我国道路桥梁的病害及加固技术

　　桥梁在国民经济中扮演着重要的角色,桥梁的建造和维护是一个国家基础设施建立的重要部分。自19世纪50年以后,桥梁检测与加固技术越来越受到人们的重视,但是早前的桥梁常规检测技术还处在相对落后的阶段,特别是对于大跨、特殊桥梁而言,常规检测根本无法满足其要求。19世纪末期,桥梁结构形式日趋成熟,先进的桥梁检测与加固技术也应运而生。长期以来,人们对于大跨桥梁的安全检测一直是�用传统的桥梁检测方法,即当桥梁出现某些病害时,才开始对其进行常规检测。这种做法常常会耽误桥梁的正常使用,而且影响的因素较多,不易达到理想的效果,还要耗费大量的人力物力。

改革开放后,我国建设进入了公路桥梁高速发展期,修建了大量的现代桥梁,不少桥梁在使用上不同程度地存在各方面的隐患,在对很多旧桥进行检测以后,都会有多种方案摆在桥梁工程师的面前,对旧桥进行改造重建工作是人们最不想看到的结果,资金是一个重大的问题,并且工期有很长,严重影响正常的交通,在一般情况下,桥梁的加固费用在桥梁建设的费用中占有很高的比重,所以,对既有桥梁的加固技术研究也是桥梁工程一个重要分支,对未来桥梁加固技术的进一步提高具有重要意义。

　　一、常见病害及成因

　　1、桥面病害

　　桥面病害主要表现在桥面铺装层破坏,伸缩缝病害,栏杆及防撞护栏破损及桥面板破坏。

　　1)桥面铺装层:由于各种车轮长期碾压摩擦,桥面铺装层易在桥面板间铰接缝位置、伸缩缝周围、人行道板间发生破坏。主要破坏形式是出现裂缝、破损、沉陷等。

　　2)伸缩缝:近年来,常采用橡胶伸缩缝,它易产生的病害主要为橡胶条破坏剥离,伸缩缝嵌条连接位置漏水,伸缩缝构造处出现下陷或凸出现象,错固构件破损,车辆行驶时发出噪声。

　　3)栏杆及防撞护栏:由于栏杆及防撞护栏长期暴露在外界风吹日晒,易遭受外力撞击,且其长期伴随桥梁主体结构产生振动,容易出现撞坏、风化、裂缝、腐烛和缺损现象。

　　4)桥面板:桥面板一般分为纵置和横置桥面板,是桥面系主要受力构件,其长期承受荷载作用,易产生开裂、塌陷、下沉和板间铰接位置渗水现象等。桥面板开裂主要集中在跨中和下缘位置,多出现在伸缩缝附近的桥面板上,原因主要是外部荷载较大及其引起的较大冲击等。相对于纵置桥面板,横置桥面板整体性较差,出现问题也相对较多。

　　2、拱上结构病舍

　　钢筋混凝土桥拱上结构主要有立柱、立柱盖梁、立柱塾梁、纵梁等。以上构件主要病害如下所述:

　　1)立柱:由于主拱圈产生下烧变形或者一些桥主拱圈横向整体性较差,立柱底部与主拱圈或垫梁连接处易产生竖向、横向和环向裂缝;由于施工精度影响,立柱安装位置存在一定偏差,易在立柱与纵梁结合位置出现错位,使贴合不紧密;由于立柱混凝土遭到侵烛或者施工饶筑质量不好,在外界荷载作用下,易出现蜂窝、麻面,混凝土局部破坏,露筋现象。

　　2)立柱垫梁:其常出现裂缝、局部混凝土破损、露筋、诱蚀,有些时候会出现渗水现象。

　　3)纵梁:由于施工误差,纵梁安装时易出现不顺直,后期引起纵梁裂,纵梁与立柱交接位置也可能产生局部混凝土压碎、脱落现象,并有时会出现渗水。

　　3、桥缴台病害。墩台由于承载能力不足及不均�沉降,易引起墩台位移,并在桥台翼墙、台帽及台身、前墙位置产生裂缝,桥墩出现横、纵向倾斜;墩台受到外界环境侵烛,易出现混凝土剥落、钢筋外露锈烛、局部渗水现象。

　　二、桥梁加固原则内容和特点

　　已建桥梁在使用中,由于车辆荷载反复作用,甚至部分车辆超载作用,造成桥梁损伤,且桥梁一直暴露在外界环境中,受到自然环境的侵蚀,随着时间积累,损伤不断累积,受损程度也逐渐加重。所以为保证桥梁的安全使用,需要经常对受损桥梁进行维修加固。在进行桥梁加固维修之前,需要清楚了解桥梁结构现状,收集关于该桥梁的相关资料和记录,包括前期设计、施工和竣工验收记录,以及后期运营状况和检查维修记录等。对于桥梁加固的基本要求是:

　　1)一般桥梁加固应保持结构原有体系类型;

　　2)桥梁的具体加固方案应首先考虑旧桥的承载能力等实际情况,其次要符合今后的交通等级要求;

　　3)对桥梁明显缺陷应及时修补,如混凝土脱落破损、结构裂缝、钢筋锈蚀等;

　　4)桥梁加固应使结构内力合理分布,尽量使新结构与原有结构变形协调,以使结构具有良好的整体性;

　　5)桥梁加固方案不仅应满足结构安全性要求,还要尽可能满足经济性和美观的要求,并且应考虑其技术的可行性和施工时尽量不影响交通。

　　6）桥梁加固内容和特点

　　对于存在严重病害或则不能满足运输要求的桥梁,需要对其进行彻底的整治、修复、加固和更新,以达到提高原有桥梁的通行能力和荷载等级,延长其使用寿命。桥梁加固的主要内容包括:对旧桥上部和下部结构进行加固、行车道路面更换、桥梁抗震加固、超限车辆过桥临时加固等。

　　7）桥梁加固与新建桥梁工程相比,存在以下特点:加固标准一般不同于设计标准。由于桥梁加固要考虑未来可能承受的荷载以及桥梁使用寿命,因此其所采用的标准与设计标准不可能完全相同。一般加固后,荷载等级都有所提高。桥梁加固维修相对新建而言难度更大。维修加固一般是在不影响现有交通的情况下完成的,这需要协调好施工与交通,因此应该合理组织施工措施,尽量避免对交通的影响。

　　三、钢筋混凝土桥一般加固方法

　　1、桥面补强层加固法

　　针对桥面破损情况,一般可以先凿除原桥面,再浇筑一层钢筋混凝土,与原结构整体受力,从而改善结构受力状况与横向分布能力,提高承载能力。

　　2、配筋加固和增大截面法

　　当结构的强度、刚度、抗裂性能或则稳定性不能满足要求时,通常采用增加配筋、提高构件截面尺寸、增大配筋率的加固方式。该方法发展较为成熟,成本较低,适用广泛。一般常用此方式加固钢筋混凝土桥拱圈,用增大截面法加固拱圈时,主要针对拱背和拱腹进行加固。对有拱上结构的桥或拱腹裸露于外界环境的桥,可�用拱圈下部加周的方式,用环氧砂浆或者钢筋混凝土加固拱圈,但需要在桥跨下搭设支架。采用拱圈下加固的方式,即需要搭设支架,又可能需要喷射机等设备,增加了施工费用,则拱圈加固常用拱背加固方式,即在拱圈上再增加一层,操作步骤主要是先将拱上填土移除,露出拱背,将拱背清洗修补好,凿毛,再加筑上新拱圈。

　　3、粘贴加固法

　　当桥梁承载能力不足时,可能发生严重的横向裂,此时一般�用锚栓和粘结剂将钢板或者碳纤维布等布置于结构受拉缘或者薄弱位置,以提高桥梁的承载能力。现今常见的粘贴加固材料主要有碳纤维布、钢板、玻璃钢以及芳纶纤维布等。粘贴碳纤维布加固的方式,由于碳纤维材料轻薄,对原有结构的截面尺寸和自重等改变较小,可以运用于各种不同的结构形式,施工方便,适用性强,然而该方式要求结构表面特别平整,加固费用也较高。粘贴钢板加固方式是利用环氧树脂这类粘结剂将钢板固定在结构物薄弱部位或则受拉部位,使之与结构共同受力,提高结构刚度,强结构的受拉部位的抗拉性能,限制裂缝发展,该方法效果显著,加工成形方便,然而使用灵活性不强,且后期防腐要求和养护费用较高。

　　4、改变结构受力体系加固法

　　当桥由于上部结构自重过大或者基础承载力不足时,拱脚容易产生转角和水平位移、主拱轴线发生改变,在条件允许的前提下,可以通过调整拱上结构形式,以改变结构体系,从而改善其受力,达到提高承载能力的目的。

　　5、体外预应力加固法

　　该方法是利用对结构施加体外预应力的方式抵消一些外荷载所引起的内力,从而提高结构承载能力。该方法多在梁桥上使用,但是对于拱圈横向或纵向开裂、拱顶下挠以及桥台发生位移的拱圈,也可以�用体外预应力加固的方法,施工方式与预应力后张法施工相似。

　　6、减轻拱上结构重量加固法

　　现有的桥梁多数是采用拱式拱上结构,拱上结构自重较大,恒载重量往往占很大比例,若采用合理措施降低拱上结构自重,可以很好的改善结构的受力状况。一般采用的方式有:1)�取轻质材料换填拱上填料,这样会减轻拱上结构自重,对拱顶正弯矩过大或者拱顶下沉过大时效果明显;2)将拱上结构替换为轻质的板式拱上结构;3)改变结构形式,将一般简单的桥体系改变成较为复杂的钢筋混凝土桁架拱或刚架拱体系。

　　7、拱圈增设套拱加固法

　　当钢筋混凝土桥主拱圈为实体板拱,而且下部结构状况良好,下部净空充足时,可以在原主拱圈下新浇筑一层新拱圈,要求贴紧原拱圈,尽量与原拱圈形成整体,这样就在原拱圈上增设一个新套拱。

　　随着科学技术的发展，加固维修桥梁的方法有很多，各有所长，应用时要因地制宜，结合所处地区的实际情况定出比较好的方案，确保危旧桥的改造工作科学合理、经济安全。