劉博涵

（北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，北京 100044）

混凝土結(jié)構(gòu)橋梁加固技術(shù)的應(yīng)用探究

劉博涵

（北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，北京 100044）

橋梁施工中做好加固處理對(duì)于橋梁承載力與質(zhì)量的提升具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)、主要加固方法做出介紹，結(jié)合具體工程實(shí)例對(duì)目前橋梁中所存在的問題做出分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的加固步驟與工藝，并提出其中需注意的事項(xiàng)，為混凝土結(jié)構(gòu)橋梁加固技術(shù)的研究工作帶來一定的借鑒價(jià)值。

混凝土；結(jié)構(gòu)橋梁；加固技術(shù)；應(yīng)用

伴隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及交通運(yùn)輸事業(yè)的不斷進(jìn)步，橋梁作為一種重要的建筑物得到了越來越廣泛的應(yīng)用。然而在經(jīng)濟(jì)水平提升的過程中交通運(yùn)輸量也在持續(xù)地增大，導(dǎo)致橋梁使用時(shí)所承載負(fù)荷發(fā)生了相應(yīng)的改變，同時(shí)我國(guó)很多橋梁建造中所采用的材料都是具有脆性的鋼筋混凝土，這就使得橋梁的使用周期縮短。另外，傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計(jì)理念、技術(shù)中過于注重對(duì)材料的節(jié)約而忽視了對(duì)橋梁安全性的保障，早年建設(shè)的橋梁大部分都存在著斷面單薄、年代久遠(yuǎn)、修理困難的狀況，且因?yàn)樵O(shè)計(jì)者疏忽、施工不合理等因素影響出現(xiàn)了諸多質(zhì)量問題，在這種情況下橋梁加固工作的開展顯得尤為關(guān)鍵。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁是指以預(yù)應(yīng)力混凝土為主要上部結(jié)構(gòu)建筑材料的一種橋梁。在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中主要包括實(shí)腹梁與梁、墩剛性相互連接的T型鋼構(gòu)，并且都將承受彎矩作為主要的構(gòu)件，該結(jié)構(gòu)是預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁當(dāng)中最為適用的一種結(jié)構(gòu)。在跨度更大的情況下，受到實(shí)腹構(gòu)件自重過大的影響也會(huì)采用桁架梁。作為目前我國(guó)工程結(jié)構(gòu)當(dāng)中的一種主要形式，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)具有制作工藝簡(jiǎn)單方便、耐久性好和可以就地取材的優(yōu)點(diǎn)，但與此同時(shí)因混凝土的抗拉強(qiáng)度低，在荷載時(shí)極易出現(xiàn)開裂的情況，因此在橋梁中主要被應(yīng)用在橋臺(tái)、承臺(tái)、橋墩、樁等下部結(jié)構(gòu)或者跨徑小于20m的連續(xù)梁與簡(jiǎn)支梁當(dāng)中。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的主要加固方法

混凝土結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)在近年來得到了逐步的改進(jìn)與完善。我國(guó)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的抗震加固、工程事故處理、舊橋改造等都做出了大量的工程實(shí)踐和研究試驗(yàn)。目前預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的加固方法主要可分為直接加固與間接加固。

2.1 直接加固技術(shù)

1）混凝土粘貼鋼板加固法 起源于60年代，該方法是利用特殊的建筑結(jié)構(gòu)膠來將鋼板粘貼到混凝土構(gòu)件表面以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與構(gòu)件承載能力的提升，由于具有簡(jiǎn)單方便、操作快速、對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)外部形狀的影響小、施工中對(duì)人們?nèi)粘Ｉ钆c學(xué)習(xí)工作的影響小等多方面的優(yōu)勢(shì)，使其作為一種先進(jìn)、適用范圍廣的加固技術(shù)在建筑、道路橋梁等領(lǐng)域當(dāng)中得到了普遍的青睞。

2）加大截面加固技術(shù) 加大截面這一加固方法主要被應(yīng)用在一般梁、墻、柱和板等混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加固工作當(dāng)中，具有施工技術(shù)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)成熟、適應(yīng)性較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但也存在現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)量大、對(duì)人們生活與生產(chǎn)的影響大、養(yǎng)護(hù)周期長(zhǎng)、對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)外觀與房屋凈空有影響、混凝土劣化與鋼筋銹蝕所帶來的危險(xiǎn)性高等不足。

3）置換混凝土加固技術(shù) 置換混凝土加固技術(shù)能夠在梁、偏心受壓柱當(dāng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)局部強(qiáng)度的直接修補(bǔ)，例如，在成批混凝土構(gòu)件不符合相關(guān)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，可借助檢測(cè)來選擇出強(qiáng)度等級(jí)最低的構(gòu)件，并根據(jù)彎矩包絡(luò)圖危險(xiǎn)性最高的截面進(jìn)行最終的確定，而后采用較高等級(jí)的新混凝土在截面受壓區(qū)做出混凝土的置換，從而有效地提高其強(qiáng)度。需要注意的是，置換加固工作中需將構(gòu)件切割為方口或者切斷柱，將切配面切割為直角并確保其平整，而后再灌滿噴射混凝土。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證該方法在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的局部置換中能夠達(dá)到很好的效果。

4）粘結(jié)外包型鋼加固技術(shù) 外包型鋼加固技術(shù)也是目前我國(guó)的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)加固中常用到的一種傳統(tǒng)加固技術(shù)，通常被應(yīng)用在一些加固之后不可對(duì)原構(gòu)件截面尺寸進(jìn)行增大但需對(duì)構(gòu)件受彎承載力做出提高的加固工作當(dāng)中，具有受力可靠性高、工作量小以及施工簡(jiǎn)單方便的優(yōu)勢(shì)。

2.2 間接加固技術(shù)

1）增加支撐加固技術(shù) 增加支撐加固技術(shù)具有施工簡(jiǎn)單、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但可能存在對(duì)建筑物的原貌與使用功能產(chǎn)生影響、減小使用空間的缺點(diǎn)。

2）預(yù)應(yīng)力加固技術(shù) 作為一種積極的加固技術(shù)，預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)能夠?qū)φ孛?、斜截面以及?gòu)件的剛度做出提高，一般被應(yīng)用在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)超出不滿意撓度下的結(jié)構(gòu)抗疲勞、抗裂性的提升當(dāng)中。由于結(jié)構(gòu)受力年限對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力設(shè)置具有重要影響，因此在使用該技術(shù)時(shí)需要對(duì)混凝土緩變做出充分的考慮。

3 工程案例分析

本文所介紹的由T梁、工字梁組合而成的混凝土結(jié)構(gòu)橋梁建造20世紀(jì)70年代初，橋跨布置為2×17+3×33+15×17m，橋梁橫斷面包括了1.25m人行道、7.5m行車道、1.25m人行道，共10m，行車道為雙向橫坡。伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和交通流量的加大，原有橋梁的通行能力無法滿足使用需求，制約了交通的進(jìn)一步發(fā)展，需要做出改善。因此，在原有的橋梁左側(cè)采取以T梁為主梁且同原有橋梁跨徑保持一致的拓寬工程，拆除左側(cè)人行道及欄桿并重新修建于拓寬橋梁的左側(cè)，采用雙向橫坡行車道和單折線形路拱，設(shè)置相應(yīng)的分隔帶來對(duì)新、舊橋做出分隔。在拓寬之后，橋梁的橫斷面包含了2個(gè)1.25m人行道、2個(gè)7.5m行車道與1個(gè)2.0m的分隔帶，總計(jì)19.5m。該混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的加固主要是針對(duì)舊橋進(jìn)行加固提等。

3.1 橋梁病害分析

舊橋在年久失修的條件下存在多種病害情況，而資料檔案管理工作的不到位使得設(shè)計(jì)施工詳情難以查明，通過現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)該舊橋存在5個(gè)方面的病害。

1）橋面鋪裝薄、排水不暢使得積水情況較為嚴(yán)重。舊橋?yàn)槠露?%的雙向橫坡且縱坡平緩，每個(gè)泄水孔之間的距離為10m，其距離過大使得排水極不通暢，很容易使橋面受積水浦水下滲危害橋面與主梁。

2）一些微彎板的縱向裂縫嚴(yán)重。由于沒有在主梁、工字梁間設(shè)置強(qiáng)化連接的橫隔板，單一借助預(yù)制微彎板、橋面現(xiàn)澆層所形成的橫向連接極易使微彎板在荷載下出現(xiàn)裂縫。

3）由于邊梁的外側(cè)、梁端伸縮縫處存在嚴(yán)重的滲水現(xiàn)象，在表層混凝土與鋼筋滲入雨水后就會(huì)產(chǎn)生混凝土脫落、鋼筋腐蝕生銹等問題，導(dǎo)致工字梁兩邊梁的表層出現(xiàn)混凝土縱向脫落、縱向鋼筋外露腐蝕生銹的情況，且一些邊梁的梁底也存在不同程度的混凝土脫落、鋼筋腐蝕生銹。

4）受到荷載時(shí)橋頭背部回填土基不均勻沉陷的影響，橋頭存在嚴(yán)重的混凝土土板裂損與沉陷問題，不利于行車的平順性，也影響了美觀。

5）橋梁的受力變形情況不順暢。由于該舊橋沒有設(shè)置相應(yīng)的支座，導(dǎo)致伸縮縫破損并使橋梁的變形不夠順暢，增加了內(nèi)力的同時(shí)造成橋梁承載潛力的大大降低。對(duì)此，急需對(duì)原有舊橋的變形體系做出改善以使其滿足結(jié)構(gòu)靜力圖式的要求。

3.2 加固步驟

該混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的加固改造施工主要包括以下幾個(gè)步驟：①對(duì)舊橋的部分交通進(jìn)行封閉；②對(duì)舊橋面的鋪裝層進(jìn)行鑿除；③借助千斤頂同時(shí)頂起六片工字梁并在墩臺(tái)帽位置挖好槽，將支座安裝在槽中；④做好橫隔板的澆筑，并且對(duì)微彎板、工字梁處存在的裂縫進(jìn)行及時(shí)的修補(bǔ)；⑤在工字梁的底部粘貼好碳纖維布；⑥進(jìn)行橋面鋪的澆筑；⑦裝好伸縮縫；⑧對(duì)泄水量等相關(guān)橋面的排水設(shè)施做出進(jìn)一步的完善。

只有認(rèn)真、有序地做好每一個(gè)步驟，才能確?；炷两Y(jié)構(gòu)橋梁加固獲得良好的效果。

3.3 工藝

1）裂縫的封閉處理。針對(duì)寬度不足0.1mm的裂縫，在對(duì)裂縫進(jìn)行灌漿的過程當(dāng)中需一律封閉，且不需要再進(jìn)行其他處理。

2）裂縫的灌漿處理。針對(duì)寬度超過0.11mm的裂縫需第一時(shí)間利用環(huán)氧樹脂灌漿膠做好灌漿處理工作，在整個(gè)裂縫灌漿處理的過程當(dāng)中必須嚴(yán)格做好質(zhì)量的控制，并且在灌漿完成之后及時(shí)對(duì)裂縫灌漿的質(zhì)量、效果做出仔細(xì)的檢驗(yàn)。

3）碳纖維布的粘貼。采用同碳纖維所配套的找平材料、浸潰樹脂以及底層樹脂作為碳纖維布、粘貼碳纖維布的樹脂，并且必須確保配套樹脂的適配性、安全性都符合相關(guān)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 注意事項(xiàng)

在混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的加固過程中應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)。

1）施工中在碳纖維布的粘貼階段進(jìn)行前必須做好對(duì)橋梁交通的封閉工作，并且為了防止橋梁施工導(dǎo)致交通的堵塞，可以選派專門的工作人員擔(dān)任橋梁兩頭交通的指揮工作。

2）應(yīng)當(dāng)盡量選用輕型機(jī)械設(shè)備來完成橋面鋪裝混凝土的鑿除工作，以有效地防止對(duì)橋面鋪裝硅進(jìn)行鑿除的過程當(dāng)中引發(fā)工字梁、微彎板的新病害或問題。

3）在對(duì)橋面鋪裝硅進(jìn)行澆筑的過程中必須確保新、舊混凝土之間達(dá)到緊密的結(jié)合，在必要的情況下可以設(shè)置同鋪裝層的鋼筋網(wǎng)相互連接的錨筋，同時(shí)預(yù)留好相應(yīng)的伸縮縫預(yù)留槽。

4）為避免頂升時(shí)造成微彎板出現(xiàn)新病害必須確保頂升施工的協(xié)調(diào)一致。

5）為了確保新、舊橋以及舊橋、道路之間的平順銜接，必須通過現(xiàn)場(chǎng)的精確測(cè)量來確定支座按照的具體高度。

4 結(jié) 語

在對(duì)橋梁做出加固后，橋梁的承載力、結(jié)構(gòu)性、耐久性等方面都有了極大地提升，滿足了設(shè)計(jì)與使用標(biāo)準(zhǔn)，獲得了很高的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益?；炷两Y(jié)構(gòu)橋梁的加固技術(shù)是多種多樣的，在實(shí)際工程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)結(jié)合具體情況綜合考慮分析資金、功效、交通影響、技術(shù)可行性、耐久性等多方面因素來選擇合適的加固技術(shù)，并且在加固的整個(gè)過程當(dāng)中對(duì)混凝土加固施工各個(gè)步驟、細(xì)節(jié)等做好嚴(yán)格的控制，確保施工的質(zhì)量，使橋梁的使用期限得到延長(zhǎng)并且安全、可靠性得到最大程度的提高，從而為我國(guó)交通事業(yè)的健康、長(zhǎng)期發(fā)展提供強(qiáng)有力的保障。

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（編輯 張磊慶）

Research of concrete structure bridge reinforcement technology application

LIU Bo-han

U443

B

1001-1366(2015)09-0057-03

2015-07-13