隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,城市化進程逐年加大,早期修建的城市橋梁或者因為長期使用導致服務性能下降而面臨大修,或者因為沿線交通量快速增長而需拓寬改建。因此,城市橋梁維修加固與改造施工是發(fā)展的必然結果。那你知道橋梁維修加固的方法有哪些嗎?
混凝土結構在常規(guī)靜、動荷載及次應力下產生的裂縫稱荷載裂縫,歸納起來主要有直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。主要原因:
1、在設計外荷載作用下,由于結構物的實際工作狀態(tài)同常規(guī)計算有出入或計算不考慮,從而在某些部位引起次應力導致結構開裂。例如兩鉸拱橋拱腳設計時常采用布置“X”形鋼筋、同時削減該處斷面尺寸的辦法設計鉸,理論計算該處不會存在彎矩,但實際該鉸仍然能夠抗彎,以至出現(xiàn)裂縫而導致鋼筋銹蝕。
2、橋梁結構中經(jīng)常需要鑿槽、開洞、設置牛腿等,在常規(guī)計算中難以用準確的圖式進行模擬計算,一般根據(jù)經(jīng)驗設置受力鋼筋。研究表明,受力構件挖孔后,力流將產生繞射現(xiàn)象,在孔洞附近密集,產生巨大的應力集中。在長跨預應力連續(xù)梁中,經(jīng)常在跨內根據(jù)截面內力需要截斷鋼束,設置錨頭,而在錨固斷面附近經(jīng)常可以看到裂縫。因此,若處理不當,在這些結構的轉角處或構件形狀突變處、受力鋼筋截斷處容易出現(xiàn)裂縫。
實際工程中,次應力裂縫是產生荷載裂縫的常見原因。次應力裂縫多屬張拉、劈裂、剪切性質。次應力裂縫也是由荷載引起,僅是按常規(guī)一般不計算,但隨著現(xiàn)代計算手段的不斷完善,次應力裂縫也是可以做到合理驗算的。例如現(xiàn)在對預應力、徐變等產生的二次應力,不少平面桿系有限元程序均可正確計算,但在40年前卻比較困難。在設計上,應注意避免結構突變(或斷面突變),當不能回避時,應做局部處理,如轉角處做圓角,突變處做成漸變過渡,同時加強構造配筋,轉角處增配斜向鋼筋,對于較大孔洞有條件時可在周邊設置護邊角鋼。
荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現(xiàn)不同的特點。這類裂縫多出現(xiàn)在受拉區(qū)、受剪區(qū)或振動嚴重部位。但須指出,如果受壓區(qū)出現(xiàn)起皮或有沿受壓方向的短裂縫,往往是結構達到承載力的標志,是結構破壞的前兆,其原因往往是截面尺寸偏小。根據(jù)結構不同受力方式,產生的裂縫特征如下:
1、中 心受拉。裂縫貫穿構件橫截面,間距大體相等,且垂直于受力方向。采用螺紋鋼筋時,裂縫之間出現(xiàn)位于鋼筋附近的次裂縫。
2、中 心受壓。沿構件出現(xiàn)平行于受力方向的短而密的平行裂縫。
3、受彎。彎矩截面附近從受拉區(qū)邊沿開始出現(xiàn)與受拉方向垂直的裂縫,并逐漸向中和軸方向發(fā)展。采用螺紋鋼筋時,裂縫間可見較短的次裂縫。當結構配筋較少時,裂縫少而寬,結構可能發(fā)生脆性破壞。
4、大偏心受壓。大偏心受壓和受拉區(qū)配筋較少的小偏心受壓構件,類似于受彎構件。
5、小偏心受壓。小偏心受壓和受拉區(qū)配筋較多的大偏心受壓構件,類似于中 心受壓構件。
6、受剪。當箍筋太密時發(fā)生斜壓破壞,沿梁端腹部出現(xiàn)大于45°方向的斜裂縫 當箍筋適當時發(fā)生剪壓破壞,沿梁端中下部出現(xiàn)約45°方向相互平行的斜裂縫。
7、受扭。構件一側腹部先出現(xiàn)多條約45°方向斜裂縫,并向相鄰面以螺旋方向展開。
8、受沖切。沿柱頭板內四側發(fā)生約45°方向斜面拉裂,形成沖切面。
9、局部受壓。在局部受壓區(qū)出現(xiàn)與壓力方向大致平行的多條短裂縫。
橋梁結構加固的工作程序為:
橋梁檢定——確定加固方案——施工圖設計——施工組織設計——施工一一工程驗收。對橋梁結構加固方案的選擇十分重要,方案的優(yōu)劣不僅影響資金的投人,而且將影響橋梁加固的質量。合理的加固方案應該達到加固效果好,對使用性能影響小,技術可靠,施工簡便和經(jīng)濟合理。
對于產生裂縫的橋梁,要恢復橋梁結構的耐久性以及防水性能,就要對混凝土裂縫進行填充,所要用到的技術方法有以下幾種:
(1)表層修補法。當出現(xiàn)較小的橋梁裂縫時,可采用對裂縫表層涂抹防水涂料及填料的方法進行處置,從而增強裂縫橋梁的耐久性及防水性。如果出現(xiàn)較大的裂縫,且裂縫有不斷擴張的趨勢,則要選擇伸縮性強的材料對其進行修補。
(2)注漿法。注漿法是指當橋梁出現(xiàn)裂縫時,在橋梁裂縫中填充水泥或樹脂類物質,以此來增強橋梁的耐久性及防水性能。通常可選用的首要材料為:環(huán)氧樹脂。在修復時,應選擇低速低壓式注入法。鋼釘與環(huán)氧樹脂注入法一起運用的話,可大大增強橋梁裂縫方位的整體性,是一種避免裂縫惡化的好辦法。
(3)填充法。在對橋梁維修加固時,裂縫填充法是適合修復大裂縫(0.3mm)的辦法,作業(yè)簡單,費用低。寬度小于0.3mm,深度較淺的裂縫、以及小規(guī)模裂縫的簡易處理。在具體操作中應沿著橋梁裂縫鑿出一條深槽,然后在深槽中填充各種粘性材料。例如瀝青、環(huán)氧樹脂、膨脹水泥、水泥砂漿及多種化學加固劑等。
(4)噴涂法。噴漿修補法是指,在對橋梁裂縫進行鑿毛處置后,在其表層涂抹粘度高且密實的水泥砂漿,以維護裂縫的修補辦法。需要警惕的是,在噴漿之前,要將裂縫表層的剝離物清除,再用干凈水洗清洗,在噴漿前必 須要將基層灑水濕潤然后再噴漿,這樣漿液輕易就能粘附在裂縫表面,起到非常好的防護作用。
(5)粘結鋼板法。當橋梁的鋼筋構建呈現(xiàn)應力裂縫時,進行橋梁加固和維修時,應先對裂縫進行處置,再在裂縫處貼上粘結板,并使用膨脹螺栓對鋼板進行加固,這里要強調的是,鋼板的粘貼方向要與裂縫保持垂直。結構加固技術對橋梁結構的加固技術有:外部粘貼、加大截面、增設縱梁、改動規(guī)劃以及外部應力等加固法。
直接涂膠粘貼鋼板宜使用錨固螺栓,錨固深度不應小于6.5倍錨栓直徑。錨栓布置的間距應滿足下列要求:錨栓中 心大間距為24倍鋼板厚度;小間距為3倍錨栓孔徑。錨栓中 心距鋼板邊緣大距離為8倍鋼板厚度或120mm中的較小者。小距離為2倍錨栓孔徑。錨栓用于鋼板定位或粘貼加壓,不以上面敘述限制。
對板應在延伸長度范圍內通常設置垂直于受力鋼板方向的壓條。壓條應在延伸長度范圍內均勻布置,且應在延伸長度的端部設置一道。鋼壓條的寬度不應小于受彎加固鋼板寬度的3/5 ,鋼壓條的厚度不應小于受彎加固鋼板厚度的1/2。
對梁,應在延伸長度范圍內均勻設置U形箍(圖9.6.3),且應在延伸長度的端部設置一道加強箍。U形箍的粘貼高度應為梁的截面高度;梁有翼緣,應伸至其底面。U形箍的寬度,對端箍不應小于加固鋼板寬度的2/3,且不應小于80mm;對中間箍不應小于加固鋼板寬度的1/2,且不應小于40mm,U形箍的厚度不應小于受彎加固鋼板厚度的1/2,且不應小于4mm。U形箍的上端應設置縱向鋼壓條;壓條下面的空隙應加膠粘鋼墊塊填平。
(6) 混凝土因堿骨料而開裂的裂縫修補
因堿骨料反應產生的裂縫,一般為延伸性的,特別是鋼筋用量較少時,對膨脹的約束較小,于是裂縫寬度顯著變大。
此類裂縫特點:
1)如果混凝土不受約束(無筋或少筋)的情況下,堿骨料反應裂縫呈網(wǎng)狀(龜背紋),裂縫網(wǎng)接近六邊形,裂縫從網(wǎng)結點三分岔開,夾角約120°,在較大的六邊形之間還可以再發(fā)展出小裂縫。
2)當堿骨料反應受到鋼筋或外力的約束時,其膨脹力將垂直于約束力的方向,而膨脹裂縫則平行于約束力的方向,出現(xiàn)順筋裂縫。
3)大體積無筋混凝土的堿骨料反應膨脹裂縫的深度可達數(shù)十厘米。
4)鋼筋混凝土的堿骨料膨脹裂縫的深度一般不會超過保護層厚度,寬度多為(0.3~0.5)mm。
5)堿骨料反應裂縫通常伴隨有滲出物,多為半透明的乳白色或黃褐色,有時也呈茶褐色或黑色。
(6)與收縮產生的網(wǎng)狀裂縫有相似處,但收縮裂縫出現(xiàn)的時間較早,多在施工后若干天內。而堿骨料反應裂縫則出現(xiàn)較晚,多在施工后數(shù)年甚至10~20年后。
對這種裂縫,可以注入環(huán)氧樹脂或涂抹防水材料,防止水分由外部浸入,從而控制堿骨料反應。
在日常養(yǎng)護工作時,為保證橋梁的安全性,需要經(jīng)常進行橋梁維修加固來滿足其使用功能并延長其使用壽命。