公路桥梁旧桥加固改造探讨.docx

公路桥梁旧桥加固改造探讨 (内蒙古交通设计研究院有限责任公司，内蒙古 呼和 浩特 010010) 摘 要：文章对公路桥梁旧桥病害进行了分析，介绍了 桥梁加固改造的技术与方法。 关键词：桥梁病害；桥梁加固改造；公路建设 中图分类号：U445.7+2 文献标识码：C 文章编号： 10076921(XX)07009902 1 问题的提出 随着时间的推移，任何公路桥梁都会成为旧桥。在桥 梁使用期间内，由于交通量不断增大、重型车辆增加及超 载现象严重、超限运输的出现和增加，以及外界各种因素 作用和影响，导致桥梁结构产生病害、出现缺陷，严重影 响到桥梁正常使用。为了保证交通畅通，就需要对桥梁进 行维修、加固和改造，提高旧桥的承载能力，确保交通运 输的安全。 近 20 多年来，我国公路建设事业蓬勃发展，公路的通 行能力和服务水平进一步得到改善和提高，国家进一步加 大了基础设施建设投资，公路面貌日新月异。但是，我国 幅员辽阔，就整个公路网络而言，在国民经济整体中，公 路交通基础设施的“瓶颈”制约因素，并没有得到根本的 缓解。在现有的公路上，数以万计的旧桥，因设计荷载标 准低，年久失修、失养，正在逐步成为危桥，成了不断提 升技术等级的公路上卡脖子路段。我国在 20 世纪 6070 年代修建的桥梁，设计荷载标准较低，而且大部分公路桥 梁仍在服役，已不适应交通量日益增长的需要。因此，旧 危桥加固、维修任务十分繁重，全部重建既不现实，也不 科学。实践证明，采用适当的加固技术和拓宽措施，对恢 复和提高旧桥的承载能力及通行能力，延长桥梁的使用寿 命，以满足现代化交通运输的需要，是可行的。这样一方 面能节省大量投资，收到良好的社会经济效益，特别是对 贫困省份来说，尤为重要；其次，通过维修和改造旧危桥， 是消除交通安全隐患，提高公路通行能力和服务水平的有 效途径。旧桥加固工作应当说是一项技术上可行、经济上 合理的举措。 2 桥梁病害分析 2.1 引起桥梁病害的原因分析 桥梁结构的病害表现形式多种多样，引起病害的原因 错综复杂。由于河床屡遭洪水冲刷，河床底部加深，桥梁 墩台基础外露、冲空，产生不均匀沉降，导致桥台、拱圈 产生附加应力而出现开裂，有的甚至出现开合现象；有的 桥梁由于桥台较高，受行车及台后土压力的作用，桥台出 现开裂、凸肚等病害；桥面混凝土铺装层由于使用时间长 加之重车作用，导致开裂、剥落等病害。从引起病害的原 因来分析，可以将其划分为两大类： 2.1.1 由环境作用引起的混凝土结构损伤与破坏 由于混凝土的缺陷(例如裂隙、孔道、气泡、孔穴等)， 环境中的水及侵蚀性介质就可能渗入混凝土内部，与混凝 土中某些成分发生化学、物理反应，引起混凝土损伤，影 响结构的受力性能和耐久性。 2.1.2 由荷载作用或设计、施工不当造成的混凝土结 构损伤 由于超载作用引起的裂缝，动力冲击作用引起疲劳破 坏。构造措施和施工方法不当引起结构裂缝等。 2.2 引起结构裂缝原因的分析 实践表明，混凝土结构的任何损伤与破坏，一般都是 首先在混凝土中出现裂缝。所以，对混凝土结构的损伤检 测，首先应从对结构的裂缝调查、检测与分析入手。 混凝土结构的裂缝是由材料内部的初始缺陷、微裂缝 的扩展而引起的。引起裂缝的原因很多，但可归纳为两大 类： 2.2.1 由外荷载引起的裂缝 由外荷载引起的裂缝称为结构性裂缝(又称为受力裂缝)， 其裂缝的分布及宽度与外荷载有关。这种裂缝的出现，预 示结构承载力可能不足或存在其他严重问题。 2.2.2 由变形引起的裂缝 由变形引起的裂缝称为非结构性裂缝，如温度变化、 混凝土收缩等因素引起的结构变形受到限制时，在结构内 部就会产生拉应力，当此应力达到混凝土抗拉强度极限值 时，即会引起混凝土裂缝，裂缝一旦出现，变形得到释放， 拉应力也就消失了。 两类裂缝有明显的区别，危害效果也不相同，有时两 类裂缝融在一起。对裂缝原因的分析是裂缝危害性评定， 裂缝修补和加固的依据，若对裂缝不经分析研究就盲目进 行处理，不仅达不到预期的效果，还可能潜藏着突发性事 故的危险。 3 桥梁加固改造技术与方法 3.1 旧桥上部结构加固、改造 3.1.1 桥面铺装层的加固 桥面铺装层开裂或剥离等病害，对于钢筋混凝土梁板 桥容易使钢筋锈蚀，减弱桥梁的横向整体性；同时由于桥 面铺装层的破损，引起桥面平整度差，车辆通行时，使桥 梁产生震动，对桥梁产生不利影响，同时又加重了桥面铺 装层的病害。根据桥梁的具体情况，采用不同的加固方法， 对于使用年限长、破损严重的采用拆除、修复的加固方案。 一般先凿除旧桥铺装混凝土，在梁顶重新浇筑一层钢筋混 凝土，使其与原有主梁形成整体，改善铰接梁板的荷载横 向分布，从而提 XX 梁的承载能力。而对于病害较轻，使用 年限短，且混凝土强度仍符合设计要求的则先处治病害， 在不降低设计荷载标准的前提下可采用加铺沥青碎石层的 方案。 3.1.2 增大截面和配筋加固法 当梁的强度、刚度、稳定性和抗裂性能不足时，通常 采用增大构件截面、增加配筋、提高配筋率的加固方法。 这种方法是在梁底面或侧面加大尺寸，增配主筋，提高梁 的有效高度和抗弯强度，从而提 XX 梁的承载力。该方法 般用于梁桥及拱桥拱肋的加固。 3.1.3 锚喷混凝土加固法 借助高速喷射机械，将新混凝土混合料连续地喷射到 已锚固好钢筋网的受喷面上，凝结硬化而形成钢筋混凝土， 从而增大桥梁的受力断面和补强钢筋，加强结构的整体性， 使其能承受更大的外荷载作用。 3.1. 4 粘贴抗拉补强材料(钢板、复合纤维)加固法 当交通量增加，主梁出现承载力不足时，采用粘结剂 及锚栓，将钢板或高强复合纤维(碳纤维、芳纶纤维等)粘 贴锚固在混凝土结构的受拉缘或薄弱部位，使其与结构形 成整体，以钢板或高强复合纤维代替增设的补强钢筋，达 到提高梁的承载能力的目的。这种加固方法的特点是：不 需要破坏被加固的原结构的尺寸，施工工艺简单，施工质 量较容易控制，施工工期短。这种加固方法，设计时必须 考虑桥梁带载加固分阶段受力特点。后加补强材料的强度 发挥程度受原梁变形的限制，一般情况下是达不到其抗拉 强度设计值。特别是采用直接粘贴高强复合纤维加固时， 在极限状态下，复合纤维的高强抗拉性能根本无法充分发 挥作用。若不考虑分阶段受力特点，过高地估计了后加补 强材料的作用，设计是不安全的。 3.1.5 改变结构受力体系加固法 这种加固、改造方法是通过改变桥梁结构受力体系， 达到提 XX 梁承载能力的目的。如：在简支梁下增设支架或 桥墩，或把简支梁与简支梁纵向加以连接，由简支变连续 梁，或在梁下增设钢桁架等加劲或叠合梁等，以减小梁内 应力，达到提高梁的承载力目的。改变结构体系的方法有 多种，但往往都需要在桥下操作，或设置永久设施，因而 减少桥下净空，或施工时会影响通航，所以必须考虑通航 及桥梁排洪能力。 3.1.6 体外预应力加固法 对于钢筋混凝土或预应力混凝土梁或板桥，采用对受 拉区施以体外预加力加固，可以改善原梁板的应力状态， 抵消部分自重应力，起到卸载的作用，从而能较大幅度地 提高梁的承载能力和抗裂性能。体外预应力加固法优点是： 在自重增加很小的情况下，能够大幅度改善和调整原结构 的受力状况，提高承重结构的刚度、抗裂性能；由于承重 结构自重增加小，故对墩台及基础受力状况影响很小，可 节省对墩台及基础的加固；对桥梁营运影响较小，可在不 限制通行的条件下加固施工。预应力加固法既可作为桥梁 通过重车的临时加固手段，又可作为永久性提 XX 梁荷载等 级的措施。 3.1.7 增设纵梁加固法(拓宽改建) 在墩台地基安全性能好，并具有足够承载能力的情况 下，可采用增设承载力高和刚度大的新纵梁，新梁与旧梁 相连接，共同受力。由于荷载在新增主梁后的桥梁结构中 重新分布，使原有梁中所受荷载得以减少，由此使加固后 的桥梁承载能力和刚度得到提高。当增设的纵梁位于主梁 的一侧或两侧时，则兼有加宽的作用。为保证新旧混凝土 能够共同工作，必须注意做好新旧梁之间的横向连接。横 向的连接方法，如：企口铰接、键槽连接、焊接及钢板铰 接等，使新增主梁与旧梁牢固连接，可提高主梁之间的横 向连接刚度，有利于荷载的横向分布。 3.1.8 拱圈增设套拱加固法 当拱式桥梁的主拱圈为等截面或变截面的砖、石或混 凝土等实体板拱时，且下部构造无病害，同时桥下净空与 泄水面积容许部分缩小时，可在原主拱圈腹面下增设一层 新拱圈，即紧贴原拱圈底面上，浇筑或锚喷混凝土新拱圈， 外形上就像是在原拱圈下套做了一个新拱圈。 3.2 旧桥下部结构加固、改造 桥梁下部构造易产生的缺陷与病害有：墩、台身裂缝、 剥落、空洞、老化，钢筋外露、锈蚀，结构变形、移位等； 基础不均匀沉陷、滑移和倾斜，基底局部冲空，基础结构 物的异常应力和开裂。 3.2.1 扩大基础加固法 桥梁基础扩大底面积的加固，称为扩大基础加固法。 此法适用于基础承载力不足或埋深太浅，而墩台又是砖石 或混凝土刚性实体式基础时的情况。扩大基础底面积应由 地基强度验算确定。当地基强度满足要求而缺陷仅仅表现 为不均匀沉降变形过大时，采用扩大基础底面积的加固， 主要由地基变形计算来加以选定。 3.2.2 增补桩基加固法 当桥梁墩台基底下有软卧层，或墩台基础未下至坚硬 岩层时，墩台发生沉陷；当桥梁墩台采用桩基础，而桩的 深度不足，或由于水流冲刷等原因使桩发生倾斜。这些病 害都直接影响桥梁结构的正常使用和服务年限。对此，采 用增补桩基加固法是一种常用而且有效的方法。这种加固 方法是：在桩式基础的周围补加钻孔桩，或打入钢筋混凝 土预制桩，扩大原承台，以此提供基础的承载力，增强基 础的稳定性。 3.2.3 钢筋混凝土套箍或护套加固法 当桥梁墩台由于基础埋置深度不够，或因施工质量控 制不严等原因，导致墩台开裂破损时，有时会出现贯通裂 缝，可采用钢筋混凝土围带或钢箍进行加固。加固时一般 在墩身上中下分设三道围带，其间距应大致相当于桥墩侧 面的宽度。当墩台损坏严重，如有严重裂缝及大面积表面 破损、风化和剥落时，则可采用围绕整个墩台设置钢筋混 凝土护套的方法进行加固。 3.2.4 桥台新建辅助挡土墙加固法 由于桥台台背水平土压力过大，引起桥台倾斜，应设 法采取平衡桥台后壁的土压力处理，在台背之后加建一挡 墙，以抵御过大的土压力。 3.2.5 墩台拓宽方法 利用旧桥基础，靠墩台盖梁挑出悬臂加宽部分，以便 安装加宽的上部结构。此种情况为只加宽墩台的盖梁，墩 台身和基础则不需予以加固。采用此法加宽墩台时，旧桥 墩台基础必须完好、稳定，且需经过承载力验算后才