李海芹
(北京中交橋宇科技有限公司 北京市 100102)
混凝土碳化和鋼筋腐蝕是市政路橋最常見的問題之一。一般是在施工時,空氣里的二氧化碳滲透到混凝土中并且與其中的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而使混凝土中的堿性降低,甚至出現(xiàn)了碳化現(xiàn)象。同時混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋出現(xiàn)銹蝕,鋼筋的銹蝕導(dǎo)致其有效面積減小和體積增大,從而使得混凝土膨脹、剝落。并且鋼筋和混凝土的承載力以及它們之間的握裹力會大大降低,使得市政路面出現(xiàn)裂縫甚至橋面斷裂,不僅會影響路橋正常的交通運(yùn)輸,甚至還會造成交通系統(tǒng)的癱瘓,帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會譴責(zé)。
大多數(shù)市政路橋項(xiàng)目由于超載運(yùn)行、環(huán)境溫度變化大、混凝土收縮徐變以及年久失修等原因存在不同程度的裂縫,進(jìn)而影響到它們的承載能力甚至服務(wù)壽命,同時給交通帶來嚴(yán)重的安全風(fēng)險,給經(jīng)濟(jì)造成不可估量的破壞。因此應(yīng)該正確對待市政路橋的裂縫問題,定期進(jìn)行巡檢,一旦發(fā)現(xiàn)裂縫,及時進(jìn)行原因分析、對癥下藥,并采取有效的、針對性的補(bǔ)救措施,以阻止裂縫的進(jìn)一步發(fā)展,保障市政路橋的承載能力,進(jìn)而延長它們的壽命[1],如圖1所示。
圖1 橋梁裂縫
一般市政路橋的加固改造設(shè)計(jì)方案,都是在病害表象的基礎(chǔ)上,實(shí)施頭疼醫(yī)頭、腳疼醫(yī)腳的應(yīng)對措施。而負(fù)責(zé)任、有擔(dān)當(dāng)?shù)姆桨冈O(shè)計(jì)者,要站在全局的角度,充分考慮多方面的影響因素,對已經(jīng)出現(xiàn)的、甚至潛在的病害問題進(jìn)行深入分析和準(zhǔn)確評定。不同病害表現(xiàn)形式不同,危害程度不同,治療方案也不同。市政路橋加固改造設(shè)計(jì)方案的總體思路是:在保障原有功能的基礎(chǔ)上,盡量不改變其原有的結(jié)構(gòu)型式,不影響其原有的整體美觀性,本著安全性與經(jīng)濟(jì)性的原則。具體表現(xiàn)在:①如果市政路橋在某一方面具備足夠的潛力,可以在其他方面采取合理的加固措施,增強(qiáng)其整體的承載能力,提升服務(wù)功能,實(shí)現(xiàn)更大的價值。②城市的立交橋等進(jìn)行加固時,首先必須保證的是橋下原有的凈空高度不能變小,因此不能在其跨中腹板的下方采取加固措施。其次不能占據(jù)原有的馬路寬度,因此不能在其斜腿處采取加固措施。③即要充分考慮加固改造材料的重量增加是否超出了原有路橋基礎(chǔ)的承載能力;又要充分考慮加固改造材料的質(zhì)量是否能夠和原有構(gòu)造相匹配。
在多數(shù)情況下,老橋的橋面通常會出現(xiàn)很多裂縫、剝離以及其它損壞現(xiàn)象。此時不僅不能接受局部處理方法,而且也不能對原橋面進(jìn)行大范圍的簡單澆筑。
采取橋面補(bǔ)強(qiáng)層的加固措施是最有效的。首先對原橋面進(jìn)行鑿毛處理,并對新舊接合面進(jìn)行清掃、沖洗等處理措施,必要時也可涂抹一層環(huán)氧膠液膠結(jié)劑;其次在原橋面上鉆孔,注入植物膠或化學(xué)錨固膠,埋入膨脹螺栓抵抗剪力;之后按照抗裂要求放置合理直徑的鋼筋網(wǎng),并與埋入的膨脹螺栓焊接在一起;最后采用合理標(biāo)號的干硬性或是鋼纖維混凝土進(jìn)行澆筑,形成原橋面的補(bǔ)強(qiáng)層[2]。
當(dāng)老橋的承載能力不足以滿足現(xiàn)行的交通配重要求時,則首選增大構(gòu)件截面面積以及增加鋼筋的加固方案,它是比較常見的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固方案。通常有兩種方法可以實(shí)現(xiàn),首先是增加橋面板的厚度,其做法同上述橋面補(bǔ)強(qiáng)層的加固措施,原理則是通過增加T形梁上翼緣的厚度,提升承載力,一般適用于橋下凈空受限的項(xiàng)目;然后是增加T形梁腹板的高度或?qū)挾龋@種加固方案效果相對比較明顯,但是受橋下凈空的限制,一般使用機(jī)會不是很多。這種加固方案原理簡單、設(shè)計(jì)和施工都比較方便,通常在跨度較小的場合使用。需要指出的是:用該方案進(jìn)行加固時,一定要對承臺、橋墩等的承載力進(jìn)行校核,以避免由于增加構(gòu)件截面面積而引發(fā)橋梁本身自重的提高,從而導(dǎo)致超出承臺、橋墩原有的承載能力,產(chǎn)生更大的安全風(fēng)險。
預(yù)應(yīng)力加固改造設(shè)計(jì)是通過在原有構(gòu)件之外,采用外加(即體外)預(yù)應(yīng)力鋼拉桿或型鋼撐桿進(jìn)行加固的一種方案。其原理是通過施加預(yù)應(yīng)力迫使體外預(yù)應(yīng)力構(gòu)件受力,從而改變原結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài),降低其應(yīng)力水平,并消除其應(yīng)力應(yīng)變的滯后現(xiàn)象,以達(dá)到提升承載力和改善抗裂度的目的。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)由于施工簡單、更換方便、經(jīng)濟(jì)可靠等原因被廣泛應(yīng)用在舊橋、危橋的加固方案中,并且一般適用于大跨度結(jié)構(gòu)的加固以及常規(guī)加固方法無法實(shí)施或效果不佳的狀況等,而不適用于高濕環(huán)境以及混凝土的收縮徐變比較大的情況等。
局部修復(fù)是市政路橋日常養(yǎng)護(hù)工作中最常見的一種加固方案。當(dāng)路面或是橋面破損比較輕微時,用工具將路面或是橋面上松散的混凝土層除去,再使用水泥標(biāo)號相同的材料進(jìn)行修補(bǔ)即可;當(dāng)路面或是橋面破損輕微但不嚴(yán)重時,用工具將路面或是橋面上松動的混凝土層鑿除,直至露出鋼筋,再使用水泥標(biāo)號相同的材料進(jìn)行修補(bǔ)即可;當(dāng)路面或是橋面的破損相對比較嚴(yán)重時,要采用托松結(jié)構(gòu)清除松動的混凝土層,直到露出鋼筋,再使用水泥標(biāo)號相同的材料進(jìn)行修補(bǔ)。
伴隨交通流量的日益加大以及超載狀況的時有發(fā)生,現(xiàn)有市政路橋的承載能力隨時受到挑戰(zhàn),通過對其主要受力部位、各個節(jié)點(diǎn)以及薄弱部位粘貼纖維復(fù)合材料(如碳纖維復(fù)合材料等)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固,使其與橋體一起發(fā)揮作用,從而增強(qiáng)其整體穩(wěn)定性和承載能力。與傳統(tǒng)的加固方法相比,碳纖維加固具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高彈模、耐腐蝕、耐久性好、抗沖擊、工期短、施工方便、無需大型機(jī)械、加固成本較低等多項(xiàng)優(yōu)勢。然而由于補(bǔ)強(qiáng)材料的強(qiáng)度往往會受到原構(gòu)件變形的影響,從而無法釋放其原有的設(shè)計(jì)強(qiáng)度,因此,在加固設(shè)計(jì)過程中,要充分考慮該影響,不可過高依賴補(bǔ)強(qiáng)材料的作用。
市政路橋的各種病害問題,對交通安全及城市發(fā)展極為不利。從加固改造設(shè)計(jì)角度有針對性、科學(xué)性的對市政路橋風(fēng)險進(jìn)行有效遏制,是保障其質(zhì)量安全及居民生命財產(chǎn)安全的必要前提;亦是提高路橋使用壽命、促進(jìn)技術(shù)發(fā)展、增加經(jīng)濟(jì)效益的有利保障。