常见桥梁加固技术探析
1 引言
桥梁的生命周期都要经历建造、营运和老化三个阶段,虽然桥梁建设初期充分考虑了近、远期经济发展和社会的诸多需求,采用了当时最先进的技术和材料,但仍然难以摆脱历史的局限。随着科技的进步,车辆载重逐渐增大,车速相继提高,人们对行车的安全性和舒适性也提出了更高的要求。但早期建设的桥梁,荷载标准低,施工水平差,经过多年运营桥梁病害相继出现,因此旧桥维修和加固便成为一个急需解决的问题。
目前,世界上发达国家都投入了不小的人力和物力进行旧桥加固技术研究,在兴建新桥的同时,仍然十分重视旧桥的利用价值。我国现时期正在大力发展基础设施,资金需求量大,而要在短时间内重建等级公路上的危桥,不仅需要大量资金,同时也有悖于桥梁建设的可持续发展。下面笔者就根据近几年来在公路路网改造过程中,针对中小跨径桥梁经常采用的一些维修加固方法做一些介绍。
2 外包混凝土加固法
外包混凝土加固法又称增大截面加固法,是指增大构件的截面和配筋,以提高构件的强度和刚度的一种加固方法。此种加固法在增加桥梁横向联系方面应用较多,早期修建的桥梁横系梁或横隔板尺寸都较小,强度和刚度也较弱,在当前较大外荷载作用下, 产生了较大变形,导致横系梁开裂、脱落,无法有效地横向分布荷载。此时采用外包混凝土加固法适当增大横系梁尺寸,随着横向联系的加强,主梁的横向整体受力性能提高,从而增加了桥梁的承载能力,提高了桥梁的刚度和稳定性。
外包混凝土加固施工工序:
2.1 为了加强新、旧混凝土的结合,应对原构件混凝土的缺陷进行清理,并将构件表面凿毛;
2.2 当采用三面或四面外包加固时,应将构件的棱角敲掉,同时除去浮碴和灰尘;
2.3 用高压水冲洗原混凝土表面,在浇筑混凝土前,在原混凝土表面刷一层水泥浆以加强新、旧混凝土的结合。
3 锚喷混凝土加固法
锚喷混凝土是指先将锚杆锚入补强部位结构内,挂设补强钢筋网,然后再喷射一定厚度的混凝土,使其与原结构共同承受外力的组合结构。
此种加固法在浆砌片石板拱桥加固中运用较多,目前低等级公路上的石板拱桥由于早期施工时未按强度和规格要求严格选料,砌筑片石时砂浆不饱满,砂浆配合比控制不严,再加上超重车辆长期作用,普遍存在主拱圈片石风化、石料大小不一、片石被挤压碎裂、石料强度不均匀等现象,砌筑砂浆松动脱落并存在较多空洞,有的拱圈已发现纵向裂缝。针对此种情况采用锚喷混凝土加固既不中断交通,又能很好地解决这些病害。
锚喷混凝土施工工序:
3.1 将拱圈底面人工打毛,并将污染的砂浆完全凿除,然后用高压水冲洗拱底表面;
3.2 在拱圈底面用电钻打锚筋孔,孔深不得小于10cm,锚筋直径不得小于12mm,孔内灰尘要吹洗干净,然后用M12号砂浆或环氧树脂注入孔内,再插入锚筋,使之粘结牢固;
3.3 将钢筋网点焊在锚筋上,焊点不能太少,以免喷射混凝土时钢筋移动;
3.4 喷射混凝土前先将拱圈底面用水冲洗湿润,然后在表面先喷一层M12号砂浆,厚度约1cm,再喷射混凝土,使新老混凝土粘结良好并能填塞片石间孔洞,喷射混凝土后要注意及时养生。
4 桥面补强层加固法
桥面补强层加固法是指先凿除原桥铺装层后,重新浇筑一层钢筋混凝土补强层,使其与原桥结构形成整体。利用梁体截面加高,改善桥梁横向应力分布能力,从而提高桥梁承载能力。
由于桥面铺装层直接承受车辆荷载作用, 应力集中明显,再加上中小跨径桥梁所受应力变化和冲击影响较大。因而它也是最易出现破坏的结构之一,常见病害有:磨耗、露筋、网裂、坑洞等。
原中小跨径桥梁横向大都通过铰缝进行连接,而桥梁设计老规范对铰缝未作明确要求,现经过多年运营,已有铰缝开始出现松动脱落,减弱或失去横向传力功能,这样就给主梁安全运营带来了隐患。
桥面补强层加固法针对此种病害具有施工简便、加固效果明显的特点,尤其适用于中小跨径的梁式桥。其常用方法是铺筑钢筋网与混凝土或钢筋网与钢纤维混凝土。铺筑的厚度和配筋视加固需要而定,一般补强层厚度不小于8cm,以不增加新的恒载为宜,并要注意确保新旧混凝土能成为一个受力整体。
5 粘贴碳纤维布加固法
碳纤维是一种新型材料,具有高强、轻质、耐腐蚀以及施工简便等优点而成为旧桥加固的理想材料。加固混凝土构件时,按构件的不同受力特点,用粘结材料将碳纤维布粘贴于构件表面,实现对构件变形的约束并由此提高构件的承载能力。
此种加固法在增强构件抗弯刚度、减少构件挠度和约束混凝土裂缝扩展方面应用较多。当补强结构外形较复杂,采用外包混凝土或者粘贴钢板加固法时,施工难度很大,且粘贴钢板可能会对原结构造成损伤,此时就可以发挥碳纤维布随结构外形变化任意施工,从而降低施工难度的优点。
5.1 粘贴碳纤维布施工工序:
5.1.1 按加固设计要求,对需要表面处理和粘贴纤维布的部位进行放样定位;
5.1.2 混凝土表面打磨平整,除去表层浮浆、油污等杂质,直至完全露出结构新面, 将混凝土表面清理干净,去除灰尘并保持干燥;
5.1.3 用一次性软毛刷或特制滚筒将底胶均匀涂抹于混凝土表面,待胶表面指触干燥时即进行下一步工序施工;
5.1.4 混凝土表面凹陷部位用找平胶填补平整,且不应有棱角,转角处应用找平胶修复为光滑的圆弧;
5.1.5 按设计要求的尺寸裁剪纤维布,配制粘贴胶并均匀涂抹于所要粘贴的部位,用一次性软毛刷或特制滚筒沿纤维方向多次涂刷,挤除气泡,并使胶水充分浸透纤维布。多层粘贴重复上述步骤,待纤维布表面指触干燥时即进行下一层的粘贴。在最后一层的碳纤维布表面均匀涂抹粘贴胶。
5.2 粘贴注意事项:
5.2.1 纤维布粘贴施工宜在5℃～35℃环境温度条件下进行,并应符合配套树脂的施工使用温度。当环境温度低于5℃时, 应采取加温措施;
5.2.2 用碳纤维布加固混凝土构件宜采用薄布多层的粘贴方法,使其与粘接材料充分浸润,确保粘接效率。设计时根据各块件处的应力值大小决定碳纤维布的层数。
6 小结
以上为中、小跨径桥梁在常规加固中经常采用的一些方法。由于我国暂时经济能力有限,为保证桥梁安全运营,在一定时期内桥梁维修加固不可避免。
6.1 由于老桥资料不全,实际受力情况与结构计算模型也存在一定的差异,所以桥梁加固在设计单位严格计算、施工单位按图精心施工后,建议仍要对加固后的桥梁进行检测,作好各项数据的详细观测和记录,与理论计算相比较,经分析得出安全可靠的结论后,方能通车。
6.2 对桥梁病害处理要贯彻“建养并重”、“预防为主”的思想。桥梁要进行定期检查和周期性养护,对发现的一些小病害要及时维修,避免病害扩大,失去承载能力。
6.3 现时期桥梁建设要走可持续发展的道路,新建桥梁应考虑其可检测性、可加强性和可更换性。
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