文/李茜茜

1 前言

當(dāng)前社會(huì)快速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，對(duì)交通運(yùn)輸?shù)男枨笠哺佣鄻踊?；與此同時(shí)，隨著機(jī)動(dòng)車數(shù)量的激增，道路橋梁的工作壓力也快速增加。建設(shè)于10～20年前的很大一部分橋梁結(jié)構(gòu)，由于當(dāng)時(shí)荷載要求、材料性能及施工技術(shù)水平相對(duì)較低，在長(zhǎng)年高負(fù)荷運(yùn)營(yíng)下，會(huì)出現(xiàn)各類病害，影響耐久性甚至危及橋梁安全，必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。

2 市政橋梁加固設(shè)計(jì)思路

市政橋梁加固設(shè)計(jì)思路：依據(jù)檢測(cè)報(bào)告找到結(jié)構(gòu)病害—通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析病害成因—分部、分項(xiàng)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。

第一步：發(fā)現(xiàn)病害?！稑蛄簷z測(cè)報(bào)告》是橋梁加固設(shè)計(jì)的依據(jù)，檢測(cè)報(bào)告內(nèi)容含常規(guī)檢測(cè)、結(jié)構(gòu)檢測(cè)以及靜載、動(dòng)載試驗(yàn)等幾個(gè)部分。《橋梁檢測(cè)報(bào)告》通過(guò)綜合評(píng)定橋梁技術(shù)狀況，確定橋梁的技術(shù)狀況等級(jí)；分析和評(píng)價(jià)病害對(duì)承載能力的影響，確定橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)的安全性；通過(guò)靜載、動(dòng)荷載試驗(yàn)檢驗(yàn)主要構(gòu)件在設(shè)計(jì)荷載下的正常使用狀態(tài)及承載極限狀態(tài)。橋梁上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、橋面系以及整座橋梁結(jié)構(gòu)的完好狀況可按表1進(jìn)行評(píng)估。

表1 橋梁結(jié)構(gòu)完好狀況評(píng)估表

第二步：通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析病害原因。關(guān)鍵是收集橋梁竣工資料、現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)研，通過(guò)建模計(jì)算分析，并對(duì)比病害形式，確定病害的成因。橋梁病害主要有以下成因：結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期超載，運(yùn)營(yíng)荷載超越橋梁結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)荷載；原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全系數(shù)偏低或者部分設(shè)計(jì)考慮不周全；原施工技術(shù)條件落后，或施工未完全按施工圖實(shí)施，監(jiān)理未及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患。

本文以中北橋?yàn)槔?，闡述橋梁加固設(shè)計(jì)中病害成因分析的步驟。在橋梁常規(guī)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)中北橋橋梁北段支座脫空，支座鋼板部分破壞，橋梁端部箱梁整體移動(dòng)4～5cm。

該橋建于1996年，采用三跨變截面混凝土預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁，跨徑布置（20+43+20）m，橋總寬30.6m，設(shè)計(jì)荷載為汽-20，掛-100。施工過(guò)程邊跨采用滿堂支架現(xiàn)澆，中跨采用掛籃懸澆。因建設(shè)年代久遠(yuǎn)無(wú)竣工圖，只收集到部分施工過(guò)程文字記錄。

根據(jù)施工方法，建立有限元模型計(jì)算分析病害原因如下：三跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁，中跨采用懸澆施工，邊跨采用支架現(xiàn)澆施工，邊跨/中跨=0.465，邊中跨比例偏小，恒載反力邊跨僅為中墩的5%，在荷載影響下，邊跨支座易脫空；據(jù)施工過(guò)程文字記錄，邊跨支座采用非常規(guī)施工，即先澆筑箱梁，后安裝支座，給支座帶來(lái)脫空隱患；本橋南端是環(huán)城北路交叉口，交通擁堵現(xiàn)象嚴(yán)重，西半幅橋面南邊跨及跨中長(zhǎng)期處于車輛滿載狀態(tài)，在此工況作用下，北端支座易脫空；北端橋臺(tái)未設(shè)置限位擋塊，梁體易產(chǎn)生側(cè)向位移。

第三步：找到病因，需結(jié)合各種邊界條件，如橋梁現(xiàn)狀、新材料特性、施工技術(shù)手段等來(lái)確定加固方案。

再次以中北橋?yàn)槔U述加固方案的形成過(guò)程。最直接的改善邊跨梁端反力方法是壓重，但壓重會(huì)降低邊跨承載能力，且中北橋預(yù)應(yīng)力鋼束布置方式不明，故無(wú)實(shí)施梁段壓重的可能性。本次設(shè)計(jì)思路是：糾正側(cè)向位移—實(shí)施側(cè)向擋塊—頂升更換病害支座—梁端設(shè)置抗拔拉桿。具體加固設(shè)計(jì)步驟如下：拆除北側(cè)橋臺(tái)處伸縮縫，待加固完成恢復(fù)；北橋臺(tái)臺(tái)帽西側(cè)增設(shè)抗震擋塊，預(yù)留初始空隙8cm；在支座中心線位置設(shè)千斤頂，向西頂推，逐級(jí)加載，三幅橋同時(shí)頂推4cm；北橋臺(tái)臺(tái)帽東側(cè)增設(shè)C40 抗震擋塊，預(yù)留初始空隙5cm；北側(cè)橋臺(tái)設(shè)千斤頂，三幅橋同時(shí)單端頂升0.5cm，支撐鋼墊塊；更換橡膠支座，橡膠支座上鋼板采用環(huán)氧黏鋼膠與梁底緊密貼合，無(wú)空隙。

由于前期梁體移位，每處支座空隙高度不同，需精確測(cè)量頂升0.5cm 后的空隙高度，以確定支座上下鋼板厚度，保證落梁后各支座均勻受力，最后再安裝臺(tái)帽與梁體挑臂根部的抗拔拉桿（圖1）。

圖1 橋梁加固示意圖

3 常見病害問(wèn)題

3.1 混凝土碳化、鋼筋腐蝕

在市政橋梁加固設(shè)計(jì)中，混凝土碳化和內(nèi)部鋼筋腐蝕是最常遇到的病害?；炷撂蓟怯捎谑┕み^(guò)程中二氧化碳因?yàn)楣に嚥划?dāng)大量滲入混凝土，混凝土中含有很多堿性成分，如硅酸鹽，且氧化鈣等成分遇水也會(huì)生成堿性物質(zhì)。這些堿性物質(zhì)除少量在混凝土結(jié)構(gòu)空隙中外，大部分都是以結(jié)晶體的狀態(tài)存在。當(dāng)過(guò)多的二氧化碳滲入，與內(nèi)部的堿性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，會(huì)使得混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)碳化現(xiàn)象，降低堿性物質(zhì)對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，從而發(fā)生鋼筋腐蝕。鋼筋體積膨脹，削弱混凝土對(duì)鋼筋握裹力，承載能力會(huì)大幅降低，且周圍的混凝土受擠壓導(dǎo)致內(nèi)部出現(xiàn)裂縫，輕則影響美觀，重則影響整體承重能力，易導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故[1]。

3.2 裂縫問(wèn)題

橋梁裂縫也是常見病害之一，其中拱圈裂縫和主梁裂縫更為常見。裂縫出現(xiàn)的位置不同，所帶來(lái)的影響也大不相同。裂縫的成因，有些是抗剪，有些是抗彎，還有些是承壓，成因不同，加固的方案也完全不同。長(zhǎng)期超載運(yùn)營(yíng)、惡劣環(huán)境、化學(xué)反應(yīng)腐蝕等都會(huì)使得混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可能產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，整體發(fā)生形變，承重不均勻，從而出現(xiàn)裂縫。設(shè)計(jì)應(yīng)分析裂縫成因，采用具有針對(duì)性、有效性的加固工藝來(lái)延長(zhǎng)市政橋梁的使用年限，確保其整體質(zhì)量完好[2]。

4 加固改造措施

4.1 裂縫常規(guī)處理方案

4.1.1 對(duì)寬度≤0.15mm 的非超限裂縫，用角磨機(jī)切割片在裂縫處開“V”型槽，用專用裂縫灌注膠在其表面進(jìn)行反復(fù)涂抹，使膠料滲進(jìn)裂縫內(nèi)，封閉彌補(bǔ)裂縫。

4.1.2 寬度＞0.15mm 的裂縫及超限，應(yīng)采用恒壓灌注法對(duì)裂縫進(jìn)行灌注，以達(dá)到對(duì)裂縫彌補(bǔ)的效果。灌注方法及步驟如下：觀測(cè)裂縫—清潔裂縫—預(yù)留并安設(shè)底座—封閉裂縫—注入灌縫膠液—拆除灌漿器—清除表面封縫膠及底座—結(jié)束。

4.1.3 對(duì)于超限裂縫需要計(jì)算，分析裂縫成因，待裂縫封閉后采用粘貼碳纖維加固或者粘貼鋼板加固。

以紅豐立交橋加固設(shè)計(jì)為例，闡述裂縫的加固方案。紅豐立交橋建成于2004年，橋梁全長(zhǎng)約420m。上部結(jié)構(gòu)采用20～25m 多跨簡(jiǎn)支空心板結(jié)構(gòu)，橋面連續(xù)。下部結(jié)構(gòu)為排架柱接蓋梁橋墩，普通鋼筋結(jié)構(gòu)蓋梁。根據(jù)《檢測(cè)報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，所有橋墩蓋梁均存在豎向裂縫，部分超限影響結(jié)構(gòu)安全使用。裂縫的性狀和分布具有共性，裂縫基本出現(xiàn)在正、負(fù)彎矩較大的區(qū)域，如蓋梁跨中底部正彎矩區(qū)和立柱對(duì)應(yīng)的蓋梁頂部負(fù)彎矩區(qū)。其中，蓋梁頂部負(fù)彎矩區(qū)裂縫相對(duì)較大，并隨著荷載作用而逐漸發(fā)展。采用橋梁程序?qū)ιw梁進(jìn)行抗彎裂縫驗(yàn)算，荷載與原設(shè)計(jì)荷載一致。

最容易發(fā)生裂縫的位置為柱頂與跨中，計(jì)算數(shù)據(jù)顯示，裂縫值基本符合規(guī)范要求，但富余量不足，蓋梁跨中下緣裂縫存在超限的風(fēng)險(xiǎn)。隨著城市的發(fā)展，車輛荷載會(huì)漸漸超出原設(shè)計(jì)荷載，導(dǎo)致裂縫形成。為保證結(jié)構(gòu)的安全使用功能，對(duì)其進(jìn)行加固具有緊迫性。提出如下加固設(shè)計(jì)思路：在蓋梁側(cè)面采用壓力注膠粘貼鋼板，增加蓋梁的抗剪能力；在蓋梁底部粘貼三層碳纖維布，提高蓋梁抗彎能力，阻止蓋梁梁底和梁身裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于施工工藝成熟、效果明顯。

4.2 對(duì)存在系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)病害的處理

存在系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的病害：抗傾覆安全系數(shù)不足且橋梁移位；荷載試驗(yàn)顯示主要構(gòu)件在設(shè)計(jì)荷載作用下的正常使用狀態(tài)或承載能力極限狀態(tài)不滿足要求，結(jié)構(gòu)永久變形大于設(shè)計(jì)規(guī)范值；基礎(chǔ)沖刷達(dá)20%以上；索橋主纜或者吊桿損傷。

存在系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的橋梁建議立刻評(píng)定為危橋且中斷交通。在確定最終加固方案前加強(qiáng)監(jiān)控測(cè)試，按系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)不同采用可行可靠的加固方案。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，交通運(yùn)量大幅增加，眾多老橋出現(xiàn)較多的病害，特別是超載情況多有發(fā)生，給橋梁結(jié)構(gòu)逐步造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。為保證橋梁正常使用、交通網(wǎng)順暢、節(jié)約社會(huì)資金，需要加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有橋梁的檢測(cè)監(jiān)控，對(duì)出現(xiàn)病害的橋梁進(jìn)行合理、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的加固，確保結(jié)構(gòu)使用的安全性。