舊橋加固改造技術(shù)探討

1、舊橋加固改造技術(shù)探討（2008年第4期 總第108期）更新時(shí)間：2009-03-09字體：大 中 小林福全 （福建省交通質(zhì)量監(jiān)督站，福州 350001）摘要本文就舊橋加固改造的原則和一般加固方法做了介紹，著重?cái)⑹龉P者親歷的有關(guān)舊橋加固改造的技術(shù)方案。關(guān)鍵詞 舊橋構(gòu)件承載能力加固改造技術(shù) 舊橋加固、危橋改造，這是歷史的必然過(guò)程，從橋梁耐久性來(lái)說(shuō)，其結(jié)構(gòu)物使用到一定程度都需要進(jìn)行維修、加固或更換，主要構(gòu)件在一定年限后也將老化或損壞，降低其使用性能。隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸量在增長(zhǎng)，重載車輛增大增多，也給公路橋梁的使用性能增加沉重的壓力，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，我們國(guó)家20世紀(jì)建造的橋梁都已經(jīng)在超負(fù)荷運(yùn)行，

2、就是20世紀(jì)90年代之前的橋梁，至少是橋面已經(jīng)到了使用年限，但是這些橋梁的橋面大部分沒(méi)有及時(shí)翻修，致使運(yùn)行情況惡化，進(jìn)一步導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)受侵害而加劇老化。我國(guó)解放后的橋梁，可按年代大致劃分，50年代修建的橋梁，由于經(jīng)濟(jì)實(shí)力較弱，大部分橋梁具有臨時(shí)性，目前可能已基本上不能通行汽車，60年代有鋼筋砼結(jié)構(gòu)的橋梁，當(dāng)時(shí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、材料品質(zhì)都較低，耐久性差，即使交通量沒(méi)有增多、荷載沒(méi)有增大，這些橋梁都已將是危橋，70年代修建的大部分以雙曲拱橋?yàn)槎啵捎陔p曲拱橋的時(shí)代局限性，目前這些橋梁難以適應(yīng)超量、超載的車輛交通，這些拱橋主拱圈大部分都出現(xiàn)病害，80年代修建的橋梁，主體結(jié)構(gòu)應(yīng)該是好的，但是，附屬設(shè)施如支座、

3、伸縮縫等可能基本上都已損壞，橋面應(yīng)是更換翻修的極限時(shí)間，因此，20世紀(jì)90年代之前修建的橋梁都需要維修加固，否則將迅速成為危橋；而90年代修建的橋梁也可能會(huì)有一些病害，如支座、伸縮縫、橋面系等。特別是橋面鋪裝，過(guò)去鋼筋配置不夠，施工時(shí)大多鋼筋沉底，砼標(biāo)號(hào)底，基本上10多年以后可能都會(huì)損壞。當(dāng)前，我國(guó)橋梁的現(xiàn)狀是：修建于各個(gè)時(shí)期的不同設(shè)計(jì)荷載的橋梁共同處于使用狀態(tài)，有不少設(shè)計(jì)荷載偏低的橋梁擔(dān)負(fù)著日益繁重的交通運(yùn)輸任務(wù)。隨著時(shí)間的推移，舊橋、病橋、危橋的數(shù)量將不斷增多，這些橋梁將不同程度存在著各種病害、問(wèn)題，如何對(duì)這些橋梁進(jìn)行加固、改造已是一項(xiàng)非常龐大的重要的工程。舊橋加固改造基本原則對(duì)橋梁病害的

4、處理，可分為三種情況，一是加固，二是改造，三是重建。舊橋加固是一種借加大或修復(fù)橋梁構(gòu)件來(lái)提高局部或整體橋梁承載能力的措施。因此橋梁加固工作一般以不更改原建筑形式為原則，實(shí)際上隨著時(shí)間的推移，舊橋加固是一項(xiàng)經(jīng)常性的工程，所有橋梁應(yīng)定期進(jìn)行檢查、維修、加固。舊橋改造是對(duì)橋梁的某些構(gòu)件進(jìn)行更換或改變?cè)瓨蛄旱慕Y(jié)構(gòu)體系，或?qū)Σ糠纸Y(jié)構(gòu)拆除重建，一般是采取僅加固仍不能足以適應(yīng)交通運(yùn)愉的需要，或有些構(gòu)件嚴(yán)重?fù)p壞不能修復(fù)加固，則須進(jìn)行改造。舊橋重建，是完全失去通行能力，或不能滿足交通量的需要，對(duì)舊橋全部拆除，重新設(shè)計(jì)建造新的橋梁。橋梁結(jié)構(gòu)的裂縫處理砼結(jié)構(gòu)的橋梁，裂縫是很普遍的病害，甚至預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)有些部位都會(huì)出現(xiàn)

5、裂縫。當(dāng)橋梁使用較長(zhǎng)時(shí)間，由于各種外界因素、內(nèi)部原因共同影響，一般都會(huì)出現(xiàn)裂縫。結(jié)構(gòu)物一旦出現(xiàn)裂縫，其受力截面發(fā)生應(yīng)力重分布，也就意味著有效受力截面變小，結(jié)構(gòu)應(yīng)力增大，承載能力降低。所以必須針對(duì)不同情況對(duì)裂縫進(jìn)行處理。無(wú)論采用何種加固方法，只要是利用了原有結(jié)構(gòu)，首先應(yīng)對(duì)舊橋利用部分進(jìn)行裂縫修補(bǔ)。鋼筋混凝土構(gòu)件中，受拉鋼筋的應(yīng)變總是大大超過(guò)混凝土的極限拉伸應(yīng)變，所以裂縫的發(fā)生也是不可避免的。在初拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力作用下，混凝土的裂縫一般是較細(xì)較短的，這樣的裂縫對(duì)梁的強(qiáng)度影響不大。按耐久性要求，如果裂縫細(xì)小，裂縫寬度已達(dá)穩(wěn)定，且開(kāi)裂處不易受雨水浸滲，不易受腐蝕，不再繼續(xù)發(fā)展，且對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度沒(méi)有明顯影

6、響時(shí)，可不做處理。如果裂縫寬度0.15mm或裂縫巳經(jīng)貫通時(shí)，說(shuō)明裂縫處荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)容許值，所以除采取壓力灌漿法修補(bǔ)裂縫外(使力的傳遞盡可能恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài))，還應(yīng)采取其它加固措施：如粘貼鋼板、加大截面等。.表面抹灰修補(bǔ)裂縫 采用水泥漿、水泥砂漿、環(huán)氧基液及環(huán)氧砂漿等材料涂抹在裂縫部位的混凝土表面進(jìn)行修補(bǔ)。.表面噴漿修補(bǔ)裂縫 噴漿修補(bǔ)是在經(jīng)鑿毛處理的裂縫表面，噴射一層密實(shí)而且高強(qiáng)度的水泥砂漿保護(hù)層來(lái)封閉裂縫。根據(jù)裂縫的部位、性質(zhì)、維修要求與條件，可分別采用無(wú)鋼筋素噴漿、掛網(wǎng)噴漿等修補(bǔ)方法。.壓力灌漿修補(bǔ)裂縫 壓力灌漿是通過(guò)施加一定的壓力，將某種漿液灌入結(jié)構(gòu)物內(nèi)部裂縫中去，以達(dá)到修補(bǔ)裂縫，恢

7、復(fù)并提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、耐久性和抗?jié)B性能的一種修補(bǔ)方法。壓力灌漿根據(jù)灌漿材料的不同可分為:水泥灌漿、瀝青灌漿和化學(xué)灌漿。不同的灌漿液其用途、功效也不相同。橋梁結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)采用較多的是化學(xué)灌漿?；瘜W(xué)灌漿中以環(huán)氧樹(shù)脂材料灌漿及甲丙烯醋類材料進(jìn)行修補(bǔ)的結(jié)構(gòu)物裂縫效果最好，應(yīng)用也最廣泛。舊橋上部加固的主要方法舊橋加固比新建橋梁更復(fù)雜，因?yàn)榕f橋經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用后，其構(gòu)件、材料的力學(xué)性能不明確，難以判定，加固設(shè)計(jì)沒(méi)有現(xiàn)成的規(guī)范，橋梁病害又錯(cuò)綜復(fù)雜，病害原因也難以確定。所以如何根據(jù)具體情況采用適當(dāng)?shù)募庸谭桨浮⒎椒?，顯得更為重要。舊橋加固常用的方法很多：粘貼鋼板加固法、粘貼碳纖維布加固法、增大結(jié)構(gòu)斷面法、體外預(yù)應(yīng)力法

8、、體系轉(zhuǎn)換法等，這些都是上部加固的主要方法，是比較常用、技術(shù)比較成熟的加固方法。.粘貼鋼板加固法 采用環(huán)氧樹(shù)脂將鋼板粘貼于鋼筋混凝土構(gòu)件受拉緣或薄弱部位，用于代替需增設(shè)的補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，從而提高構(gòu)件抗彎、抗剪能力，減少裂縫擴(kuò)展。這種加固方法受力明確，效果顯著，造價(jià)也適中，施工工藝簡(jiǎn)便，易于控制質(zhì)量，且?guī)缀醪辉黾咏Y(jié)構(gòu)荷載，不需要破壞被加固的原有結(jié)構(gòu)物。目前，有些鋼板加固時(shí)采用設(shè)置植筋與鋼板電焊，需要注意的是植筋不要過(guò)多削弱原砼結(jié)構(gòu)，不應(yīng)連續(xù)、整齊植筋，應(yīng)盡量交錯(cuò)布置植筋位置。加固以后需要對(duì)鋼板進(jìn)行后期養(yǎng)護(hù)。.粘貼碳纖維布加固法 碳纖維具有極高的抗拉強(qiáng)度，利用浸漬樹(shù)脂將碳纖維布枯貼于混凝土構(gòu)件表面，使之

9、與砼共同工作，達(dá)到對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固補(bǔ)強(qiáng)的目的。其原理與粘貼鋼板加固法基本一致。這種加固方法，與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加固方法相比，具有強(qiáng)度高、重量輕、抗疲勞性能好、耐腐蝕性好、有較好的熱穩(wěn)定性、適應(yīng)性強(qiáng)、施工簡(jiǎn)便、外觀整齊，不需后期養(yǎng)護(hù)，且可根據(jù)受力要求多層粘貼。但是碳纖維布加固主要應(yīng)為受拉構(gòu)件，如果受壓構(gòu)件是不能考慮纖維布的受壓強(qiáng)度的，只能作為封閉裂縫，阻止構(gòu)件不受雨水等侵蝕。而受拉構(gòu)件粘貼的范圍要充分考慮粘貼強(qiáng)度與所受拉力的關(guān)系，纖維布強(qiáng)度很高，而這些強(qiáng)度需要依靠粘貼強(qiáng)度來(lái)傳遞，所以需要考慮一定的粘貼范圍，即面積等因素。該法加固效果的關(guān)鍵是加固部位混凝土表面處理質(zhì)量及碳纖維布與構(gòu)件的貼合強(qiáng)度和耐久

10、性。由于這種方法看起來(lái)簡(jiǎn)單、快捷，而施工工藝往往容易引起忽視，部分施工操作人員可能認(rèn)為工藝簡(jiǎn)單，未嚴(yán)格按要求認(rèn)真進(jìn)行施工，我們?cè)?jīng)發(fā)現(xiàn)粘貼碳纖維布經(jīng)過(guò)兩三年后發(fā)生掉落現(xiàn)象。該項(xiàng)新技術(shù)廣泛應(yīng)用于舊橋加固是必然趨勢(shì)。.增大構(gòu)件截面法 在梁底面或側(cè)面增設(shè)鋼筋，加大鋼筋混凝土或圬工（拱橋）截面，這種方法可大幅度提高構(gòu)件強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及抗裂性。增大構(gòu)件截面，除了需要增加鋼筋、砼外還需要采取一些構(gòu)造措施，如，在構(gòu)件表面進(jìn)行植筋，以使新舊砼共同受力，一般加固砼厚度較小，也為了使新砼避免裂縫等，需要在加固砼中設(shè)置鋼筋網(wǎng)或采用鋼纖維砼。增大構(gòu)件截面，一般采用噴射砼，為了使新舊砼結(jié)合牢固，除了進(jìn)行植筋外，舊砼

11、構(gòu)件表面需進(jìn)行鑿毛、清洗。新舊砼接觸面的連結(jié)效果，即抗剪能力目前還缺乏經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，新加固的砼會(huì)產(chǎn)生較大收縮，對(duì)結(jié)構(gòu)以及加固的砼本身的影響如何，還需要進(jìn)行進(jìn)一步深入研究。該加固方法優(yōu)點(diǎn)是加固效果顯著，且使用在大面積或全橋加固，尤其是圬工拱橋的加固采用更多。.增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力法 通過(guò)在梁體外布設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼索與被加固的梁體錨固并施加預(yù)應(yīng)力，從而改變?cè)Y(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，降低應(yīng)力水平，可使構(gòu)件承載能力顯著提高，減小結(jié)構(gòu)變形及裂縫寬度，甚至使裂縫完全閉合。體外預(yù)應(yīng)力筋的理想布筋方式是使其與彎矩圖接近，但構(gòu)造上存在一定的設(shè)計(jì)、施工難度，特別是預(yù)應(yīng)力的錨固和拐彎設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。體外預(yù)應(yīng)力加固法的重要環(huán)節(jié)是保證把較大的預(yù)

12、壓力安全傳遞到原主梁上，因此體外預(yù)應(yīng)力筋的錨固及構(gòu)件的連接是加固的關(guān)鍵。該法優(yōu)點(diǎn)是加固效果好，工作可靠，可以減少或限制結(jié)構(gòu)的裂縫和其它變形，能較大幅度提高結(jié)構(gòu)承載能力，對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)使用的影響較小，可在不限制通行的條件下進(jìn)行施工。這些上部結(jié)構(gòu)加固方法受力明確，施工工藝簡(jiǎn)單，一般不改變?cè)Y(jié)構(gòu)體系。4 橋梁下部結(jié)構(gòu)加固4.1 橋梁擴(kuò)大基礎(chǔ)加固 鉆孔灌注樁技術(shù)普及之前，大部分橋梁基礎(chǔ)采用大開(kāi)挖擴(kuò)大基礎(chǔ)或沉井基礎(chǔ)。擴(kuò)大基礎(chǔ)由于施工時(shí)可能存在缺陷，或長(zhǎng)期受水流沖刷等外界因素影響，會(huì)出現(xiàn)掏空等現(xiàn)象?；A(chǔ)掏空的加固方法，可首先考慮采用無(wú)底鋼套箱方案。先在基礎(chǔ)四周搭設(shè)支架，在支架上拼裝鋼套箱，一般可采用單層鋼板，

13、套箱拼裝完成后，起吊套箱，拆除支架，下放套箱，著地后堵塞套箱與地面的縫隙，清理基底，最后灌注水下砼。筆者曾經(jīng)為某70年代建造的4孔40m拱橋基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了加固方案，比通常的圍堰方法，節(jié)省了近2/3造價(jià)，且不阻塞河道，施工速度快，風(fēng)險(xiǎn)小。4.2 鉆孔灌注樁加固 4.2.1 樁身加固 鉆孔灌注樁由于在水下鉆孔，水下灌注砼，所以實(shí)際上樁身砼、鋼筋情況比較復(fù)雜，大部分樁身，特別是樁頭附近砼都可能含有大量泥土等雜物，由于保護(hù)層厚度不均勻或偏小等各種原因，常常會(huì)出現(xiàn)樁頭露筋。如果樁基在干處，則可以采用鑿除砼表面雜質(zhì)，采用高標(biāo)號(hào)砂漿或環(huán)氧樹(shù)脂砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。如果在水下，則需要安裝護(hù)筒，可灌注水下不分散砼，因?yàn)樵谒?/p>

14、下，樁身表面無(wú)法清理，所以砼的厚度至少需20cm以上，這種加固施工難度比較大，且需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況配備必要的設(shè)備。4.2.2 加樁加固 由于樁基承載力不夠，需要增加較大的基礎(chǔ)承載力，往往需要增加樁基根數(shù)，樁基根數(shù)的增加涉及的問(wèn)題比較多，需要進(jìn)行專門論證?，F(xiàn)以某工程實(shí)例說(shuō)明加固方法。某橋建設(shè)于80年代，由于后期上游建造水電站，使得河流來(lái)砂平衡被破壞，再加橋位附近采砂加劇河床下降，橋位處局部沖刷已大于原設(shè)計(jì)計(jì)算的沖刷線，而該橋樁基僅座落在河卵石層，樁基承載力受嚴(yán)重威脅，所以需要對(duì)樁基進(jìn)行加固。通常做法一般采用“抬樁”方案，即對(duì)每根樁增加兩根將原樁抬住，該橋原橋墩為雙柱，所以每座墩需增設(shè)4根樁，這樣工作量相當(dāng)大，且有些橋墩較矮鉆機(jī)無(wú)法施工。經(jīng)過(guò)論證增加的樁基承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于計(jì)算值，