張 琳

(西南交通大學(xué)，四川成都610031)

一座大橋的建設(shè)無論是對其周邊環(huán)境還是其周邊經(jīng)濟的影響都是非常大的。近年來，中國經(jīng)濟飛速發(fā)展提高了人們對交通的需求，無論是從車輛數(shù)量還是從車輛載重量來說都發(fā)生了顯著變化。另一方面，因為橋梁壽命周期一般較長，大多數(shù)使用中的橋仍是用以前的舊規(guī)范根據(jù)當(dāng)時的社會經(jīng)濟建立的，即使有余裕也不會很多。故而在這些橋梁都是處于長時間的超負荷工作狀態(tài)，或是帶病工作。這無論是對于橋梁本身還是公眾安全來說都極為不利。因此，對老舊橋梁進行科學(xué)的檢測以及評估，并對橋梁在使用過程當(dāng)中的情況進行詳細的了解與研究是極為必要的。出于經(jīng)濟上的考量，通常是采用加固措施來恢復(fù)甚至提高現(xiàn)有橋梁的承載能力，以延長其使用壽命，滿足交通運輸?shù)男枰?/p>

1 橋梁的常見病害及其成因分析

1.1 基礎(chǔ)病害

橋梁基礎(chǔ)在使用過程中容易出現(xiàn)如下問題。

1.1.1 基礎(chǔ)的不均勻沉降

如果橋梁發(fā)生基礎(chǔ)沉降，可能是由于地基受力不均產(chǎn)生了沉陷，幾乎所有橋梁都可能發(fā)生該種情況。如果沉降不是很大，在一定范圍內(nèi)則不需處理，但是，如果沉降范圍較大，則會在一定程度上對橋梁產(chǎn)生負面影響，尤其有些橋梁建造在軟土地基上，因此也更加容易產(chǎn)生上述情況。另一方面，在橋梁的使用過程中也應(yīng)該對橋梁的基礎(chǔ)沉降進行實時的觀測，分析其原因及負面影響，并提出有效的處理辦法。

1.1.2 基礎(chǔ)的滑移和傾斜

(1)對于基礎(chǔ)來說，有時會遭遇洪水的沖刷，河床的堆積物和坡度都會對沖刷有著很大的影響，通常情況下很難預(yù)先估算出沖刷值是多大，因此必須對沖刷過程進行嚴(yán)密的調(diào)查和研究。

(2)因為水運的開發(fā)而疏浚河床，因此臨河面上的地基土壓力很可能達不到要求，這會在一定程度上使地基產(chǎn)生側(cè)向滑移。

(3)有些橋梁選擇建在軟土場地基上，若是基礎(chǔ)處理不恰當(dāng)很可能會造成水平力增大，這會造成橋臺產(chǎn)生前移，最終導(dǎo)致地基失穩(wěn)，這樣一來，會使得基礎(chǔ)受力不均勻，進而使橋梁產(chǎn)生不均勻沉降。

1.1.3 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)力異常與開裂

如果基礎(chǔ)受力不合理，可能會產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，從而進一步導(dǎo)致開裂。如果橋梁遭遇了特殊荷載，也同樣會產(chǎn)生基礎(chǔ)開裂。

1.2 墩臺病害

上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)之間是墩臺，墩臺的作用是將上部的荷載進行有效傳遞。對于橋臺來說它承受的荷載主要是臨近土壤傳來的水平壓力，同時它還將橋梁與陸地有效連接起來。而對于橋墩來說，它是將橋跨結(jié)構(gòu)連系起來關(guān)鍵。因此，在橋梁的使用過程中，無論是上部結(jié)構(gòu)還是下部結(jié)構(gòu)都會對其產(chǎn)生影響。若想保證橋梁有足夠的耐久性，橋墩是關(guān)鍵，如果橋墩沒有足夠的承載力，則在使用過程中很可能出現(xiàn)橋梁的傾斜或者下沉現(xiàn)象，這對上部結(jié)構(gòu)來說極為不利，嚴(yán)重的可能會造成橋梁的倒塌。橋墩的主要材料是鋼筋混凝土加少量的磚石，故而橋墩的損害主要有如下幾種原因：承載力不夠或是在使用過程中出現(xiàn)開裂或沉降。對于墩臺來說，最常見的破壞就是發(fā)生裂縫，裂縫在發(fā)展過程中則會造成鋼筋的外露和銹蝕，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形。因此，橋墩一旦出現(xiàn)裂縫，必須足夠重視，及時進行適當(dāng)處理。

1.3 上部結(jié)構(gòu)病害

對于橋梁的上部結(jié)構(gòu)來說，病害產(chǎn)生主要是因為：(1)結(jié)構(gòu)承載力不足，進而發(fā)生過大的變形；(2)主梁及橫隔板底板產(chǎn)生開裂現(xiàn)象；(3)主梁滲水泛堿，出現(xiàn)白化現(xiàn)象；(4)混凝土被壓碎從而導(dǎo)致鋼筋外露并被銹蝕等。

2 橋梁常見病害的成因分析

2.1 設(shè)計、施工不合理

在設(shè)計上有些橋梁是存在一定弊端的，究其原因是結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。在早期使用過程中這些缺陷可能并不會立即顯示出來，但是隨著時間的推移，這些弊端一定會逐漸表現(xiàn)出來。除了設(shè)計方面，還有施工質(zhì)量差會對橋梁的質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，并且這些影響也會隨著時間的遷延而逐漸顯露。

2.2 維修養(yǎng)護及加固措施不當(dāng)

在橋梁的養(yǎng)護過程中，如果存在不適當(dāng)之處也會在一定程度上對橋梁健康有不良的影響。例如，在維修橋面的過程中使得橋梁恒載增大，這就在很大程度上增加了橋梁的自重，但是恒載的增加并沒有提高其承載能力；又比如沒有對橋面進行防水處理等。更有甚者，橋梁整個受理體系大多為超靜定，如果橋梁支座發(fā)生損壞而又沒有及時適當(dāng)進行維修很可能會使橋梁整個受力狀態(tài)發(fā)生改變。以上這些均是引起橋梁缺陷的原因，在橋梁的加固過程中，如果方式不對同樣會使得結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。

2.3 其它外力因素造成

在橋梁的使用過程中會遭遇各種自然災(zāi)害，例如泥石流、地震或強風(fēng)等，但是一旦遭遇對橋梁結(jié)構(gòu)而言便是毀滅性的災(zāi)難。

2.4 超負荷運營和超期服役

中國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展使得交通運輸業(yè)的蓬勃上升時期提前到來。中國很多使用中的橋仍是適用以前的舊規(guī)范根據(jù)當(dāng)時的社會環(huán)境建立的，即使有余裕也不會很多。如果橋梁在使用過程當(dāng)中遇到超負荷的狀況，并且周期很長，這就很可能會使橋梁破壞嚴(yán)重。對于中國大部分舊橋老橋來說，這一部分橋梁沿用至今，有出于經(jīng)濟上的考量，修修補補又十年，它們不僅超期服役而且?guī)Р」ぷ?。有的并不能得到及時的修復(fù)或是限制使用措施實行不到位，這無論是對于橋梁本身還是公眾安全來說都極為不利。

3 橋梁結(jié)構(gòu)常用的加固方法

橋梁的加固方法多種多樣，例如增大橋梁的截面或者在體外進行預(yù)應(yīng)力加固，同時還可以在橋梁的外部粘貼鋼板。這些方法的目的都是對橋梁本身進行加固，方式不同，所產(chǎn)生的效果也不盡相同。

3.1 粘貼鋼板加固法

過大交通量帶來的超負荷動載會導(dǎo)致橋梁提前破壞，若是橋梁出現(xiàn)了裂縫則進一步導(dǎo)致鋼筋銹蝕，更影響橋梁的耐久性，那么此時可以選用粘結(jié)鋼板法對橋梁進行加固(圖1)。在橋梁的薄弱位置可以采用該方法有助于提高橋梁的耐久性，該方法有如下特點：

(1)不會改變原結(jié)構(gòu)形式；(2)工藝不復(fù)雜便于施工；(3)周期較短，預(yù)算較少；(4)缺點是橋梁耐久性的提高很大程度上取決于粘結(jié)劑的質(zhì)量。

3.2 橋面補強層加固法

若要對橋面進行補強加固，一般采取的措施是在橋梁梁頂加鋪一層鋼筋混凝土，在鑿除原有橋面后，再進行澆筑，使得新澆筑的鋼筋混凝土層與原有主梁形成一個整體，梁有效截面高度增大，起到改善截面荷載分布的作用，從而提高橋梁的承載能力。該方法有個明顯的缺點，在鑿除橋面鋪裝時以目前的技術(shù)手段無法采用施工機械，只能采用人工，這樣一來工人的專業(yè)素質(zhì)要求比較高，工作量相對較大，工期較長，而且由人工來鑿除，主觀因素大，有可能會損傷原有結(jié)構(gòu)。另一方面，橋面鋪裝的處理通常與橋梁大修同步進行，單提高承載能力時很少采用該方法。

圖1 橋梁粘貼鋼板加固

3.3 增大截面加固法

該種方法又叫做外包混凝土加固法，是通過加大結(jié)構(gòu)的截面和配筋率完成的，使得結(jié)構(gòu)的強度、剛度和承載力有所提高，并且在一定程度上也可以減少結(jié)構(gòu)的裂縫。此法適用于多種橋梁。在對結(jié)構(gòu)外包混凝土的過程中，會造成結(jié)構(gòu)重量的加大，因此在施工過程中應(yīng)該考慮外包構(gòu)件下面的結(jié)構(gòu)是否有足夠的承載能力，只有承載力足夠的情況下才可以采用該種方式。

采用外包混凝土加固法來加固既有橋梁時，應(yīng)滿足以下規(guī)定：(1)對于新澆混凝土，其厚度應(yīng)該不小于40 mm；若是采用噴射方式，其厚度應(yīng)該不小于50 mm；對于受壓部位新澆混凝土來說，若是采用補償方式則厚度更是應(yīng)該不小于150 mm；(2)在混凝土的配制過程中，要求材料必須選用卵石等耐久性好的石子，并且粒徑要小于20 mm；(3)對于結(jié)合面來說，應(yīng)確保新、舊混凝土共同受力，若不符合要求則需要應(yīng)用植筋進行加固；(4)如果用鋼筋加固，則所選縱筋直徑應(yīng)大于16 mm，箍筋直徑應(yīng)大于10 mm，U形筋直徑可以不變；(5)如果補強采用型鋼或鋼板，則型鋼或鋼板必須與原鋼筋有效連接，只有這樣才能保證它們?yōu)橥徽w，共同承載受力；(6)原鋼筋與起加固作用的鋼筋之間，間距不應(yīng)大于20 mm，同時應(yīng)用短筋焊接。

3.4 體外預(yù)應(yīng)力加固法

如果采用體外預(yù)應(yīng)力加固法，則需要將鋼拉桿安裝在梁體外側(cè)，并保證其梁體之間的有效安全連接，然后再對其施加預(yù)應(yīng)力來改變原有結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，提高結(jié)構(gòu)承載能力，降低結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的可能性。

采用此法加固的優(yōu)點有：(1)不僅不會增加結(jié)構(gòu)的自重，還能改變結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，使得結(jié)構(gòu)的承載能力大幅度提高；(2)因為并沒有增大結(jié)構(gòu)的自重，從而對墩臺沒有過大的壓力，可以不必再對墩臺進行加固，節(jié)約了投資；(3)不影響交通；(4)可在重型車輛通過時作為臨時加固保障其承載能力與變形，也可永久性加固來提高橋梁整理承載能力，因為體外預(yù)應(yīng)力法施加的預(yù)應(yīng)力應(yīng)力可以永久地保留或移除。

4 結(jié) 論

簡言之，沿用至今的很多既有橋梁因為超負荷超年限工作，或是當(dāng)初設(shè)計用的規(guī)范已不再適用如今交通運輸?shù)囊?，無論是從需求還是安全上來說，橋梁加固勢在必行。那么隨之而來的問題便是如何有效地對橋梁進行加固。一方面，橋梁在使用運行過程中存在的問題，需要進行及時而有針對性的分析。另一方面，加固措施都有哪些，分別有何優(yōu)劣需要納入考慮范圍，然后再針對這些問題采取合適的加固方法，為橋梁的高效工作與安全負責(zé)，提高橋梁加固的經(jīng)濟和社會效益。