裂缝与灌浆良好的结合,避免在加固后发生断裂的情况,需要对裂缝内部不规则区域和内部结构复杂区域进行凿出,并将碎石清理干净。因此,表面清理工作比较复杂,需要细致耐心地完成。
四、我国现行的桥梁加固新技术
1.粘帖钢板加固加固技术。粘帖钢板加固法是通过采用环氧树脂或者建筑结构胶,将粘贴钢板及锚栓固定在混凝土结构受拉边缘或者薄弱位置,用来提高构件承载力的方法。粘帖钢板加固适用于主梁承载力不足,或者纵向主筋出现重度腐坏的情况,多用于年代较早、涉及承载力不足的旧桥。
粘帖钢板加固技术对施工工艺要求较高,处理环节复杂。首先完成原结构裂缝封灌,对粘帖钢板的混凝土区域进行油污清理和打磨,再对混凝土和钢板粘合面处理,同时还要对钢板进行防腐处理。粘帖钢板施工混凝土结构表面缺陷和裂缝修补完成后才能进行。采用直接涂胶粘贴的钢板厚度不应大于5毫米;钢板厚度大于5毫米时,应采用压力注胶粘结。对钢筋混凝土受弯构件进行正截面加固时,钢板宜采用条带粘贴,钢板的宽厚比不应大于50。
粘帖钢板加固技术可以使钢板和桥梁结构融为整体,提高构件抗压能力,共同承担荷载,对原结构的尺寸不发生改变,可以减少原结构裂缝继续扩大,短期内效果较好,并且目前工艺较为成熟。但是,加固后钢板表面需要制作水泥砂浆或者环氧树脂砂浆保护层防止在自然环境受到腐蚀,后期需要投入一定的维护费用。
2.粘帖碳纤维布加固技术。碳纤维材料属于新兴高科技纤维材料,从材料诞生起就成为了基本建设研究领域的热点,近年来得到了广泛应用,也为路桥加固工作提供了新的有效手段。本技术利用碳纤维布的高强度,将碳纤维布粘帖在梁体的受拉区域,对原构件钢筋受拉起到良好的替代补充作用,从而提高了构件的抗压承载能力。施工工艺的关键在于粘帖碳纤维布与构件之间的粘合效果。加固构件混凝土表面处理尤为重要,表面的浮浆需要细致打磨,错位和凸出部分要磨平。梁构件表面有裂缝的情况,需要采用塞缝灌浆技术进行修补,具体采用哪种灌浆材料根据实际需要即可。碳纤维布质量轻盈,具有较好的柔韧性,可以根据构件外形需要进行现场剪裁,与粘帖钢板和增大截面加固技术原理相同,但是不需要大型机械设备即可施工,而且材料易运输、装卸和储存,大大降低了材料维护和人工费用。
3.体外预应力钢丝束加固技术。体外预应力钢丝束加固法可以有效提高原有桥梁的承载能力,根据多个实例测算,提升幅度大约在28%到40%左右。施工工艺简单方便,工期较短,不需要过多的人力和设备投资,而且在加固过程中不影响交通通行。但是体外预应力钢丝束存在腐蚀的问题,因此体外预应力钢丝束加固法一般不适用于气候潮湿地区。
4.改变现有桥梁的结构进行加固。改变结构体系加固是通过改变桥梁结构体系以减小梁内应力,提高桥梁结构整体承载力的一种加固方法。桥梁常用改变结构体系加固法包括将多孔简支梁改为连续梁,将单孔简支梁改为支撑梁,将中、下承式拱改为拱-斜拉组合体系,将连续梁、连续钢结构改为矮塔斜拉桥,将带梁T型钢结构改变为连续钢结构以及其他增设结构(杆件)而使原结构受力体系发生改变的方法。
加固时往往需要在桥下操作,设置永久设施,影响桥下净空,所以必须考虑对通航及排洪能力的影响;加固时改变了受力体系,使原本只承受正弯矩的简支梁在部分位置出现负弯矩,所以要注意加强梁上缘配筋。
五、桥梁加固方案选择及效果评价
路桥加固方案确定前,要结合以下方面进行论证,包括桥梁结构型式;桥位 地形、水文、自然状况;桥梁现状分析研究结论;施工技术水平;能否封闭 交通;预期加固效果;资金投入量等。合理的加固方案是将上述加固方法优化组合,体现出加固效果及经济效益。应注意以下两点:不同的加固方法有对应的设计计算方法;加固后的桥梁结构承载能力提高幅度受原结构的制约,如原结构配筋率、截面尺寸等,不可能无限制地提高承载能力。
现有旧桥梁进行工程改造和加固施工时,我们应该不断的总结经验,在现有的技术标准和施工标准之上,形成专门的质量管理体系。这就要求我们施工和管理人员在整个工程的施工进行中,要实地考察,从早期设计到最后的竣工验收都要时时的检测和观察。一般的检测方法是,桥梁通过加固以后,上半部分运用净载或者是动载实验,将实验结果和当初设计的结果进行比较。桥梁的下半部分,主要运用科学的质量评估体系,检测桥梁的频率变化来定量评估旧桥的加固效果。