底曉惠

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

不同類型的橋梁病害種類對(duì)橋梁形態(tài)造成的影響均不相同。為保證拱橋加固效果和經(jīng)濟(jì)性，要結(jié)合橋梁病害類型及嚴(yán)重程度，采用相應(yīng)的加固技術(shù)。

1 拱式橋梁加固

拱式橋梁經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的通車使用，難免出現(xiàn)病害。為避免病害不斷加重威脅通行安全，要根據(jù)橋梁實(shí)際情況，結(jié)合現(xiàn)有條件采用合理可行的加固技術(shù)進(jìn)行處理。目前，在拱式橋梁加固領(lǐng)域，出現(xiàn)了很多不同的加固技術(shù)，現(xiàn)階段較為常用的包括錨噴加固、FRP片材加固、套箍封閉加固、頂推法加固、體外索預(yù)應(yīng)力加固。不同加固技術(shù)的原理和特點(diǎn)均不相同，適用條件也有一定差異。因此，在實(shí)際工作中需要通過(guò)綜合考慮選擇適宜的加固技術(shù)，以此保證加固效果。

2 加固技術(shù)與應(yīng)用

2.1 錨噴加固技術(shù)與應(yīng)用

錨噴加固技術(shù)的加固原理為：充分利用錨固到原拱圈中的錨桿掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，然后噴入添加了一定量速凝劑等外加劑的混凝土，直到結(jié)構(gòu)面層，以此形成一個(gè)復(fù)合式的主拱圈。此時(shí)，復(fù)合式拱圈將和原主拱圈一同受力與協(xié)調(diào)變形，最終起到增強(qiáng)橋梁自身承載力的作用。由此可見(jiàn)，該加固技術(shù)的核心在于增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面積。如果拱橋的主拱圈截面較小，或橋梁施工質(zhì)量差、墩臺(tái)地基產(chǎn)生較大沉降、橋梁因超載運(yùn)營(yíng)等因素產(chǎn)生裂縫與變形，都可以采用該方法進(jìn)行加固[1]。

某橋梁上部結(jié)構(gòu)采用雙曲拱，下部結(jié)構(gòu)采用U形橋臺(tái)與重力式橋墩。伴隨運(yùn)營(yíng)年限不斷增加，該拱橋很多地方都產(chǎn)生了裂縫，裂縫的縫寬最大可以達(dá)到4mm。此外，拱軸線下沉情況比較嚴(yán)重，拱頂部位下沉數(shù)量可達(dá)5～18cm。通過(guò)綜合分析，該拱橋存在主拱圈受力相對(duì)較大和裂縫數(shù)量較多的缺陷。對(duì)此，決定在拱肋和拱波處外包鋼筋，同時(shí)噴射一層厚度為6cm強(qiáng)度等級(jí)為C25的混凝土，以此對(duì)拱圈截面進(jìn)行加固，增強(qiáng)各孔剛度與承載力。在加固完成后，通過(guò)荷載試驗(yàn)可知橋梁結(jié)構(gòu)可以達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。本次加固花費(fèi)了246萬(wàn)余元，不足重建所需花費(fèi)的20%，表現(xiàn)出優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 FRP片材加固技術(shù)與應(yīng)用

該方法和粘貼鋼板法的原理完全相同，都是通過(guò)在結(jié)構(gòu)薄弱部位增強(qiáng)材料的粘貼形成整體，代替補(bǔ)強(qiáng)鋼筋增強(qiáng)結(jié)構(gòu)承載力，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的補(bǔ)強(qiáng)目標(biāo)。目前，該方法主要使用以下三種片材：一是玻璃鋼；二是碳纖維布；三是芳綸纖維布。其中，碳纖維材料是現(xiàn)在公認(rèn)的有很大抗拉強(qiáng)度與彈性模量的工程材料，其與樹脂結(jié)合而成的材料不僅重量輕，而且施工方便，基本不需要使用大型機(jī)具，對(duì)加固維修施工而言，能有效發(fā)揮其強(qiáng)度極高的特點(diǎn)，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)自身承載能力，而且還不會(huì)像粘貼鋼板那樣改變橋梁恒載。采用該方法對(duì)不同類型的拱橋進(jìn)行加固時(shí)，需要以拱橋存在的缺陷與病害為依據(jù)，先確定需進(jìn)行加固維修的位置，然后制定專項(xiàng)加固方案[2]。

某橋梁上部結(jié)構(gòu)采用單孔雙曲拱，基礎(chǔ)采用鉆孔樁基。在通車一段時(shí)間后，在拱肋處發(fā)現(xiàn)裂縫，且伴有拱軸變形的現(xiàn)象。裂縫主要集中于L/4截面，尤其是拱頂周圍的裂縫分布較為密集。此外，在拱腳截面與腹拱和拱波結(jié)合部位也發(fā)現(xiàn)若干裂縫。拱頂?shù)南鲁亮吭?5cm左右，在其他點(diǎn)位也發(fā)生了沉降，但沉降相對(duì)均勻，曲線平順。在臺(tái)身上雖然沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂縫，但兩臺(tái)拱背存在約2.7cm的標(biāo)高差。通過(guò)綜合分析，導(dǎo)致上述病害的原因?yàn)闃蚺_(tái)與樁基缺乏抗力，使橋臺(tái)向岸邊方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，引起拱軸變形，并在拱頂處產(chǎn)生很大的正彎矩，而拱腳處則產(chǎn)生很大的負(fù)彎矩，最終導(dǎo)致裂縫。對(duì)此，決定采用以下方法進(jìn)行加固處理：對(duì)所有裂縫均使用灌縫的方法進(jìn)行修補(bǔ)，灌縫材料選擇環(huán)氧樹脂砂漿；對(duì)6#肋，使用粘貼玻璃鋼的方式補(bǔ)強(qiáng)；對(duì)1#～5#肋，使用粘貼小鋼筋的方式補(bǔ)強(qiáng)加強(qiáng)。在加固完成后，又經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，拱肋裂縫明顯減少，且拱軸處沒(méi)有產(chǎn)生新變形，說(shuō)明以上加固方法合理可行，效果顯著[3]。

2.3 套箍封閉加固技術(shù)與應(yīng)用

該技術(shù)的加固原理為：在合理可行的保障措施基礎(chǔ)上，于原主拱圈的外側(cè)使用鋼筋混凝土進(jìn)行封閉，然后充分利用形成的套箍和原主拱圈實(shí)現(xiàn)共同受力與協(xié)調(diào)變形，以此增強(qiáng)橋梁自身承載力，避免水蝕與風(fēng)化?？梢?jiàn)，該方法的加固原理和錨噴相似，但在以下方面存在顯著優(yōu)勢(shì)：一是由于結(jié)構(gòu)受三向壓力作用后抗壓強(qiáng)度將得到一定程度的提高，所以通過(guò)套箍封閉的方式對(duì)橋梁加固后，可達(dá)到的加固效果優(yōu)于錨噴法。二是套箍層可通過(guò)現(xiàn)澆完成施工，在此情況下可使用強(qiáng)度較高的混凝土，進(jìn)而解決由于混凝土強(qiáng)度不足帶來(lái)的問(wèn)題。三是采用錨噴的方法或粘貼碳纖維材料的方法進(jìn)行加固后，新增的恒載大多由原主拱圈承受，而該方法的應(yīng)用能使原本的由支架承擔(dān)大部分恒載更改為由復(fù)合式主拱圈結(jié)構(gòu)來(lái)承擔(dān)[4]。

某橋梁為四跨石拱橋，從開(kāi)始通車后，接連遭受多次洪水沖擊與侵蝕，加之受到地震作用和石料自身發(fā)生風(fēng)化剝蝕，導(dǎo)致承載力大幅減弱。據(jù)初步調(diào)查，該橋中孔處有很多病害，如砂漿脫落、局部變形和拱石開(kāi)裂，其中以開(kāi)裂病害最為嚴(yán)重，縫長(zhǎng)最長(zhǎng)可以達(dá)到80cm，縫寬最大可以達(dá)到7mm。對(duì)此，經(jīng)研究決定采用以下三種方法對(duì)該橋梁進(jìn)行加固：

方法一：先對(duì)原主拱圈進(jìn)行高壓灌漿處理；

方法二：在完成高壓灌漿處理后的主拱圈外部進(jìn)行套箍封閉；

方案三：增設(shè)橫墻底座。采用上述三種方法完成加固處理后，該橋?qū)嶋H運(yùn)行狀態(tài)可以達(dá)到相關(guān)要求。

2.4 頂推法加固技術(shù)與應(yīng)用

根據(jù)拱橋相關(guān)理論，如果拱腳產(chǎn)生相對(duì)變位，則會(huì)使主拱圈中產(chǎn)生一定附加內(nèi)力。通過(guò)使拱腳產(chǎn)生靠近變位能夠降低已經(jīng)在拱圈內(nèi)存在的內(nèi)力與變位，并使拱肋上產(chǎn)生的沿徑向分布的裂縫不斷閉合，此外還能抬高拱頂?shù)膶?shí)際標(biāo)高，將橋面上的縱坡理順，最終達(dá)到恢復(fù)或增強(qiáng)橋梁自身承載力的作用。該加固方法與其他方法相比有更好的經(jīng)濟(jì)性，能在基本不改變外貌和不影響通航凈空的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的加固目標(biāo)。

某鋼架拱橋橋臺(tái)采用山形空心臺(tái)，基礎(chǔ)采用沉井基礎(chǔ)，以中密亞黏土與亞砂土作為工程地基。通車一段時(shí)候后，由于處在橋臺(tái)后方的壓力涵滲漏，導(dǎo)致路基被沖刷，引起橋臺(tái)缺角，之后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)拱頂下緣產(chǎn)生裂縫，且裂縫數(shù)量不斷增多，直到貫通整個(gè)拱肋，同時(shí)向橋面方向延伸。裂縫的最大寬度可達(dá)6mm，橋臺(tái)處的下沉量為1cm，初步估計(jì)發(fā)生了5.9cm左右的水平方向位移?？紤]目前該橋的裂縫發(fā)展速度已經(jīng)開(kāi)始變慢，且橋臺(tái)產(chǎn)生的位移也逐漸趨于穩(wěn)定，加之主拱中除了拱頂外其他部分均相對(duì)完好，整個(gè)橋梁的剛度尚可。因此，最終決定采用頂推法對(duì)拱腳位移進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。完成頂推后，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)拱頂下沉量為1cm，橋臺(tái)產(chǎn)生的相對(duì)位移不超過(guò)1mm。此外，對(duì)現(xiàn)有的裂縫進(jìn)行修補(bǔ)后，沒(méi)有再次開(kāi)裂。

2.5 體外索預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)與應(yīng)用

該技術(shù)是指在主梁中設(shè)置預(yù)先導(dǎo)入一定拉力的鋼索，以此為主梁施加預(yù)應(yīng)力，使截面中應(yīng)力實(shí)際分布情況得以有效改善。如今，該技術(shù)主要在梁式橋中使用，但對(duì)拱圈產(chǎn)生裂縫后橋臺(tái)產(chǎn)生位移等現(xiàn)象的拱橋，也可采用該技術(shù)進(jìn)行加固處理。利用鋼拉桿進(jìn)行加固后，會(huì)使橋下凈空減小，對(duì)通航造成一定程度的影響，所以該方法只能用于處在對(duì)通航條件沒(méi)有太高要求的橋梁。

某單孔石拱橋的施工質(zhì)量較差，在通車后不久，拱圈開(kāi)始產(chǎn)生縱向裂縫，并不斷向外發(fā)展和移動(dòng)，裂縫開(kāi)始向橋臺(tái)位置延伸，甚至到達(dá)基底處附近，拱頂處產(chǎn)生的裂縫寬度達(dá)50mm。通過(guò)綜合研究后，決定采用鋼拉桿進(jìn)行加固，在橋跨上均勻布置預(yù)先做好螺紋的鋼拉桿，共9組，所有拉桿都采用上下兩筋構(gòu)成。采用一根沿垂直方向放置的10號(hào)槽鋼作為螺帽襯墊，同時(shí)兼做兩根桿之間的連接桿。將上桿安置到位后，開(kāi)始安裝槽鋼，將槽鋼安裝好后方可安裝下桿，再用扳手將所有螺帽擰緊，以此為拱圈及側(cè)墻施加足夠的預(yù)應(yīng)力，以有效控制裂縫的產(chǎn)生及其發(fā)展。經(jīng)以上加固處理后，該橋梁恢復(fù)正常通車，舊裂縫修補(bǔ)完成后沒(méi)有產(chǎn)生任何新裂縫。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在編制加固方案時(shí)，要高度重視以下方面：首先要做好對(duì)橋梁實(shí)際狀況的評(píng)價(jià)，確定橋梁在各類環(huán)境下使用表現(xiàn)出的結(jié)構(gòu)特性，并對(duì)結(jié)構(gòu)中存在的損傷進(jìn)行類型識(shí)別和確定位置，以此為加固決策與各類維修加固資源的現(xiàn)場(chǎng)配置奠定良好基礎(chǔ)；其次，由于橋梁維修加固的方法很多，因此，為保證所選方法的合理性與可行性，要對(duì)不同方法的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行綜合對(duì)比，從包含技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、耐久和美觀等在內(nèi)的多個(gè)方面入手考慮，選擇適宜的加固方法。在必要的情況下，還可以通過(guò)仿真來(lái)確定最佳的加固方法；再次，對(duì)處在城區(qū)范圍內(nèi)的橋梁，需要在選擇具體加固方法的過(guò)程中充分考慮加固施工可能對(duì)正常交通通行造成的影響，盡量選擇影響程度較低的方法；最后，在條件允許的情況下，優(yōu)先考慮粘貼碳纖維布的方法進(jìn)行加固。