結(jié)構(gòu)工程師輔導(dǎo)：淺析混凝土橋梁損壞成因及加固技術(shù)

　　隨著高速公路實(shí)行計(jì)重收費(fèi)以來，大部分超載車輛進(jìn)入了國省道干線公路，加速了干線公路橋梁的的損害，部分橋梁病害急劇擴(kuò)大，幾周之內(nèi)成為危橋。我市管養(yǎng)的橋梁，包括東青路廣利河橋、支脈溝橋等七座橋梁短時間內(nèi)成為危橋，急需加固。橋梁加固維修已成為公路養(yǎng)護(hù)工作的重中之重。

一 、混凝土橋梁病害成因
　　在對橋梁加固與補(bǔ)強(qiáng)之前，應(yīng)確定橋梁病害及損傷成因，以制定切實(shí)有效的加固方案。
　　除有偶然荷載急劇作用于橋梁造成梁板斷裂等重大損壞外，常見的橋梁病害有裂縫、撞損、剝落、蜂窩、沖刷、鋼筋銹蝕等。其中裂縫是混凝土橋梁最常見的病害表現(xiàn)之一，是影響橋梁承載力和耐久性的重要因素?；炷亮芽p引起鋼筋保護(hù)層破壞，致使空氣侵人導(dǎo)致鋼筋銹蝕，鋼筋銹蝕是鋼筋混凝土構(gòu)件破壞的重要原因。造成以上病害的主要原因如下:
　　二 、混凝土橋梁安全評估及加固原則
　　1.評估。為保障對現(xiàn)役橋梁的安全運(yùn)營，管養(yǎng)單位必須建立有效的橋梁檢測和預(yù)警系統(tǒng)。定期對橋梁的劣化與受損情況進(jìn)行全面檢測，依據(jù)受損情況現(xiàn)狀進(jìn)行安全性評估，確定實(shí)際荷載能力，判斷是否對橋梁的承載力和耐久性構(gòu)成威脅。橋梁的承載力評估，我國目前主要采用檢測與計(jì)算相結(jié)合的方法對橋梁安全的承載力進(jìn)行評定。管養(yǎng)單位在日常管養(yǎng)過程中對管養(yǎng)橋梁主要按照《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTGHll一204)，對照橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)對管養(yǎng)橋梁按照五類橋梁的劃分進(jìn)行區(qū)分并分別采取養(yǎng)護(hù)措施。需要時委托具有橋梁檢測資質(zhì)的單位進(jìn)行檢測并采取措施進(jìn)行加固維修。 
　　2.橋梁補(bǔ)強(qiáng)加固原則。采用加固方案之前，須先考慮耗費(fèi)少、功效快、不中斷交通、技術(shù)上可行、有較好耐久性等方面的要求。補(bǔ)強(qiáng)加固是通過加大或修復(fù)橋梁構(gòu)件來提高局部或整座橋梁承載能力的措施。因此橋梁加固工作一般以不更改原結(jié)構(gòu)形式為原則，只有在較復(fù)雜的情況下，才可考慮更改結(jié)構(gòu)形式。如果采用補(bǔ)強(qiáng)加固的方式仍不能達(dá)到交通運(yùn)輸要求，則必須考慮進(jìn)行重建橋梁的部分或全部。選擇橋梁加固方式時，必須考慮舊橋現(xiàn)狀、承載能力減弱的程度以及日后交通量，最好參考已經(jīng)成功完成補(bǔ)強(qiáng)加固的橋梁的施工。采用擴(kuò)大或增加橋梁構(gòu)件斷面的方法進(jìn)行加固前，應(yīng)考慮增加部分與原有部件的結(jié)合效果。 
　　3.超載超限對橋梁的危害。車輛的超載超限對橋梁的損傷很大，06年4月1日山東高速公路實(shí)行計(jì)重收費(fèi)以來，我市干線公路橋梁嚴(yán)重?fù)p壞，橋面板嚴(yán)重坑洼不平，梁板出現(xiàn)較多的裂縫、斷裂、受力鋼筋外漏、銹蝕。車輛的超載超限已成為嚴(yán)重的公路橋梁的殺手。超限產(chǎn)生過大的彎矩和剪力使梁板產(chǎn)生過大彎曲變形和剪力破壞，產(chǎn)生彎曲裂縫，支座附近產(chǎn)生剪切裂縫。過大的荷載使裝配式板橋的鉸縫混凝土開裂，導(dǎo)致橋面橫向分布削弱，橋板承受荷載增加;嚴(yán)重時鉸縫混凝土破壞，形成單塊板受力，使橋板斷裂，產(chǎn)生險情，嚴(yán)重威脅橋梁和行車安全，如不及時采取措施，將形成事故。
　　4.地震對混凝土橋梁的破壞。地震因其發(fā)生的突然性和巨大破壞力而被列為各種自然災(zāi)害之首。我國位于環(huán)太平洋地震帶和歐亞大陸地震帶之間，地震頻繁發(fā)生。地震對道路交通的破壞是巨大的。道路交通是國民經(jīng)濟(jì)大動脈也是抗震救災(zāi)生命線工程之一。橋梁工程是道路交通的咽喉要道，在保障交通通暢中起著至關(guān)重要的作用。從歷次破壞地震中，調(diào)查得到的橋梁震害產(chǎn)生的主要原因有以下幾類:(1)支承連接件失效;(2)下部結(jié)構(gòu)失效;(3)軟弱地基失效等。

二 、混凝土橋梁安全評估及加固原則
　　1.評 估 。 為保障對現(xiàn)役橋梁的安全運(yùn)營，管養(yǎng)單位必須建立有效的橋梁檢測和預(yù)警系統(tǒng)。定期對橋梁的劣化與受損情況進(jìn)行全面檢測，依據(jù)受損情況現(xiàn)狀進(jìn)行安全性評估，確定實(shí)際荷載能力，判斷是否對橋梁的承載力和耐久性構(gòu)成威脅。橋梁的承載力評估，我國目前主要采用檢測與計(jì)算相結(jié)合的方法對橋梁安全的承載力進(jìn)行評定。管養(yǎng)單位在日常管養(yǎng)過程中對管養(yǎng)橋梁主要按照《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTGHll一204)，對照橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)對管養(yǎng)橋梁按照五類橋梁的劃分進(jìn)行區(qū)分并分別采取養(yǎng)護(hù)措施。需要時委托具有橋梁檢測資質(zhì)的單位進(jìn)行檢測并采取措施進(jìn)行加固維修。 
　　2.橋 梁 補(bǔ) 強(qiáng)加固原則。采用加固方案之前，須先考慮耗費(fèi)少、功效快、不中斷交通、技術(shù)上可行、有較好耐久性等方面的要求。補(bǔ)強(qiáng)加固是通過加大或修復(fù)橋梁構(gòu)件來提高局部或整座橋梁承載能力的措施。因此橋梁加固工作一般以不更改原結(jié)構(gòu)形式為原則，只有在較復(fù)雜的情況下，才可考慮更改結(jié)構(gòu)形式。如果采用補(bǔ)強(qiáng)加固的方式仍不能達(dá)到交通運(yùn)輸要求，則必須考慮進(jìn)行重建橋梁的部分或全部。選擇橋梁加固方式時，必須考慮舊橋現(xiàn)狀、承載能力減弱的程度以及日后交通量，最好參考已經(jīng)成功完成補(bǔ)強(qiáng)加固的橋梁的施工。采用擴(kuò)大或增加橋梁構(gòu)件斷面的方法進(jìn)行加固前，應(yīng)考慮增加部分與原有部件的結(jié)合效果。

三 、混凝土橋梁加固方法
　　1. 加大截面加固法增大截面加固法是在原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上再澆筑一定厚度的鋼筋混凝上，這是對鋼筋混凝土橋加固的一種常用的改造技術(shù)。增大混凝土截面一般采用兩種方式，一種是加厚橋面板;另一種是加大主梁梁肋的高度和寬度。該法施工工藝簡單、適應(yīng)性強(qiáng)，并具有成熟的設(shè)汁和施工經(jīng)驗(yàn)，適用于較小跨徑的T梁橋或板橋的加固。采用此法加固后橋梁剛度明顯提高，承載能力也能取得較好的效果。該法也有明顯的缺點(diǎn)，比如混凝土構(gòu)件的體積增大、自重增加、施工周期加長、施工空間大、現(xiàn)場施工的濕作業(yè)時間長等。
　　2. 表面粘貼加固法粘貼加固方法即采用化學(xué)粘結(jié)劑將補(bǔ)強(qiáng)材料直接粘貼在混凝土構(gòu)件表面，使之與構(gòu)件形成受力整體，以提高結(jié)構(gòu)承載力的一種方法。具有施工簡便快速，不增加結(jié)構(gòu)自重以及適應(yīng)范圍大對環(huán)境干擾少等優(yōu)點(diǎn)。以樹脂粘接鋼板與混凝土的結(jié)構(gòu)加固法，被用于建筑、工廠、橋梁等土木工程中。該法施工快速、現(xiàn)場無濕作業(yè)或僅有抹灰等少量濕作業(yè)，對生產(chǎn)和生活影響小，且加固后對原結(jié)構(gòu)外觀和原有凈空無顯著影響，但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平。隨著粘貼加固技術(shù)的不斷研究和發(fā)展，一種粘貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)的出現(xiàn)避免了以上問題，我國主要是研究應(yīng)用粘貼(CFRp)片材(碳布)加固技術(shù)。與傳統(tǒng)的粘鋼加固技術(shù)相比，粘貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的優(yōu)勢為高強(qiáng)高效，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，適用范圍廣，基本不改變原結(jié)構(gòu)外觀運(yùn)輸、儲存、施工更方便，化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定耐候性、耐腐蝕性較好。不足為:防火性能差、材料各向異性、抗剪強(qiáng)度低、施工要求嚴(yán)等。
　　3. 粘貼碳纖維增強(qiáng)塑料加固法粘貼碳纖維加固技術(shù)采用專門的樹脂將碳纖維粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)受拉表面時，碳纖維與原結(jié)構(gòu)形成新的受力整體，碳纖維與鋼筋共同承受荷載，降低了鋼筋應(yīng)力，從而使結(jié)構(gòu)達(dá)到了加固和補(bǔ)強(qiáng)效果。粘貼碳纖維加固技術(shù)的主要特點(diǎn)是:幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重和截面尺寸，不改變凈空高度，施工方便，對原結(jié)構(gòu)幾乎不會造成新的損傷，具有良好的耐腐蝕性、耐久性和抗疲勞性能，根據(jù)受力分析可進(jìn)行多層粘貼進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，其方向性也可以靈活掌握。此外碳纖維質(zhì)地柔軟，加固后可用混凝土砂漿涂敷，或根據(jù)要求涂裝各種顏料，修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)不留痕跡?？稍诓桓淖兘Y(jié)構(gòu)外型的前提下補(bǔ)強(qiáng)各種混凝土結(jié)構(gòu)物，包括抗彎、抗剪、抗壓、抗疲勞、抗震、抗風(fēng)、控制裂縫和撓度的擴(kuò)展，增加結(jié)構(gòu)的延性。
　　4.體外預(yù)應(yīng)力加固法體外預(yù)應(yīng)力加固法是指對布置于承載結(jié)構(gòu)主體之外的鋼束張拉而產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力的后張法。體外預(yù)應(yīng)力體系由體外預(yù)應(yīng)力孔管、漿體、錨固體系和轉(zhuǎn)向塊等部件組成。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)能大大縮短施工工期。但加固后對原結(jié)構(gòu)外觀有一定影響，且不宜用于混凝土收縮徐變大的結(jié)構(gòu)。 
　　5. 噴凝土加固法噴凝土加固法是在原有結(jié)構(gòu)上噴涂一層高品質(zhì)的混凝土，以恢復(fù)對鋼筋的保護(hù)，提高已剝離或變質(zhì)的混凝土強(qiáng)度，提供美觀表面的功能。還有置換混凝土加固法、粘結(jié)外包型鋼加固法、錨栓錨固法、增加支承加固法等。

四、 結(jié)束語
　　建國以來所修建的不少舊橋，由于受到當(dāng)時的設(shè)計(jì)、材料、施工等方面的影響和局限，先天不足，加上不能適應(yīng)目前交通量的迅猛增長，使得舊橋的檢測和加固技術(shù)顯得非常迫切。近年來，舊橋加固工程越來越多。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國的公路危橋約有400余座，但至今未看到專門的橋梁加固規(guī)范。