發布時間：2022-06-06所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要: 橋梁病害對橋梁結構造成巨大破壞，影響橋梁外觀質量，降低橋梁承載能力，嚴重影響橋梁的使用功能。隨著我國交通運輸事業的迅速發展，交通量日益增大，因車輛超載偏載而造成的交通事故越來越多。綜合以上原因，對橋梁病害進行修復和加固是未來工程技術人員研究的
摘 要: 橋梁病害對橋梁結構造成巨大破壞，影響橋梁外觀質量，降低橋梁承載能力，嚴重影響橋梁的使用功能。隨著我國交通運輸事業的迅速發展，交通量日益增大，因車輛超載偏載而造成的交通事故越來越多。綜合以上原因，對橋梁病害進行修復和加固是未來工程技術人員研究的重點。本文針對不同橋梁類型，闡述了病害產生的原因及維修加固方法，希望可以為同類橋梁的修復與加固提供一些經驗和參考。
關鍵詞: 公路橋梁; 病害; 加固
0 前 言
截止 2019 年底，我國橋梁數量為 87. 83 萬座，數量位居世界第 一。其中混凝土橋梁占 90% ，配筋混凝土橋梁占 85% 。四五類橋梁數量 42 606 座，占比約 4. 85% 。而我國橋梁平均壽命僅 30 年左右，遠遠不能滿足 50 年、100 年的設計使用年限要求。其主要原因為工程材質病害導致的耐久性不足，設計缺陷，施工不當，車輛超載或偏載，橋梁承載能力不足等方面。如將危橋全部拆除重建，不僅耗費資金巨大，而且時間上也不允許。國內外經驗表明: 拱橋的加固費用約為重新建橋的 20% ～ 30% ，梁橋的加固費用約為新建橋梁的 30% ～ 40% ，維修和加固舊橋所產生的費用遠小于新建橋梁。因此，橋梁工程維修加固技術對未來的交通運輸發展具有重要作用。
1 混凝土橋梁表觀缺陷成因與加固技術
混凝土橋梁結構主要表觀缺陷為蜂窩、麻面、孔洞、混凝土剝落、露筋、磨損、裂縫、鋼筋銹蝕，其產生原因見表 1。這些缺陷的形成是結構性或非結構性的，主要與外部荷載、施工質量及混凝土材料相關�；炷帘碛^缺陷在一定時間內不會影響結構使用功能，但在荷載作用、環境作用及自然老化影響下這些缺陷會加快發展趨勢，引起結構性損壞，造成橋梁使用功能退化，因而需要引起重視，在短期內進行修復和加固[1 - 2]。
對蜂窩、麻面、露筋、剝落的混凝土表面可采用水泥砂漿修補，在修補前，需對混凝土表面進行鑿毛處理，對已生銹的鋼筋進行除銹處理，使混凝土表面保持濕潤、清潔。然后用 1 ∶2 ～ 1∶2. 5 水泥砂漿抹面壓實。當混凝土結構表面裂縫在限值范圍內時，也可采用此法。當裂縫寬度大于限值時，采用壓力灌漿法在結構內部裂縫中灌入環氧樹脂或其他化學漿液，用來封閉裂縫，可恢復并提高其強度和耐久性。對于蜂窩、孔洞較嚴重或露筋較深時可采用混凝土修補，對混凝土表面進行清理，用清水洗刷并保持濕潤后，采用比原混凝土強度高一等級的細石混凝土修補，修補方法可采用現澆、涂抹、壓漿等[3]
2 不同橋型病害成因與加固技術
2. 1 混凝土梁橋病害成因與加固
鋼筋混凝土及預應力混凝土梁橋在我國公路橋梁中使用較普遍，其上部結構主要病害為主梁裂縫，例如箱梁頂底板裂縫、腹板斜向裂縫。T 梁的腹板裂縫、翼緣板裂縫及底板裂縫。其產生原因包括混凝土徐變造成的預應力損失，導致預應力減小，超載車輛導致開裂，橫向配筋不足，腹板設計厚度不足，同時箍筋配置過少，沒有設置抗剪的彎起預應力鋼束，施工張拉控制不足造成預應力損失等[8]。
目前針對上述病害常用的加固方法有粘貼鋼板和碳纖維布加固技術，或者采用施加體外預應力加固。粘貼鋼板加固是采用環氧樹脂系列粘結劑將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結構的受拉區或薄弱部位，使之與結構物形成整體，通過鋼板與原結構物的共同作用，改善原結構物的應力狀態，限制裂縫進一步發展，提高橋梁的承載力，達到補強效果; 碳纖維布加固原理是將抗拉性能良好的 FRP 布用樹脂類粘結膠粘貼在混凝土結構表面，使其與原結構形成整體，在荷載作用下共同受力、共同工作可以有效提高被加固構件的承載力，包括抗彎、抗剪及抗震能力。粘貼碳復合纖維材料加固對原結構應力分布幾乎沒有改變，保證了原有結構的受力狀態。但粘貼碳纖維復合材料在橋梁加固中不宜使用過多，如果過多可能會引起混凝土突然脆性破壞，橋梁的受力結構改變。
體外預應力加固是運用預應力原理，通過布置預應力筋對原梁體主動施加外力，以改善原結構受力狀況的加固方法。對于鋼筋混凝土或預應力混凝土梁橋，采用此方法使其產生與原橋的不利彎矩方向相反的軸力和彎矩，可以抵消部分自重應力，起到卸載作用。相對于粘貼鋼板和碳纖維布加固方法，該方法自重增加很少，卻能改善和調整原結構受力狀態，提高梁體剛度和抗裂性能，可大大減小交通損失和維護費用。其缺點是體外預應力筋無保護措施，易在火災下失效; 轉向和錨固裝置因承受較大且復雜應力，易產生局部裂縫等損傷; 錨固失效意味著預應力喪失，所以錨具防護要求高; 體外預應力在極限狀態下可能因延性不足而產生沒有預兆的失效[4]。
2. 2 系桿拱橋病害成因與加固
系桿拱是一種近年來較為常見的無推力拱橋，其承重結構由拱肋、吊桿與系桿( 拉桿) 組成。系桿常用鋼絞線或高強鋼絲組成，或用配有較多預應力筋的預應力混凝土系桿或鋼梁承擔。其造型優美，造價相對不高，被廣泛應用于公路橋梁中。系桿拱橋典型病害包括吊桿、系桿、拱肋三個大方向。吊桿病害有吊桿鋼索銹蝕，斷裂或斷絲，吊桿扭曲，吊桿橫梁錨墊板下混凝土周圍開裂，吊桿防護破損。系桿由于自身防護不足，加之外荷載和外部腐蝕介質作用，絕大部分索體存在不同程度的病害，甚至出現系桿斷裂情況。當部分系桿需要被更換時，也因其采取的永久錨固方式而面臨更換困難的情況[5]。
拱肋病害有管內混凝土脫空，其原因是拱肋排氣設計不當，拱肋曲線線性難以保證混凝土密實，鋼管與混凝土兩種材料對溫度的線膨脹系數不同; 鋼管銹蝕，其原因是防腐涂層剝落、起皮、開裂，無法起到保護鋼管作用; 鋼管局部變形，其原因是由鋼管彎曲時引起的褶皺; 鋼管涂層損壞、焊縫質量差、開裂銹蝕，主拱外包混凝土開裂、拱軸線變形也是拱肋的常見病害。
系桿拱橋主要維修加固有更換吊桿，更換或新增系桿，拱肋處理。更換吊桿具體步驟為: 受力驗算→施工準備→安裝臨時兜吊系統→確定啟動索力→拆除舊吊桿→安裝新吊桿→測量橋面標高、索力。全橋索力更換完成后，統一進行索力測試，對部分索力有偏差的吊桿進行索力調整。錨具表面涂緩釋膏，預埋管填防腐油脂或填充緩釋膏，安裝防水罩。對外露的錨具、錨墊板進行防腐處理，并在相應位置涂抹黃油密封，在上、下錨管內安裝高阻尼橡膠減震器，以減輕索體震顫，并進行相應索體防護及防水處理。
面對永久錨固式系桿更換困難的情況，目前還沒有特別有效的解決手段。常用的新增系桿法不能徹底解決原系桿的耐久性問題。原為更換法中拔除舊系桿的手段只適用于系桿錨固長度較短的情況，工程人員應結合橋梁的實際情況，采取相應的更換手段。
拱肋處理包括鋼管混凝土脫空處理，宜選擇在夏季高溫的中午進行加固，此時脫粘的寬度最大，容易壓漿密實; 鋼管局部處理，因薄壁管引起的局部變形，如后續沒有進一步發展可不予處理，但在日常性養護中需加以觀測; 鋼管焊縫修復，若發現焊接處有異常情況，應分析裂縫發展原因并按照有關焊縫修補工藝的規定，及時補焊修復，修復完畢應進行無損檢測，確認焊縫缺陷不存在，否則應重新修補，焊縫修補次數一般不應超過 2 次。
2. 3 斜拉橋病害成因與加固
斜拉橋是由主梁、塔柱和斜索組成的超靜定體系，由于其跨越能力大、材料用量省、施工簡便以及造型優美，在世界范圍內取得飛速發展。
斜拉橋主要病害有拉索腐蝕，腐蝕是物質與介質作用而引起的破壞。由于腐蝕過程是自發的，拉索的破壞將會始終存在; 拉索回縮，斜拉索在張拉過程中分絲板會與錨杯內杯相接觸，分絲板除了承受拉力和冷鑄體的反力外，還將承受側向擠壓力和摩檫力，而分絲板厚度較薄，分絲板會因受力過大而變形，導致鋼絲回縮，影響斜拉索的疲勞壽命; 拉索振動，拉索多暴露于大氣中，在風或索錨固端運動作用下發生明顯振動。斜拉索振動頻率與主橋基頻接近時，還會引起共振。斜拉索的振動會增加拉索索力，加劇斜拉索和錨具的疲勞破壞，還會損壞斜拉索保護裝置。斜拉索索力退化，原因有拉索斷絲、溫度影響、錨固區病害、自然災害等因素[6]。
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拉索錨固裝置疲勞，斜拉索的巨大拉力集中作用在索的錨固結構處，通過有限的范圍傳遞到主梁上，若錨固結構與主梁的連接及構造處理不當而使之處在應力峰值點時，錨固裝置就會出現疲勞; 錨頭腐蝕，斜拉索錨頭的防護措施沒有斜拉索的防護措施那么有利，由于護筒發生滲漏，導致下護筒積水，加之橡膠密封圈效果不好，錨頭會產生銹蝕。
斜拉橋拉索加固內容為拉索更換，確立施工順序，換索最好按索號順序依次進行。換索一般以橋塔為中心，兩側對稱進行。換索過程中，要控制拉索的索力或主梁的線形，以保證主梁的內力和線形都接近設計值。同時要進行全過程的施工監控，包括換索前、換索中、換索后的索力測試; 橋面標高與索力測試可以同步進行，保證換索過程中不改變原有索力和高程; 對主梁和主塔進行應力觀測，以保證在換索過程中拉索、主塔、主梁的內力變化都在容許范圍內[7]。
3 獨柱墩橋梁抗傾覆加固技術
獨柱墩橋梁橋墩結構輕巧，橋下空間較大，與雙柱墩相比可以較小地影響原地面的交通。但獨柱墩尺寸較小，對于上部較寬的主梁，較小的橫向尺寸使得支座間距也相應減小，在車輛超載或偏載作用下，支座受力較大，主梁安全系數低，容易發生主梁傾覆事故[9 - 10]。
防止獨柱墩傾覆的加固通常做法是在獨柱墩兩側增加支撐柱，或者在承臺兩側通過植筋加大承臺并增加基礎，在其上方增設鋼管混凝土或薄壁墩; 在無法增加承臺面積情況下，可直接在原承臺上設置支撐柱，加固效果見圖 1。
如果對橋下凈空有一定要求，可以不采用上述方式，可選用能保證加固效果的同時又兼顧橋下凈空和美觀的要求，經過比較，在墩頂處設置混凝土支撐結構通過植筋與原墩柱連接牢固，形成蓋梁，在混凝土結構頂部設置雙向滑動拉壓支座，可以達成與原結構風格統一協調的加固方式[11]，加固效果見圖 2
4 結 語
橋梁維修加固作為新技術在針對我國目前多發的公路橋梁病害及交通事故中應用前景廣泛，但維修加固技術還有待探索和提高。在實際工程加固中，應反復驗證和試驗，在經濟、安全、可靠的基礎上，完善橋梁加固技術，提高國家經濟效益和人民利益，這為交通強國的實現有著積極作用。——論文作者：趙 帥
參 考 文 獻:
[1] 孟占領. 公路橋梁常見病害及施工處治方法[J]. 工程建設與設計，2017，65( 2) : 163 - 165.
[2] 魏洋，端茂軍，李國芬. 橋梁檢測評定與加固技術[M]. 北京: 人民交通出版社，2019.
[3] 樊績孝. 淺析橋梁結構加固技術方法[J]. 黑龍江科技信息， 2016，20( 35) : 231.
[4] 王若林，朱利明. 混凝土懸臂公路橋病害診治[M]. 武漢: 華中科技大學出版社，2014.
[5] 姚國文，吳海軍，李世亞. 橋梁檢測與加固技術[M]. 北京: 人民交通出版社，2014.
[6] 王華冰，劉甲榮. 山東高速橋梁維修加固技術手冊[M]. 北京: 人民交通出版社，2011.
[7] 杜朝偉. 在役橋梁結構檢測鑒定與加固技術[M]. 鄭州: 黃河水利出版社，2013.
[8] 黃 官 平，儲 曉 文. 常規公路橋梁典型病害分析與養護對策[M]. 杭州: 浙江大學出版社，2017.
[9] 翁沙羚，辛紅升，陳敏. 獨柱墩連續梁橋橫向失穩機理分析與探討[J]. 公路交通科技，2012，29( 6) : 64 - 67.
[10] 周列矛. 獨柱支墩連續箱梁橋的傾覆事故成因分析[J]. 公路交通科技，2011，28( 7) : 179 - 181.
[11] 黃國勇，蘭長青. 墩梁固結獨柱墩橋梁抗傾覆分析及加固設計方法[J]. 公路交通科技，2011，28( 12) : 87 - 89.
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