桥梁维修与加固
1桥梁维修与加固桥梁维修与加固1.1.引言引言1.11.1 概述概述桥梁维修与加固是桥梁养护管理的一项重要内容，是保证桥梁正常工作的有力手段。桥梁的维修与加固技术也是一个新的课题。目前，我国公路、铁路交通事业蒸蒸日上，不少高速公路已建成并投入运营中，另外还有不少正在建设的高速公路和其它等级的公路也将建成并投入运营。但由于设计、施工质量及养护等方面的原因，使得桥梁的维修和加固显得日益重要。此外由于历史和资金方面的原因，我国大部分二十世纪六七十年代甚或五十年代修建的桥梁仍在运营使用，因设计荷载标准偏低和桥梁宽度偏小等因素，这些桥梁已成为交通运输中的潜在隐患。这些都使得桥梁的维修和加固成为亟待解决的一个课题。1.21.2 桥梁加固的任务和形势桥梁加固的任务和形势桥梁建成后，经过一段时间可能就会产生维修、改造和加固的需求，这时就要针对桥梁不能继续正常使用的状况进行处理，这些状况可以分为三类：1.桥梁使用一定年限之后，出现结构陈旧老化、破损等影响到它原有设计承载能力而危及运行的，必须予以修补，使之恢复到原有设计的承载能力。2.桥梁基本完好，但当初设计标准低，经过一段时间的交通发展，荷载标准或桥上、桥下的净空不能满足新交通的需要，需对其加强才能适应新的交通要求。3.桥梁设计标准合理，结构基本完好，但桥梁遇到某种特殊需要，比如增加了原设计没有考虑在内的荷载或结构变化，因此需要临时加强。对上述三类情况下的桥梁进行加固后，可以延长桥梁的使用寿命，用少量的资金投入，使桥梁能满足交通量的需求，缓和桥梁投资的集中性。实践证明：采用适当的加固补强措施，对恢复和提高旧桥的承载能力和通过能力，延长使用寿命，满足现代交通运输的新要求是可以办到的，还可以节约大量的建桥资金，社会经济效益可观。此外，尽管加固桥梁不是新建项目，难以作为地方政绩，但加固桥梁却可以预防和避免桥梁的坍塌造成物资和人身伤亡，避免政治、经济上的灾难。因此，根据实际情况对桥梁因地制宜地采取加固措施，确保道路的畅通，于国于民都具有积极的意义。2尽管如此，目前我国桥梁加固工作的开展仍然遇到一些困难，妨碍了桥梁加固的顺利发展，这些困难中的客观因素主要表现在：1.已通车的桥梁，有现实的交通需要，因为要求在不中断交通的情况下进行加固，所以加固时可能会有交通干扰。2.结构形式的限制：加固的原则一般须利用原有结构进行，只能在原有结构上做文章，所以受到局限。3.新老结构的结合是一个难题：这里包含新老结构体系的变化和过渡，还包括新老桥体的结合面。4.风险大：凡是要加固的桥梁，多半是危桥，结构已处在不利状态，有的岌岌可危。对旧桥有的缺乏原有的设计资料和施工记录，结构内部情况不详；现有的受力情况不一样，很难确定其结构极限，这给旧桥的加固带来了风险。除了上述客观条件的限制以外，现有认识水平的差距也妨碍了桥梁加固的顺利发展：1.通常业主单位更愿意废弃旧桥另修新桥，除非必要时才利用旧桥采取加固措施。2.由于旧桥加固方案的设计工作量大，收费低，所以一般大的设计单位不愿意承担这样的设计任务。3.加固设计需要良好的桥梁理论水平和力学基础知识。确定加固方案时要能正确分析和判断旧桥的安危程度，即其结构状态和内力大小程度。这就需要一定的力学试验作为结构分析的支撑。4.加固方案实施中存在复杂性。加固方案和处理方法要有一定施工经验的专业队伍。尽管存在这些困难，必须认识到：社会的发展必然会对交通运输提出更高的要求，交通流量迅速增加，车辆载重不断增大，现有公路桥梁的负担将日益加重，虽然桥梁具有一定的潜在能力，但总有一些桥梁或因设计施工中的“先天不足” ；或因公路线路改造提高荷载等级；或因超负荷工作；或因年久失修；或因意外事故等，难以适应这些需要。对于这种弃之可惜，用则不放心的桥梁，迫切需要加固改造，为适应新的形势，必须对此有充分的认识并予以高度重视。1.31.3 桥梁加固方法桥梁加固方法与维修养护是为桥梁保持正常运营状态做保护性和预防性工作不同，加固是从承载受力的角度来处理的。一般来说加固方案可以考虑减少内力或增大截面，也可以应用加固新材料。目前的混凝土桥梁加固方法主要有：一是结构性加固，如采用3体外预应力、在结构的受拉区粘贴钢板或增设钢结构支撑；二是非结构性加固，如对裂缝进行封闭或压浆处理等。在本章后面几节将对这些方法作详细介绍。加固方案的实施需要有一定经验的熟练工人和施工队伍来完成，对于工艺上也应有比较高的要求。加固后还需要对桥梁进行检测和观察，以确定加固的效果。目前对于结构的加固还只有一些规程可以参考，随着技术的进步和不断总结经验，相信不久将形成桥梁加固的专门规范，进一步推动其快速发展。2.2.常用桥梁加固修补材料常用桥梁加固修补材料桥梁的加固离不开修补材料，桥梁结构的修补材料种类繁多，性能各异，施工工艺及技术要求也不同。最常采用的是无机类的早强水泥、超早强水泥、速凝水泥及其砂浆或混凝土以及有机类的各种合成树脂及其砂浆或混凝土。另外还有由这两类材料配制而成的聚合物水泥砂浆、聚合物水泥混凝土，以及其他修补材料、灌浆材料、表层涂料等。2.12.1 常用的水泥基修补材料常用的水泥基修补材料水泥基修补材料是过去最常采用的修补材料。它适用于修补宽度较大的裂缝及损伤面积较大的混凝土结构。由于要求修补后结构或构件应有较高的强度与原结构要有可靠的粘结以及较好的耐久性能，所以，用于修补的水泥基材料必须具有快硬早强性能及较小的干缩性，最好应稍具膨胀性。修补用高强混凝土及砂浆修补用高强混凝土及砂浆：在配制修补用的高强混凝土或砂浆时，应针对其破坏原因，采用适合于破损结构的水泥品种，且应选择较高标号的水泥，细骨料、粗骨料也应符合质量要求，并可选用必要的外加剂。如高效减水剂、引气剂、早强剂、早强减水剂、速凝剂、防冻剂等。其配合比也应根据修补要求经试验确定。硅粉混凝土及砂浆：硅粉混凝土及砂浆：硅粉混凝土或砂浆具有良好的和易性、显著的增强效果和良好的耐久性等特性。但早期干缩率较大，所以必须有良好的养护，特别是在薄层修补时，尤其要注意切实做好养护工作，避免表层干裂。铸石骨料混凝土及砂浆：铸石骨料混凝土及砂浆：将铸石破碎成碎石及人工砂，作为混凝土的粗、细骨料，配制成的铸石混凝土或砂浆，具有强度较高、硬度很大、吸水率低、耐磨性好等特点。已在一些大型工程中作为抗冲磨修补材料采用，效果良好，缺点是造价较高。钢纤维混凝土：钢纤维混凝土：钢纤维混凝土是在混凝土中均匀散布直径为 0.30.6mm、长度为 2060mm 短钢纤维的一种新型混凝土。横跨裂缝的钢纤维可极大地限制混凝土裂4缝的进一步扩展。因此，钢纤维混凝土有效地克服了普通混凝土抗拉强度低、易开裂、抗疲劳性能差等固有缺陷。玻璃纤维水泥玻璃纤维水泥(GRC)(GRC)：玻璃纤维水泥是利用玻璃纤维增强的水泥基复合材料，称为 GRC，通过在水泥砂浆中掺入高抗拉强度的玻璃纤维可改善其脆性，提高其抗拉、抗弯和抗裂性能。喷射混凝土：喷射混凝土：喷射混凝土是借助喷射机将按一定比例的混凝土混合物通过管道输送并以高速喷射到受喷面上凝结硬化的混凝土。喷射混凝土与其他材料或建筑结构具有良好的粘结性，并能嵌入结构表面洞穴、裂缝，保证与被加固结构共同工作，具有较高的强度和较好的耐久性。真空处理混凝土真空处理混凝土：真空处理混凝土是将浇灌后的混凝土，立即利用真空泵等组成的真空吸水装置，在混凝土表面造成真空；从表面附近的混凝土中将气泡和水分吸走，同时利用大气将混凝土加压的一种工艺处理而获得的混凝土。采用真空作业处理的混凝土，可在不增加水泥用量的前提下，降低水灰比、增加密实度、较大幅度地提高混凝土的强度和耐久性。但因其施工比较麻烦、效率较低，尚有待改进。此外，还有环氧砂浆及环氧混凝土、不饱和聚酯树脂砂浆及混凝土、呋喃砂浆、玻璃钢(玻璃纤维增强塑料)、聚合物水泥基修补材料、丙乳砂浆(丙烯酸酯共聚乳液水泥砂浆)、BAC 砂浆等材料都可以在桥梁加固中应用，限于篇幅，这里不再赘述。2.22.2 钢材及其他修补加固材料钢材及其他修补加固材料2.2.12.2.1 加固用的钢材加固用的钢材在补强加固工程中，无论是采用外包钢法、预应力加固法，还是粘贴钢板法等，主要都是通过补加的钢筋、钢板或型钢等来受力的。通常，建议在选用加固用钢材时：（1）钢筋宜选用级、级钢筋，必要时可选用级、级或其他高强度钢材。（2）型钢、钢板、扁钢及钢管等宜选用 3 号钢或 16 锰钢。（3）所选用的各种钢材的材料质量应分别符合现行国家标准的规定；其强度设计值也应按现行国家设计规范的规定取用。选用材料的规格尺寸等，应充分考虑补强加固施工的可能性及今后运用的耐久性要求等。（4）在加固所用连接材料中，当采用钢制膨胀锚固螺栓等连接时，其质量必须符合有关技术标准的规定；当采用焊缝连接时，其焊条型号应与被焊钢材的强度相适应，质量应满足有关焊条的国家标准；当采用螺栓连接时，螺栓可采用 3 号钢制5作，且其质量也必须符合国家有关规定。2.2.22.2.2 碳纤维布等其他修补材料碳纤维布等其他修补材料由于桥梁结构种类很多，用途不一，修补要求也各不相同。在修补工程中除常采用上述各种修补材料外，还有采用如橡皮、塑料等其他修补材料。另外，近几年从国外传入中国的碳纤维布、芳纶纤维布对桥梁结构具有良好的补强性能。加固混凝土结构用的纤维材料，目前主要有三种：玻璃纤维(GFRP)、碳纤维(CFRP)和芳纶纤维(AFRP)。纤维复合材料的力学特点是：应力应变量完全线弹性，不存在屈服点或塑性区。由于碳纤维材料具有高强、轻质、耐腐蚀、耐疲劳等优异物理力学性能，以及现场施工便捷，所以是旧桥加固补强的理想材料。在使用中必须注意既要满足修复工程的应用要求，又要充分适应所选用的修补材料的特性，不同情况，区别对待。2.32.3 灌浆修补材料灌浆修补材料常用的灌浆修补材料可分为水泥灌浆和化学灌浆材料两大类。水泥灌浆具有结石体强度高，材料来源广，价格低廉、运输、贮存方便，以及灌浆工艺较简单等优点。化学灌浆修补材料可分为：水玻璃类材料、甲基丙烯酸酯类材料(甲凝)、聚氨酯类材料、丙烯酰胺类材料(丙凝)、铬木素和环氧树脂类材料等，具有流动性好,强度高,抗震抗冲击性好等优点。3.3.梁式桥上部结构加固改造技术梁式桥上部结构加固改造技术近 30 年来，我国交通运输的快速发展，对桥梁承载力提出了更高的要求，许多桥梁迫切需要改造或加固。需要加固的梁式桥，大多是由于主梁截面承载能力不足(截面尺寸偏小或配筋偏少)，不能适应交通运输发展的要求。因此，最直接的加固方法就是通过增大主梁截面的惯性矩来提高截面的承载能力。如果这种加固方法在技术或经济上不够合理，则可改变结构体系或者增强主梁间的横向联系，以减小主梁中的内力，也可施加体外预应力或采用其它有效的加固方法，以提高桥梁的承载能力。现以梁式桥为例，介绍几种桥梁上部结构加固改造技术。3.13.1 增大梁截面加固方法与技术增大梁截面加固方法与技术目前，国内有相当一部分桥梁，荷载等级仅适应修建时的要求，面对今天交通6事业的发展，已表现出荷载等级偏低、承载力不足的缺陷，病害逐渐产生和发展，成为危桥。其主要原因是：原桥配筋偏少和（或）截面尺寸偏小，不能满足当今交通需要。对于这部分桥梁，可以采用增大构件截面的方法进行加固。增大构件截面的途径有：增加受力钢筋主筋截面、加大主梁混凝土截面、加厚原桥面板和喷锚四种方法。3.1.13.1.1 增焊主筋加固法增焊主筋加固法当结构因主筋应力超过容许范围，而桥下净空受到限制时，不能加大截面高度，只能采用增焊主筋进行加固，其加固要点如下：1.增焊主筋首先凿开混凝土保护层，露出主筋，将原箍筋切断拉直，再把新增钢筋焊在原主筋上，增焊钢筋断头宜设在弯矩较小的截面。采用断续双面焊缝，从跨中向两端依次施焊。2.增设箍筋如果原桥梁的箍筋不足，梁腹出现剪切裂缝，则加固过程中，在增焊主筋的同时，应在梁的侧面增加箍筋。具体作法是：在梁腹上埋入梢钉，把补充的箍筋固定起来，并把箍筋上端埋入桥面板中。3.卸除部分恒载加固时，为了减少原结构的截面应力，使新增加的钢筋充分发挥作用，有条件时应采取多
