服役橋梁的加固技術的探討

摘要：本文首先闡述了服役橋維修加固的特點，然后總結了服役橋維修加固的內容及原則，最后對服役橋維修加固的方法進行了比較分析，對服役橋維修加固的選擇具有一定的指導意義。
關鍵詞：服役；橋梁；加固
前言橋梁在營運使用過程中，或者由于某種原因而產生較大損壞，承載能力降低；或者，隨著交通運輸的日益繁忙，橋梁承載能力和通過能力不能滿足要求。解決服役橋承載能力和通過能力不足的問題，通常有二種方案可供選擇：一是拆除服役橋后重建新橋的重建法和換下全部服役橋主梁，架設荷載等級高的新梁的換梁法，另一種即采用各種加固措施，或除采取加固措施外，同時對服役橋加以拓寬的加固法。前者施工費時、費力，且造價較高，后者所需費用節約很多，一般僅為建造新橋的1/10至3/10[1]。顯然，橋梁的加固與維修具有非常明顯的現實價值。
1．服役橋維修加固的特點
與新建橋梁工程相比，服役橋的維修加固施工有不少特點。首先，維修加固的標準與設計時所采用的標準往往會有不同。由于服役有建筑物的存在，以及未來使用年限要求的不同，橋梁加固或改建的標準不可能與設計時所采用的標準完全相同。比如，服役橋的荷載等級假設是汽車-13級，而經加固后，其荷載等級可能會提高[1]。故應在保證行車安全的前提下，根據使用要求和耐久性要求的具體情況，正確地掌握和提出加固或改建的有關標準要求。其次，維修加固工作的難度要比新建時大。維修加固橋梁建筑物的工作必須在不妨礙交通的條件下進行，因此，往往會增加不少困難。即使會使施工產生困難，也必須盡量照顧交通。為此，在橋梁維修加固工作中，應從設計上和施工組織上采取有效措施，盡量減少對交通的影響。再者，橋梁的維修加固工作應充分利用原有結構。橋梁的維修加固，應在對原有結構作周密、細致檢查評定的基礎上，合理利用原有結構，能不更換原有結構的就不更換，能充分利用服役橋的，要充分利用。
2．橋梁加固的工作內容及步驟
2.1橋梁加固的工作內容
橋梁加固與改建工作的主要內容：對發生重大病害和不能滿足運輸要求的橋涵設備徹底進行整治加固、改善和更新。目的是恢復原有橋梁建筑物的整體使用效能和延長使用年限；提高原有橋梁建筑物的荷載等級和通過能力。橋梁加固與改建工作的主要內容有：
對服役橋上部構件進行加固；對服役橋下部構件進行加固；拓寬橋梁的行車道或人行道；升高橋梁上部構造的高度；更換橋梁行車道路面或引橋路面的結構；部分或全部更換橋梁損壞或破服役了的結構物。
橋梁的加固與改建工作，應充分利用原有的部分，凡能加固的，則不宜改建。如能部分改建的，則不應全部改建。
2.2橋梁加固的工作步驟
對服役橋進行維修加固，一般可采用如下的步驟：
（1）檢查橋梁現狀及損壞情況；
（2）調查橋梁歷史技術資料及現有交通狀況；
（3）提出維修加固或改建方案并進行分析比較；
（4）確定方案并付諸實施，即進行維修加固或改建施工。
3．橋梁加固的原則及方法
3.1橋梁加固的原則
（1）橋梁加固是一種借加大或修復橋梁構件來提高局部或整座橋梁承載能力或通過能力的措施。因此，橋梁加固工作一般以不更改原建筑形式為原則，只有在復雜的情況下，才更改其結構。
如僅加固仍不足以適應交通運輸的需要，必須進行重建橋梁的一部或全部時，則重建橋梁需考慮到將來的發展，并按現行橋梁設計及施工規范進行設計與施工。
（2）橋梁加固可以有各種不同的方式，視服役橋的情況，承載能力的減弱程度以及今后的任務而變。橋梁的加固一般有如下幾種[2]：
1）擴大或增加原結構構件截面，以提高原結構的強度和剛度。
2）以新的結構代替服役的應力不夠的結構。
3）改變原結構的受力體系，使原結構減少受力。
4）對原結構施加外應力（如預應力），以改變原結構的受力圖形，達到提高橋梁剛度和強度的目的。
（3）采用擴大或增加橋梁構件截面的方法進行加固時，應特別注意新加部分與原有部分的結合，使其成為一個整體起到加固作用。
（4）不管采用何種加固方案，都應考慮投資少、功效快、不中斷交通、技術上可行、有較好的耐久性等方面的要求

3.2橋梁加固的主要方法
3.2.1擴大或增加構件截面法
（1）橋面補強層加固法
通過一定的工藝和結構措施，在梁頂面（橋面）上加鋪一層鋼筋混凝土面層，使其與原有主梁形成整體，達到加厚主梁高度和增大梁的抗壓截面的目的，以提高橋梁的承載能力。其特點是：
1）施工簡便，亦較經濟，但加鋪梁面層后，靜載增加，承載能力提高不顯著；
2）施工需鑿除原有橋面鋪裝，同時考慮到新服役混凝土相結合，新澆混凝土的干燥收縮影響等，尚需設置連續鋼筋和鋼筋網等；
3）此法利于在抗壓截面較小的場合使用；
4）澆筑后混凝土須經養護，故必須對交通加以限制。
（2）增大梁截面和配筋加固法
在梁底或側面，加大鋼筋混凝土截面（增配主筋），使梁抗彎截面加大，提高梁的承載能力，其特點是：
1）為加強新服役混凝土的結合，需對服役梁面鑿毛工作，操作麻煩、鑿除工作量大，常需在橋下搭設腳手架；
2）對T形梁有采用底面及側面同時加大，以及底部馬蹄形加大兩種加固形式；
3）加固效果顯著，適用于梁橋及拱橋對拱圈的加固。
（3）鋼板粘貼或增設其他鋼梁，以作成組合梁的加固法
用環氧樹脂類粘結劑，將鋼板（或槽鋼）粘貼錨固在混凝土結構的受拉緣或薄弱部位，使其與結構形成整體，以鋼板代替鋼筋作用，提高梁的承載能力，其特點是：
1）不需要破壞被加固的原有結構物；
2）加固工程幾乎不增大原結構的尺寸；
3）盡管工程質量要求很高，但施工時并不要求高級的專門技術人員操作；
4）能在短期內完成加固工程；
5）幾乎可以不改變具有歷史價值建筑物的原有藝術特點。
（4）粘貼炭纖維布加固法
碳纖維是一種高新材料，它有著優異的力學性能，是在幾千度的高溫下經特殊工藝制造出的一種高科技產品。用環氧樹脂類粘結劑，將炭纖維粘貼錨固在混凝土結構的受拉緣或薄弱部位，使其與結構形成整體，以炭纖維布代替鋼筋作用，提高梁的承載能力，其特點是[1]：
1）優異的力學性能。可有效應用于多種形式的結構補強，包括抗彎、抗剪、抗壓、抗疲勞、抗震、抗風、控制裂縫和撓度的擴展等等；
2）優異的化學穩定性。碳纖維片具有極強的抗酸、堿、鹽、紫外線和防水能力，具有足夠的適應氣溫變化的能力，外加防火涂料后可以有效地防火。因此，可以大大增強結構對惡劣外部環境的適應能力，延長構件壽命；
3）材料本身質輕高強。可以不增加結構體積和不改變結構外形，增加的結構重量可以忽略，便于用所需的色彩涂裝，而不留補強痕跡，這是其他方法不可比擬的；
4）施工工序簡單。可用小型電動工具操作，工種少，用工少，工期短，進度快，更有資料表明能在持續交通有震動的情況下施工，而不影響補強效果，從而大大縮短施工斷交的時間，具有較大的經濟效益和社會效益。
3.2.2改變結構體系法
（1）增設縱梁法
在墩臺地基安全性能好、并有足夠承載能力的情況下，可增設承載力高和剛度大的新縱梁。當基礎承載力不足時，必須對基礎采取加固措施。新增主梁與服役梁連接，共同受力，從而達到提高橋梁承載力的目的。當新增主梁位于兩側時，則兼有加寬的作用[3]。
（2）增設立柱或橋墩，使簡支變連續，或改橋為涵的改變結構體系法
通過改變橋梁結構體系，如在簡支梁下增設支點（墩臺），縮短橋跨，或把相鄰兩跨簡支梁加以連接，從而使簡支梁變成連續梁。對于小橋，還可采用改橋為涵的形式，來提高橋梁的承載能力。前者，一般為臨時通過重車的應急措施，后者則必須視通航及排洪灌溉而定。
隨著我國公路交通運輸事業的蓬勃發展，新建橋梁不斷涌現，而原有橋梁也在不斷地老化。服役橋的加固是一項具有現實意義而又復雜的工作，它所需要考慮的因素及涉及到的問題很多，從某種意義上，無論是技術改造方案的擬定與設計計算，還是技術改造的具體實施，都是值得人們不斷地去研究的方向。
參考文獻：
[1]楊文淵，橋梁維修與加固[M]，人民交通出版社，1997年
[2]李有豐，橋梁檢測評估與補強[M]，機械工業出版社，2003年
[3]李亞東，既有橋梁評估方法[J]，鐵道學報，1997年
[4]張書廷，服役橋評定和現有橋梁承載力的探討[J]，國外公路，1984年