桥梁加固技术的刍议

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　　摘要：桥梁加固，就是通过一定的措施使构件乃至整个结构的承载能力及其使用性能得到提高，以满足新的要求。也就是要针对桥梁所发生的不能满足继续使用的状况进行处理。加固的原因有桥梁耐久性差和年久老化、设计失当或施工质量差等。本文介绍了公路桥梁加固的步骤与基本原则,并结合实例,分析了某桥的病害原因,提出加固措施和施工方案。
　　关键词：桥梁加固方案
　　1 桥梁加固的步骤与基本原则
　　一般来说,桥梁的加固包括现有桥梁的改造及病害桥梁的修复。桥梁的加固与桥梁的设计一样,除了应满足设计规范,符合技术可行、经济合理、结构安全的原则外,还必须经过一定的程序和步骤,其步骤与基本原则如下:
　　(1) 桥梁结构由于结构失效或损伤经评估不能满足结构安全或正常使用要求时,必须进行加固。加固设计的内容及范围,应根据评估结论和委托方提出的要求确定;
　　(2) 建立既有桥梁维修、加固、重建的经济分析模型,选择技术可行、经济合理、对现有交通干扰较小的方案实施,以保证改造后的桥梁能安全运营;
　　(3) 根据需要改造桥梁的评估结论及经济分析,当得知现有桥梁可以通过加固、维修达到使用要求的结论后,再提出桥梁加固的设计方案;
　　(4) 对于大桥、特大桥,其主要承重构件需要加固补强时,加固设计方案应≮2 个,进行方案比选和经济评估,选择最佳加固方案;
　　(5) 加固设计及施工尽量不损坏原结构,并保留具有利用价值的构件,避免不必要的拆除或更换;
　　(6) 加固设计应与施工方法紧密结合,并采取有效措施;
　　(7) 加固设计应按结构实际损坏情况进行计算;
　　(8) 在加固施工中,应尽可能减少对桥上和桥下的通行车辆及行人的干扰,采取必要的措施,减少对周围环境的污染;
　　(9) 在施工过程中,若发现原结构或相关工程隐蔽部位的构造有严重缺陷时,应立即停止施工,会同加固方案设计者进行研究,待采取有效措施处理后,方能继续施工;
　　(10)加固施工中,应采取安全监测措施,确保人员及结构安全。
　　总之,在具体的加固过程中,必需遵循加固原则,才能做到“牢固可靠、简便耐用、经济适用”。
　　2工程概况
　　某桥于2000 年建成通车,主桥上部结构为3 一l0 预应力混凝土空心板,下部结构为桩柱式薄壁桥台,该桥的桥墩及桥台桩原基础设计均是磨擦桩。在2007 年实行桥梁定期检查时,结果查出该桥的1 号和2 号桥墩的盖梁底部跨中部位左右两幅均出现贯穿裂缝,而且每个梁的I 号与3 号柱外侧均出现环状裂缝。该桥盖梁为超静定结构,此位置为负弯矩,不应在底部出现裂缝,测量发现1 号桥墩右幅盖梁底部共3 个点与桥台承台之差比竣工图分别差0.082 m、0.106 m、0.046 m。一月后,该桥盖梁侧面又出现长73 cm宽1.2 mm的纵向裂缝(盖梁高80 cm) ,两月后,盖梁侧面裂缝发展至1P4 跨径且缝宽有所加大,但盖梁底部标高未变化。
　　3 病害原因分析
　　该桥设计荷载为汽车- 超2O 级,挂车一120。实际桥梁上车辆荷载的超载现象非常普遍,有些车毛重已达100t ,却仍按常规方式通过。经专家会诊认为是该桥地基承载力不足,导致基础不均匀沉降,引起盖梁桥墩裂缝。
　　4 加固措施
　　4.1 提高基础承载力
　　该桥原基础设计为摩擦桩。本次采用高压喷射灌浆是在该桥桥墩桩底以下2 m 范围内采用旋喷方式,在桩身处采用摆喷方式加固地基,使该桥基础由原来的摩擦桩变为支撑一摩擦桩。
　　4.2 加固盖梁和桥墩
　　待桥墩压浆完毕,桥梁整体稳定后再进行封闭盖粱与桥墩裂缝,盖梁底部出现裂缝的部位作环氧砼,增加盖梁截面积,盖梁侧面粘贴钢板;桥墩外侧先纵向粘贴碳纤维片,再环向粘贴碳纤维片将裂缝部位封住。
　　5 施工方案
　　5.1 提高基础承载力
　　此次高压喷射灌浆无论是旋喷还是摆喷均采用四序孔施工。
　　5.1.1 施工参数的确定
　　为保证高压喷射灌浆达到设计要求,预先应做高压喷射灌浆实验,待形成固结体后现场开挖,确定施工参数。本工程经试验确定参数如下表:
　　
　　浆液 喷射压力/MPa 20-30
　　 喷嘴直径/mm2 2.5
　　 注浆密度/g/cm 1.4
　　提升速度/cm/min 12
　　摆速/次/min 12
　　摆角 45
　　
　　5.1.2 机具准备
　　高压喷射灌浆所需机具包括:高压灌浆台车、钻机、高压浆泵、搅灌机、灌浆泵、潜水泵、电焊机、搅灌桶、发电机。
　　5.1.3 水泥浆配制
　　水泥浆的质量是压浆质量控制的关键,要求固结体致密且强度满足要求,水泥浆水灰比为1 :l 。固结体28 天抗压强度应大于5MPa。
　　5.1.4 高压喷射灌浆工艺流程
　　按设计要求定孔位,将钻机移至钻孔位置对准孔位,调整机身反复测试无误后开钻。高喷孔采用岩芯钻机泥浆循环造孔。钻机钻至设计深度泥浆护壁提出钻杆,将高喷台车移至孔口将喷射管下到设计深度。按设计要求制备水泥浆,准确测量浆液密度,浆液制备过程中应保持均匀上料,使浆液比重保持在1.4～1.5。喷射管下至设计深度后开始输入符合要求的浆液,待孔内浆液冒出孔口后,即按设计要求的提升速度和旋转速度自下而上开始喷射作业,直至设计的终喷高程,停喷并提出喷射管。若孔口不返浆应停止提升喷管,通过停喷静喷或加大浆液浓度多次反复直至返浆。喷射结束后,应利用回浆或搅制的水泥浆进行回灌,直至孔内液面不下降为止,并及时冲洗喷射管以防堵塞。
　　5.2 加固盖梁和桥墩
　　5.2.1 封缝处理
　　先用钢丝刷清除裂缝表面的灰尘、浮碴及松散物,确定需要封闭的范围,用气压为0.2 MPa 的压缩空气清除缝内浮尘,用工业丙酮将裂缝刷洗干净。沿清理好的缝涂一层环氧树脂胶(留出埋设灌浆底座的位置) ,待胶干后用树脂胶埋设灌浆底座。灌浆材料选用AB 一灌浆材料,在干燥或潮湿环境下固化具有收缩性小、强度高、韧性好、可灌性好等特点,浆液配比均有说明。
　　施工顺序:先将配制好的浆液吸人软管,装好注浆器,逐孔灌浆,如单孔不足可取下灌浆器补充后再继续灌注,灌后及时堵死灌浆孔。灌浆完毕待树脂初凝后凿除灌浆底座,并用环氧树脂胶封缝。
　　5.2.2 盖梁加固
　　盖梁侧面粘贴的钢板应预先设计尺寸裁出备用,在盖梁侧面放出粘钢位置大样用切割机沿边线切割砼深1 cm ,然后用钢钎凿毛,剔出带槽。在剔好的槽内按设计锚固间距钻孔,空压机吹净孔内粉尘后用配好的环氧树脂在孔内植人螺栓。根据盖梁预埋螺栓情况确定钢带钻孔位置,用角磨机对钢板黏合面除锈并打出横纹。黏结前用丙酮对钢板黏结面及砼表面进行擦拭,以去除灰尘及油渍。砼表面用毛刷涂一道环氧胶液,钢板黏结面涂抹配好的环氧砂浆,砂浆涂抹宜中厚外薄,均匀一致,然后对准孔位粘合到砼表面。钢板粘好后立即紧固螺母,交替间隔紧固,同时不断轻敲钢板使砂浆扩散,排出气泡,使钢板平整,浆体饱满密实。粘完钢板30 h 后,用小锤轻敲钢板表面,判断密实程度。如钢板黏结面小于90 %应剥下重粘。钢板黏结合格后应及时刷防锈漆。钢板的环氧砂浆固化后,支立模板在盖梁底部浇筑环氧砂浆。环氧砼应浇筑密实,与原砼结为一体。
　　5.2.3 桥墩加固处理
　　 设计要求桥墩侧面裂缝封缝后先在侧面纵向粘贴两层碳纤维片,再环向粘贴两层碳纤维片。碳纤维片与其他加固方法相比具有高强、耐腐蚀、不增加构件自重、便于施工等特点。加固前对加固桥面进行交通控制,尽可能对加固构件卸荷。对加固底面的砼表层出现的剥落、空鼓、腐蚀等部位应先凿除,用角磨机、砂纸等除去砼表面的浮浆、油污,构件表面打磨平整,转角处打成圆弧状。砼表面清理干净并保持干燥。将底层树脂均匀刷于砼表面,待固化后(以指触干燥为准) ,再将构件表面凹陷部位用找平胶填平。浸润胶调好后均匀涂于待粘贴部位,将裁好的碳纤维片粘于构件上用滚筒反复滚压去除气泡,将浸润胶充分浸透碳纤维片,待碳纤维片表面指触干燥后可进行下一层的粘贴。在最后一层碳纤维片表面均匀涂抹浸润胶。碳纤维片端部用横向碳纤维片固定。碳纤维片与砼的粘结质量可用手压碳纤维片表面的方法检查,总有效黏结面积不应小于95 % ,当空鼓面积小于10000mm2 时,可用针管注胶的方法进行修补,当空鼓面积大于10000 mm2时应将空鼓部位的碳纤维片切除重新搭接等量的碳纤维片,搭接长度不应小于100 mm。加固后的碳纤维片表面应涂一层水泥漆进行保护。
　　 6 结语
　　 通过桥梁加固后，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，还可以缓和桥梁投资的集中性，预防和避免桥梁坍塌造成的人员和财产的损失。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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