橋梁是公路的重要組成部分，橋梁加固的技術措施直接關系到公路交通的安全和暢通。隨著我國國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，對交通運輸提出了更高的要求，反映在公路運輸上的交通量猛增，運輸車輛載重量加大。公路運輸對公路橋梁的通行能力和承載能力的要求越來越高，而一些舊橋陳舊老化，破損現(xiàn)象日趨嚴重，許多舊橋難以適應日趨增長的交通量需要。本文結合多年對超限運輸橋梁及大中型橋梁的加固實踐,介紹公路舊橋各組成部分的加固方法,并對橋梁的管理提出建議。
過去修建于各地城鎮(zhèn)和各級公路上的橋梁,負擔著十分沉重的交通荷載及交通量。公路橋梁所承受的負荷有三個特點：一是交通量不斷增大；二是重型車輛增加及超載現(xiàn)象嚴重；三是超限運輸?shù)某霈F(xiàn)和增加。按現(xiàn)在橋梁和運輸狀況,橋梁的承載能力和通過的車輛荷載是公路與運輸?shù)拿苤弧Ｓ捎诋敃r社會發(fā)展較緩，缺乏前瞻和預見，橋梁投入運營使用之后，運營管理的長期滯后，管養(yǎng)制度建設和隊伍建設長期被忽視，運營車輛長期普遍超載和嚴重超載未得遏制，橋梁的技術狀態(tài)未得到及時、細致的觀測掌握。
在寒冬酷暑、暴雨烈日、洪水沖刷、車船撞擊的多年影響下，使得為數(shù)眾多的農(nóng)用、公路及城市橋梁，發(fā)生了各種大大小小的病害，已經(jīng)破壞了橋梁的正常良好狀態(tài)。大大縮短橋梁的使用壽命。
這些橋梁具有荷載等級低、使用年限長的特點。從技術資料分析,大多數(shù)橋梁存在：①不明基底地質(zhì)；②不明基礎深度；③不明隱蔽部分的尺寸。從橋梁技術狀況分析,由于河床屢遭洪水沖刷,河床底部加深,橋梁墩臺基礎外露、沖空,產(chǎn)生不均勻沉降,導致橋臺、拱圈產(chǎn)生附加應力而出現(xiàn)開裂,有的甚至出現(xiàn)開合現(xiàn)象;有的橋梁由于橋臺較高,受行車及臺后土壓力的作用,橋臺出現(xiàn)開裂、凸肚等病害;橋面混凝土鋪裝層由于使用時間長加之重車作用,導致開裂、剝落等病害。按橋梁技術狀況來評定大多屬三類橋梁。
舊橋加固,提高舊橋的承載能力,確保交通運輸?shù)陌踩悄壳昂徒窈竺媾R的任務。本文按橋梁的組成部分介紹橋梁的加固方法。
1、舊橋上部結構加固技術
1.1橋面補強層加固
在梁頂上加鋪一層鋼筋混凝土層，一般先鑿除舊橋面，使其與原有主梁形成整體，達到增大主梁有效高度、改善橋梁荷載橫向分布能力，從而達到提高橋梁的承載能力的目的。
1.2增大截面和配筋加固法
當梁的強度、剛度、穩(wěn)定性和抗裂性能不足時，通常采用增大構件截面、增大配筋、提高配筋率的加固方法，這種方法是在梁底面或側面加大尺寸、增配主筋、提高梁的有效高度和抗彎強度，從而提高橋梁的承載力。該法廣泛應用于橋梁及拱橋及拱橋拱肋的加固。
1.3錨噴混凝土加固法
借助高速噴射機械，將新混凝土混合料連續(xù)的噴射到已錨固好鋼筋網(wǎng)的受噴面上，凝結硬化面形成鋼筋混凝土，從而增大橋梁的受力斷面和補強鋼筋，加強結構的整體性，使其能承受更大的外荷載作用。
1.4粘貼鋼板加固法
當交通量增加，主梁出現(xiàn)承載力不足或出現(xiàn)嚴重腐蝕的情況時，梁板橋的主梁會出現(xiàn)嚴重的橫向裂縫。采用粘結劑及錨栓，將鋼板粘貼錨固在混凝土結構的受拉緣或薄弱部位，使其與結構形成整體，以鋼板代替增設的補強鋼筋，達到提高梁的承載力的目的。
1.5增設縱梁加固法
在墩臺地基安全性能好，并具有足夠承載力的情況下，可采用增設承載力高和剛度大的新縱梁，新梁與舊梁相連接，共同受力。由于荷載在新增主梁后的橋梁結構中重新分布，使原有梁中所受荷載得以減少，由此使加固后的橋梁承載力和剛度得到提高。當增設的縱梁位于主梁的一側或者兩側時，則兼有加寬作用。為保證新舊混凝土能夠共同作用，必須注意做好新舊梁之間的橫向連接。
1.6拱圈增設套拱加固法
在原主拱圈腹面下增設一層新拱圈，即緊貼原拱圈底面上，澆注或錨噴混凝土新拱圈，外形上就像是在原拱圈下套做了一個新拱圈。
2、舊橋下部結構加固技術
2.1擴大基礎加固法
此法適用于基礎承載力不足或埋深太淺，而墩臺又是磚石或混凝土剛性實體式基礎時的情況。擴大基礎底面積應由地基強度驗算確定。
2.2增補樁基加固法
當橋梁墩臺基底下有軟臥層時，墩臺發(fā)生沉陷；對此采用增補樁基加固法是一種常用而且有效的方法。這種方法是：在樁式基礎的周圍補加鉆孔樁等，以此提高基礎的承載力，增強基礎的穩(wěn)定性。
2.3鋼筋混凝土套箍或護套加固法
當橋梁墩臺由于基礎埋深不夠，或因施工質(zhì)量控制不嚴等原因，導致墩臺開裂時，有時會出現(xiàn)貫通裂縫，可采用鋼筋混凝土圍帶或鋼箍進行加固。
2.4橋臺新建輔助擋土墻加固法
由于橋臺背水平土壓力過大，引起橋臺傾斜，應在臺背之后加建一擋墻，以抵御過大的土壓力。
2.5墩臺拓寬加固法
利用舊橋基礎，靠墩臺蓋梁挑出懸臂加寬部分，以便安裝的上部結構。此種情況為只加寬墩臺上部的蓋梁、墩臺身和基礎則不需予以加固。
3、舊橋加固的常用方法
3.1塞縫灌漿是一種綜合普用的方法
塞縫灌漿是把按一定比例配制的水泥(砂)漿、環(huán)氧樹脂(砂)漿,通過噴漿機按一定壓力灌入結構物縫隙內(nèi),起到填塞裂縫、避免鋼筋銹蝕并提高結構整體強度的作用。裂縫在橋梁病害中較為普遍,產(chǎn)生裂縫的原因很多,也很復雜。結構物一旦出現(xiàn)裂縫,其受力截面發(fā)生應力重分布,也就意味著受力有效截面變小,結構應力增大,承載能力降低。塞縫灌漿是用膠結材料把結構的裂縫填滿,使力的作用、傳遞盡可能恢復到原來狀態(tài)。塞縫灌漿一般用于處理橋梁上、下部結構裂縫,灌漿分為水泥漿、水泥砂漿、環(huán)氧樹脂漿、環(huán)氧樹脂砂漿等,具體采用哪一種,應視實際情況而定。通常水泥(砂)漿用于石砌墩、臺和拱圈裂縫,由裂縫的大小來決定灌漿中是否摻砂,采用水泥(砂)漿造價低、效果好。環(huán)氧樹脂漿一般用于鋼筋混凝土結構物,因為鋼筋混凝土構件產(chǎn)生的裂縫較小,易灌滿,粘結性好;環(huán)氧樹脂砂漿多用于橋面裂縫。塞縫灌漿的通常做法是:先用1:1水泥砂漿勾縫,勾縫時須預留直徑約6～8mm的灌漿孔,孔距視裂縫寬度而定,縫寬處孔距為0.6～1.0m,縫小處孔距為0.4～0.6m。待勾縫砂漿達到一定強度后即可灌漿。鋼筋混凝土梁的裂縫較小,用環(huán)氧樹脂勾縫,凡大于0.2mm的裂縫都要留孔灌漿,孔距一般為0.25～0.30m,灌漿方法與灌水泥漿大致相同。在公路舊橋加固中,塞縫灌漿是綜合處治的方法之一,用得比較普遍,通過試載及使用觀察,效果較好。
3.2上部結構加固
上部結構加固改建在調(diào)查研究舊橋的基礎上,經(jīng)過技術、經(jīng)濟比較,采用充分利用原橋進行拼寬,利用橋臺將拱式結構改為板式結構的加固方法,使其滿足超限運輸要求。
⑴拼寬原橋?qū)︱炈悴荒軡M足超限運輸要求的舊橋,經(jīng)技術經(jīng)濟比較后,按實際通過的超限運輸荷載設計拼寬橋梁,以確保超限運輸安全。
⑵利用原橋臺改拱式結構為板式結構對于小跨徑石拱橋,由于拱圈厚度不能滿足超限運輸要求或因地基較差發(fā)生不均勻沉降,致使拱圈開裂,降低承載能力,可采用此辦法。
3.3舊橋下部結構加固
橋臺特別是高度較大的橋臺,受行車荷載和土壓力作用,常見病害有橋臺開裂、凸肚,翼墻外崩、開裂、錯位等。對于跨徑較小,水流不大的石拱橋,我們采用在橋跨內(nèi)加鋼筋混凝土框架進行加固。由于橋臺太高,且位于長距離的高路堤縱坡上(橋面縱坡達5.5%),在行車和土壓力的共同作用下,使兩岸橋臺和靠那發(fā)岸拱腳開裂。
3.3.1采用鋼筋混凝土框架加固橋臺
設計的基本假設:鑒于尚在維持正常的交通運輸?shù)臉?臺背填土破壞棱體引起的主動土壓力由原橋臺承擔,框架結構僅承受在破壞棱體范圍內(nèi)布置超重車所引起的主動土壓力。在后來的應用中,取消了鋼筋混凝土立柱,僅在橋臺上鑿出牛腿的位置,將橫系梁、支撐梁、牛腿一起現(xiàn)澆成平面支撐框架,這不僅減少了工作量,而且施工方便。采用這種方法加固的橋涵,經(jīng)多次實地觀察,使用效果良好。
3.3.2橋梁基礎特別是天然地基上的淺基礎加固
由于埋置深度較淺,易受河水沖刷而淘空。受河水改道沖刷橋梁引道,導致橋臺基礎沖空,引道被毀。
橋梁地基局部軟弱,致使橋臺發(fā)生不均勻沉降,引起橋臺開裂等。針對以上病害,我們采取對河床用漿砌片石進行鋪砌,上游河床設置丁壩,打木樁擴大橋臺基礎等方法進行加固。
⑴防治橋臺基礎沖刷對于跨徑較小的橋梁,由于河水改道,洪水直接沖刷橋臺基礎,導致基礎沖空甚至掉腳,可采取在橋跨范圍內(nèi)滿鋪15號片石混凝土的方法進行加固,鋪砌厚度為30cm,鋪砌兩端設置截水墻,截水墻的深度為1m,寬度為0.6m。對于橋梁上游河床變遷、水流改道,洪水直接沖刷橋臺基礎和橋臺引道,導致橋臺基礎沖空、引道被毀的橋梁,采取在橋梁上游適當位置設置丁壩等調(diào)治構造物,將河水導入主河道。
⑵擴大基礎加固法：采用擴大基礎進行加固,具體做法：揭神線處的欄板橋為一孔5m石拱橋，建于1940年，橋?qū)?.0m，1978年用鋼筋混凝土梁板在左、右兩側各拼寬3.0m，拼寬的3.0m中，一半作為行車道，另一半作為人行道。該橋三岔口岸左半部分橋臺開裂，裂縫為上寬下窄，經(jīng)分析此病害系地基軟弱所至,經(jīng)調(diào)查，此處原是深水塘，為減小基底應力，采用擴大基礎進行加固，具體做法：①挖除橋臺前的淤泥，深度與原基礎高度相同；②在基底打入4m長的木樁，木樁按梅花型布置；③在木樁頂鋪墊25cm厚的碎石；④澆筑20號混凝土基礎，新舊基礎間采用錨固鋼筋聯(lián)系，使其共同受力。
①挖除橋臺前的淤泥,深度與原基礎高度相同;
②在基底打入4m長的木樁,木樁按梅花型布置;
③在木樁頂鋪墊25cm厚的碎石;
④澆筑20號混凝土基礎,新舊基礎間采用錨固鋼筋聯(lián)系,使其共同受力。
3.4橋面鋪裝層的加固
橋面鋪裝層開裂或剝離等病害,縱觀有限元計算結果分析可知，在鋪裝層結構厚度一定的情況下，鋪裝層的模量比對鋪裝層的受力狀態(tài)影響很大。
3.4.1重視橋面鋪裝上層的設計和選材
如果沿用傳統(tǒng)的路用瀝青混凝土的材料設計方法，鋪裝上層總是處于不利的受力狀態(tài)，承受著較大的反復拉應力，往往在橋面板的加勁部件(直腹板、橫隔板)的頂部產(chǎn)生開裂，導致鋪裝上層出現(xiàn)早期破壞，這也與實際橋面鋪裝層的損壞情況基本吻合，重視橋面鋪裝上層的設計和選材使其具有良好的變形能力以抵抗疲勞開裂，對預防鋪裝層的早期損壞具有重要的意義。所以，對于橋面鋪裝體系來說，需要采用性能更加優(yōu)良的復合改性瀝青，根據(jù)鋪裝上、下層的不同功能和受力狀態(tài)研究選擇合理的瀝青混合料組成，并進一步解決鋪裝層與橋面板的粘結穩(wěn)定性等問題。
3.4.2材料、結構和施工這三個要素中，材料是最為活躍的因素
因為決定瀝青混合料力學性能的原材料以及混合料的組成結構具有很大的選擇性，鋪裝層的模量比取決于材料的組成設計。因此，在滿足鋪裝層路用性能的前提下，為了達到減小鋪裝層的拉應力和剪切應力的目的，要充分發(fā)揮材料組成設計的作用，設計出能適應橋面鋪裝層受力特性和防水要求的嵌擠密實型瀝青混合料。研究表明，在混凝土橋的鋪裝中使用增強纖維瀝青混凝土具有較好的效果且經(jīng)濟，能增強鋪裝層瀝青混凝土的柔韌性，改善鋪裝層的受力狀態(tài)，防止橋面鋪裝層出現(xiàn)開裂、脫落等現(xiàn)象，最終提高橋面鋪裝層的使用品質(zhì)和延長其使用壽命。當然，出現(xiàn)了改性瀝青、SMA、環(huán)氧瀝青混凝土、瀝青瑪蹄脂混合料、澆注式瀝青混凝土等橋面鋪裝新材料和新技術都具有較好的性能，但需增加設備，增加了施工難度，造價比較高，一時難以大面積推廣。若條件具備，經(jīng)過經(jīng)濟、技術論證也可以使用于混凝土橋面鋪裝上。
3.4.3橋面鋪裝層的加固施工（瀝青或水泥混凝土）
⑴清除或刨洗橋梁舊鋪裝層。在清除過程中注意處理的、厚度等。在使用機械清除時，尤其注意不得損壞舊橋的預制梁板、伸縮縫等構造。
⑵認真清洗舊橋面。對已經(jīng)刨洗完畢的舊橋鋪裝層及時外運，用人工清掃廢舊料，用高壓水沖洗梁板頂面，使之清潔并干燥。
⑶重鋪新橋面。水泥混凝土橋面鋪裝在澆筑混凝土的強度達到設計等級后，才可開放交通，其車輛荷載不得大于設計荷載。如果經(jīng)監(jiān)理工程師同意采用快硬水泥混凝土鋪裝，開放交通的時間需根據(jù)試驗確定。
瀝青混凝土橋面鋪裝應待攤鋪的混合料完全自然冷卻，其表面溫度低于50℃后，方可開放交通。需要提早開放交通時，可灑水冷卻降溫。
伸縮裝置安裝完畢，預留槽澆筑的混凝土強度達到設計強度后，方可開放。
4、結論
總結了在公路舊橋上下部的加固技術，指出對公路舊橋橋面鋪裝層加固施工；對于舊橋橋面加固施工進行嚴格的監(jiān)控措施。分析給出了舊橋加固的常用方法。
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