桥梁结构加固与改造施工与评定

　　摘要：桥梁结构是典型的不可逆结构。在桥梁建成后，由于受自然和非自然因素的影响，其结构性能会随时间的增长而下降。因此，论文结合实际工程对桥梁结构加固与改造施工进行了探讨，最后分析了加固效果技术性评价。
　　关键词：桥梁结构，加固，改造施工，评定
　　一直以来，桥梁是公路交通中最重要的部分，同时也是国家重要的基础设施投资项目。随着交通工具不断推陈出新，车辆载重增大，速度提高，超载车辆不断出现，人们对行车的安全性、舒适性提出了更高的要求。旧桥无论从承载能力或是对时代的适应性，桥梁本身也难免不产生病害，影响其承载能力和使用寿命。桥梁加固工程改善了整个路网的通行能力和服务质量。因此，如何对待这些危桥、旧桥成为重要的课题，论文就结合笔者的实践经验，对桥梁结构加固与改造施工与评定进行探讨。
　　 1桥梁结构加固常用方法
　　纵观国内外桥梁结构加固方法的发展，加固方法包括：增大截面和配筋加固法、外部粘钢板补强加固法、粘贴碳纤维片材加固法、改变受力体系加固法、增加构件加固法、体外预应力加固法和外包钢加固法等。这些经实践证明了的切实可行的加固技术，较好的满足了我国公路桥梁养护发展的需要，发挥了积极的作用。
　　 1）加大截面法加固。加大截面法是较方便且多用的一种加固方法。加大截面法是一种应用较广的传统的加固方法，该方法是在原有混凝土构件表面新做钢筋混凝土或钢筋网砂浆层，来增大原混凝土结构的截面面积，达到提高结构承载能力的目的。其优点是工艺简单，适用面宽，可用于一般梁、板、柱、墙、基础、桥梁及路面等。
　　 2）包型钢及包钢加固。外包钢加固分湿式和干式两种情况。湿式外包钢加固，外包钢与构件之间是采用乳胶水泥粘贴或环氧树脂化学灌浆等方法粘结，以使型钢架与原构件能整体工作共同受力；干式外包钢加固，型钢与原构件之间无任何粘结，有时随填有水泥砂浆，但并不能确保结合面剪力和拉力的有效传递。
　　 3）预应力加固法。预应力加固法是采用高强度钢筋或型钢等，在被加固构件体外增设预应力拉杆或撑杆的加固方法。加固时，通过施加预应力，使体外的拉杆或压杆与被加固构件共同受力，克服被加固构件的应力超前现象，改变原有截面的受力特征，提高加固后体系的承载能力和刚度。此外，施加预应力时所产生的负弯矩可以抵消部分荷载弯矩，减小原构件的挠度、缩小原构件的裂缝宽度，甚至使裂缝完全闭合。
　　 2工程概况
　　某大桥原南桥桥面宽度为净9米+2x1.25米人行道，为单向双车道，其横向布置方式见图5.1。
　　
　　图1原桥横向总体布置及桥墩盖梁外观图式
　　改造后该大桥南桥桥面宽度为净15m+2x0.5m防撞护栏（含新建加宽部分），为单向三车道，其横向布置方式见图5.2
　　
　　图2加固改造后桥梁横向总体布置及桥墩盖梁外观图式
　　 3加固设计方案及施工工艺要求
　　 3.1钢筋混凝土盖梁加固方案
　　针对该大桥盖梁跨中正弯矩不能满足要求的条件，考虑到原设计结构形状为抛物线形，采用下部增大截面补强的方案，即：于盖梁下部抛物线两端水平植筋，然后补浇高一强度等级的混凝土。针对该大桥盖梁在支点处负弯矩不足的问题，采用粘贴碳纤维补强的措施，由于预应力混凝土T梁在施工中不拆除，不适合在盖梁上部粘贴碳纤维，采用梁两侧各粘贴12cm宽（三层）碳纤维的补强方式。针对该大桥盖梁悬臂端抗剪不能满足要求的问题，根据受力特点，除采用植筋增大截面方法外，还采用6cm宽碳纤维沿主拉应力方向斜向粘贴的方法。
　　 3.2加固施工工艺与要求
　　 1）植筋施工工艺与要求
　　混凝土采用C30，植筋深度为15d，在确定位置用冲击钻成孔。孔径比所植钢筋大4～8mm。用毛刷和吹风机反复多次清孔，直到孔内无混凝土粉沫。用钢丝刷刷除掉钢筋植入端的锈迹，并用丙酮擦洗植入端。注胶植筋，每个成孔必须注胶饱满。把钢筋旋入清好的孔内，直到孔内有胶挤出为止。在胶凝时间（1小时）内不得扰动植好的钢筋。植筋位置应准确，不得偏移太大。成孔必须清理干净，钢筋植入端要彻底除锈，以免影响钢筋和混凝土的粘结力。
　　 2）碳纤维粘贴施工工艺与要求
　　该桥的结构加固施工工艺如下：施工前的准备工作，基面需要处理。混凝土表面的劣化层、错位与凸起要清除和打磨，折角部位要进行倒角处理，裂缝部分要注入环氧树脂浆进行修补，基面要进行清洗。先用钢丝刷将浮渣刷去，然后用压缩空气除去粉尘，再用丙酮或无水酒精擦拭表面，用清水清洗时，必须保证其充分干燥后才能进行下道工序的施工；按比例配制底胶并搅拌均匀（用量与使用时间要控制），均匀涂抹于基面上，注意直横均匀涂抹，自然风干；底胶硬化后，如表面有凸起时，需打光；待底胶完全干燥后，进入下道工序；若发现粘贴面有凹入部位，应用找平胶进行修补，以保证粘贴面平整，干燥后进入下道工序；施划粘贴位置，依设计尺寸剪裁碳纤维，据现场施工经验和作业空间确定下料长度，若需要进行接长时，接头长度应根据实际情况而定，一般不得小于15cm。要求被加固构件应具有良好的保护层，即基面平整且具有一定的强度。对于构件有剥落、起皮、腐蚀、裂缝及严重碳化等表面缺损，必须先进行修补，并将粘贴基面打磨平整、清理干净，且不应存在尖锐棱角和浮灰粉尘，防止碳纤维的局部剥断破坏和粘贴失效。粘贴时，应依设计位置由上而下、由左而右有序进行，并以滚筒压挤贴片，使碳纤维与粘结材料充分接合，同时以压板去除气泡，罩面防护处理。粘贴完碳纤维后，及时在其表面均匀涂抹一层浸渍树脂，自然风干后，可在其表面涂抹罩面胶或采取其它防护处理措施，以保证各层胶的耐久性。
　　施工时应注意当现场气温低于SOC及雨天或可能结露时，应停止施工；在施工现场，应做好防火等安全措施；各种胶粘附在皮肤上时，要用肥皂水冲洗，特别是进入眼内，要立即用水冲洗，或接受医生治疗；加固所用的碳纤维及其配套粘结材料均应有厂家所提供的材料检验证明和合格证。
　　 3）钢板粘贴施工工艺与要求
　　首先，将粘结部位混凝土表面清凿平顺并清洗干净，钢板除锈要彻底，且表面应有一定的粗糙度；其次，选择粘结材料，配胶数量要精确，不得使用失效材料；粘贴前在混凝土上钻孔并安装锚固螺栓（兼作固定件和压紧件），要求埋设牢固，具有可靠的抗拔力，以保持粘贴钢板时有效地加压，同时还可帮助钢板克服剪切，有利于粘贴的耐久性；最后，粘贴时注意粘结材料要涂抹饱满、均匀，然后加压使之密贴并固定，对钢板外表面进行防锈处理和被加固部位构件的外观处理。
　　 3.3加固质量检验与验收
　　 1）植筋施工质量检验与验收。植筋胶需提供质量检验报告、产品合格证；植入钢筋做抽样检查，不同型号的钢筋每1000根为一组，一组取3根做拉拔实验。不足1000根取一组；采用钢筋拉拔仪对所植钢筋进行拉力测试，当拉力达到钢筋的设计强度，而胶口无破坏，说明钢筋符合要求。
　　 2）碳纤维粘贴施工质量检验与验收。施工开始前，应确认通讯网、粘结剂、滴层胶和找平材料的产品合格证、质量检验报告，其各项性能应满足要求，工程使用的各种材料应由检测部门作抽样检验，施工过程中需对以下项目进行检验：碳纤维实际粘贴面积应不少于设计量，位置偏差应不大于10mm。碳纤维与混凝土之间的粘结质量可用小锤轻轻敲击或手压碳纤维表面的方法来检验，总有效粘结面积不应低于95%。正拉粘结强度达不到要求时，应将抽样检验所代表的部位的碳纤维全部剥去重做。
　　 3）钢板粘贴施工质量检验与验收。撤除临时固定设备后，采用小锤轻轻敲击粘结钢板，从音响判断粘接效果或采用超声波法探测粘结密实度。如锚固区粘结面积少于90%，非锚固区粘结面积少于70%，则此粘结件无效，应剥下重新粘结。
　　 4加固后测试结果评价
　　为了检验加固后桥梁的质量，评定其承载能力和工作性能，为以后桥梁的养护和管理提供技术资料，在加固工程完成后对加固桥梁进行了静载试验。
　　 4.1试验内容
　　主梁控制截面混凝土的正应变，主梁的挠度，观测梁体裂缝的开展情况。
　　 4.2测试截面和测点布置
　　按照竣工图提供的资料，依据《公路桥涵设计通用规范》的有关规定，对该桥的上部结构进行了详细的分析计算，作出结构在设计荷载作用下的弯矩和位移包络图，将主梁在使用活载下内力最不利的截面跨中截面作为试验的测试截面。为了分析主梁在试验荷载下的应力状况，在跨中截面每个空心板下缘布置1个应变片；为了分析主梁在试验荷载下的变形状况在跨中截面没个空心板底面中心处布置可1个挠度测点。
　　桥结构加固工程竣工后，在汽车—20级、挂车—100及汽车一超20级、挂车—120作用下，进行了静载试验。

　　　　从应力应变上看，加固前后同荷载条件下盖梁、空心板应力应变均有较明显的降低，这说明改造中桥梁上部重新铺装以及外贴的碳纤维己经起到作用，改善了原结构构件的工作状态。其中，外贴碳纤维强化了梁板，直接提高了梁板的强度，从而降低了混凝土的应力应变；这一结果表明：桥梁结构加固后，虽提高荷载等级，但梁板受力状态优于加固前汽车—20级荷载作用。从位移上看，加固前各板受载时挠度大且数值不够均匀，加固后挠度明显降低，且相邻板挠度数值接近，表明一方面上部铺装提高了板间协同工作，另一方面说明，碳纤维对提高板的刚度也起到一定作用。盖梁位移情况也表明盖梁的外粘加固起到了提高刚度减小位移的作用。从裂缝情况看，外粘加固已明显的降低了混凝土裂缝宽度，从而提高了主构件的耐久性。总之，桥梁构件粘贴碳纤维加固方法，可以有效达到预期目的。
　　 5结语
　　总之，加速我国旧桥加固或改造技术的研究，不仅能更好地、及时地为现代交通运输服务，而且可以为国家带来巨大的经济和社会效益。在桥梁加固改造工程中，每座桥梁的情况各不相同，具有各自不同的特点，在选择加固方案时需结合具体桥梁的特殊性，尽可能采用最先进的技术和材料，选择切实可行的加固方法，才能改善桥梁的服务性能，继续发挥结构固有的使用功能，延长桥梁使用寿命，以保证公路交通通畅无阻。
　　参考文献：
　　 [1]朱平华，金伟良，倪国荣.在役混凝土桥梁结构耐久性评估方法[J1.浙江大学学报（工学版），2006，40（4）:658～667.
　　 [2]吴青.某工程碳纤维布结构加固及其加固质量的检查与验收[J].福建建设科技,2005,（05）
　　 [3]李加林.连续箱梁桥加固技术及加固效果分析[J].中外公路,2007,（04）
　　 [4]贾佳.预应力混凝土连续箱梁桥的加固[J].公路,2007,（08）