桥梁加固讲义.doc

第一部分常见桥梁的常用加固方法1. 简支梁桥上部结构的加固简支梁作为最常用的桥梁，主要病害为跨中梁底竖向裂缝过多、过宽，抗弯承载力不足，还有靠近支承处的腹板上有斜向裂缝，并具有一定的数量和宽度，表明抗剪能力不足。常用的加固方法有：（1）、增大截面加固法；（2）、横向联系加固增强整体性法；（3）、粘贴高强纤维或钢板加固法，见图1；（4）、体外预应力加固法等，见图2。图1，粘贴纤维或钢板加固法图2，体外预应力加固法2. 悬臂梁及T型刚构桥梁上部结构的加固在上世纪的七十年代末至九十年代初，我国修建的大跨径梁式桥中，带挂梁的预应力混凝土T型刚构桥是主要的桥型之一，经多年的使用，有相当一部分的这类桥由于各种原因出现病害而不能正常使用，不得不进行加固维修。下面就这种桥梁的常见病害及原因作出分析，介绍一些加固方法，并通过实桥加固示例来说明加固效果。悬臂梁及T型刚构桥梁在使用中常见的病害：悬臂梁及带挂梁的预应力混凝土T型刚构桥一般采用悬臂浇筑、悬臂拼装、支架现浇或在墩位处现浇后转体施工形成。常见的病害及原因有：（1）悬臂端部牛腿下挠过大。主要原因有梁的刚度下降、纵向预应力损失太多、施工质量差、材质差、超载和基础沉陷等。（2）悬臂根部顶面开裂。主要原因为施工质量差、纵向预应力损失过大又严重超载造成强度不足。（3）悬臂 1/2跨附近腹板出现斜裂缝。该处虽不是剪力最大处，但变高度梁的腹板高度变化较大。主要原因为竖向预应力损失较大、腹板抗剪强度不够、超载等。（4）悬臂端部两腹板跨中的牛腿横梁上的竖向裂缝。主要原因为牛腿横梁的横向预应力损失较大、超载等。（5）悬臂梁及T构墩身出现水平裂缝较为难见，至于箱梁顶板跨中底面出现纵向裂缝与连续梁等其它箱形梁桥一样有类似的原因，这里不作评论。总之，有相当一部分悬臂梁及T型刚构桥刚竣工的时候，没什么问题，使用一段时间后就出现一些病害。各方向的预应力损失过大与施工质量有很大关系，特别是为赶工期，施加预应力过早，混凝土徐变造成的预应力损失较大。另外，超载现象难以控制，实际使用中，超出设计活载标准的车辆时常过桥，特别是在经济发展快的地区，更是如此。对于端部牛腿下挠过大的问题，只有从改善T构的受力、提高刚度着手，相对有效而又简便的方法是在桥面增加预应力筋，增加箱梁顶面抵抗负弯矩的能力。见图1、图2。图1还有一种做法是：在T构两端靠近牛腿处的所有腹板两侧设置锚座，张拉体外预应力钢束，对于一箱多室的箱形梁也可只在几块中腹板两侧设体外索。采用此种做法时，因牛腿处腹板较矮，设置体外索有限，抵抗悬臂负弯矩的力臂减小，其效果不如上述在桥面增加预应力。但也有一些优势，如不必凿出原桥面混凝土、不必中断交通、费用较低、施工方便、可换索或再次张拉。只有在牛腿下挠不大或提高旧桥荷载等级，且原桥面善好、箱梁腹板较多的境况下采用。或者先在腹板两侧张拉体外索，再在桥面混凝土层里张拉体内索。3. 连续体系桥梁上部结构的加固 针对不同截面形式的连续体系桥梁，讨论采用不同形式的体外预应力布索或先体外后体内布索加固时，各自的构造特点和受力特点。连续体系梁桥常采用的橫截面形式有箱形和肋板形（包括工字形和丅形），连续体系板桥常用的横截面形式有空心板和实心板。从梁高来说，有变截面连续梁或连续板，有等截面连续梁或连续板，采用预应力加固此类桥梁时，有着各自的构造特点和受力特点，下面分别讨论它们的特点，并提出自己的看法。（1） 连续体系板桥连续板桥由于高度矮，特别是跨径超过20米的连续板桥，常因承载能力不够，支点上缘和跨中下缘出现横向裂缝，跨中下挠度过大等病害，采用预应力加固效果较好，但要直接有效地布置体外预应力索是难于做到的，这时可在每孔的1/4跨附近横向增设钢结构的托梁，通过粘贴和锚栓固定于板底，根据受力需要选择合适的托梁高度布置体外索，如图1。利用体外索产生的向上竖向分力对板卸载。在每跨的两端，按体外索的倾角在板上或空心板的腹板处钻孔，让索穿过孔洞，边跨两端锚固于桥面开凿的斜向锚坑中，在中间支承点处，体外索穿出桥面或不出桥面，通过转向块连续穿进相邻桥跨的斜孔中，当桥跨较多时，为减少预应力损失过大，也可将体外索分段锚固于墩顶的斜向锚坑中。如果体外索穿出板顶，则要结合桥面砼铺装层的改造进行。在锚固点处利用体外索产生的水平分力对板施加压应力，提高板的抗弯能力。关键问题是怎样根据每跨承载力的需要，选择体外索的托梁位置、倾角及锚固点位置协调其产生的竖向分力与水平压力的关系，在构造能实现的情况下，使负弯矩区和正弯矩区的内力调节达到最佳组合。对于变截面的连续板也可采用上述方法加固处理。（2） 肋板式连续体系梁桥肋板式连续体系梁桥一般跨径在16米至40米范围较多，梁高在1米至2.5米左右，不管是为了恢复抗弯强度和刚度，还是为了提高荷载等级，采用体外预应力加固是效果较佳的方案，对于等截面连续梁可在1/4跨附近的横隔板下增设转向设施，如果没有横隔板，则要在梁底增设转向块，让体外索绕过转向装置，两端弯起锚固或绕过支点横隔板，纵向成为多折点的折线形布置，横向对称紧靠梁肋布置，如图2。在支承处，体外索需锚固时，可在紧靠支点横隔板处的腹板上增设锚座，或者在支点横隔板处增设锚固横梁，从梁端或桥面上斜向张拉。在墩顶支承处锚固时，采用纵向交叉锚固。对于变截面连续梁，可以利用截面形心纵向不断变化的特点，将体外索靠梁底布置成直线形，如图3。在墩顶负弯矩段，预压力的重心在截面形心之上，对该段截面产生正弯矩，抵消部分恒活载产生的负弯矩。在跨中和边跨正弯矩段，预压力的重心在截面形心之下，对该段截面产生负弯矩，抵消部分恒活载产生的正弯矩。同时轴向压力也改善了墩顶梁顶受拉区和跨中及边跨梁底受拉区抗弯强度。但需要特别注意的是由于边跨端部锚固点较低，靠端部附近的梁顶将产生较大的负弯矩，此处截面需认真验算，以免桥面开裂。国道324线厦门段版头大桥为16+22.5+22.5+16米的钢筋砼变高度T型连续梁桥，跨中梁高0.8米，墩顶梁高1.8米，采用了直线形体外预应力加固来提高荷载等级。变截面连续梁也可采用等截面连续梁的折线形布置方式。直线形布置，施工简便，材料用量少，但加固效果不如折线形布置方式，特别是在梁的刚度不足，跨中下挠时，采用折线形布置可避免梁端顶部负弯矩过大的缺陷，加固效果较好。（3） 箱形连续体系梁桥 箱形连续体系梁桥的跨径一般较大，梁也较高，多数情况下人可以进入箱内施工操作，最适合采用预应力加固。对于等截面连续梁，一般采用折线形布置的体外索或体内索加固。采用体外索时，在1/4跨附近的箱内腹板与顶、底板上设置钢结构的肋板式转向装置，而在墩顶横梁上开槽孔让体外索偏转。索的两端锚固于端横隔板上，必要时增设端锚固横梁。如果梁跨较多，可分跨在墩顶横梁处交叉锚固，索在箱内靠箱梁腹板内侧对称布置，其体外索布置类似图2。变截面连续箱梁桥的体外预应力加固，体外索的纵向布置有上述折线形的，也有直线形的。折线形布索对跨中下挠过大的加固效果较好。305国道的盘锦立交主线桥、凌海桥等4座钢筋砼变截面3跨至5跨连续箱梁桥，主跨最大为35米，最小为32米，就是因墩顶桥面、跨中梁底等处开裂及跨中下挠过大，采用折线形布索加固取得较好效果。而直线形布索如图3，对墩顶负弯矩区和跨中下缘正弯矩区的加固效果要差些，且存在梁端顶部负弯矩过大不宜处理，但直线形布索的施工大为简便，不设任何转向装置，省财省力。2002年完成加固的广东省广州至佛山高速公路某跨江大桥，桥型为三跨预应力砼变高度连续箱梁桥，中跨为100米长，主要病害为中跨跨中明显下挠过大，另有梁底裂缝及负弯矩区腹板斜裂缝等。采用直线形的体外预应力布索，体外索紧靠跨中底板上面通过，两端锚固在两个中墩顶的横隔板上（锚固处横隔板加厚）。现与中跨80米，两边跨各50米的三跨变截面箱形连续梁桥为例，假定索的拉力在纵向不变，一种采用直线形布索，两端锚固在两中墩顶上的横隔板上，其体外索产生的弯矩图、轴力图如图4、图5，另一种采用中跨双折点、边跨单折点、两端锚固在边跨梁端截面形心处的折线形布索，其体外索产生的弯矩图、轴力图如图6、图7，从内力图比较可知，相同张拉力作用下，折线形布索对跨中产生的负弯矩比直线形布索大31%，对支点产生的正弯矩比直线形布索大132%，中跨轴向压力基本相同，从而说明折线形布索比直线形布索能更有效地抵抗恒活载内力。采用先体外后体内预应力布索加固时，有两种方式：一种是在箱梁腹板内竖向及斜向钻孔，钢索穿过孔洞，上端穿出箱梁顶板结合桥面改造覆盖于铺装层砼中，下端穿出梁底，所有的转向点处均要用弧形钢板设置转向装置，张拉完成后通过新浇砼增加腹板底面的高度将钢索包裹，并将腹板孔洞空隙灌滿水泥浆，如图8。将体外索变成体内索。2002年9月加固完工的广东南海三山西桥北岸南岗立交桥为主跨37.8米的三跨钢筋砼变高度连续梁桥，主要病害为跨中下挠过大且底板开裂及墩顶桥面开裂，采用此种方式布索加固效果较好。另一种方式是先按真正的体外折线形布置预应力索，可在箱梁腹板上设置锚固齿板，钢索紧靠腹板布置。张拉完成后新浇砼将腹板加厚，覆盖体外索成体内索。2000年加固完工的深圳市某匝道桥，主跨为40.5米的多跨预应力砼连续曲线箱梁桥，主要病害为跨中附近底板横向裂缝，支点附近腹板斜裂缝等。采用此方式加固，钢索紧靠箱梁腹板外侧成折线形布置，锚座设在腹板上，张拉完成后在腹板外侧全高范围新浇20厘米厚砼，即腹板加厚20厘米，将体外索覆盖成体内布索效果不错。总之先体外后体内预应力布索加固的优点是：钢索不需要专门防锈保护，中断交通加固时，如新浇砼与旧砼结合良好，能共同受力，则活载作用下，控制截面的钢索强度能比体外索更有效地发挥，钢索不存在振动问题，防护好，外观好，缺点是施工较麻烦，工期长，增加自重。（4） 讨论问题 单点转向与双点转向问题，一般来说双折点转向在梁长一定时，由于索的起弯角度大，产生的向上竖向分力也大，能较多地抵抗恒活载弯矩，中跨采用双折点比较合适，而单折点起弯角度小，产生的向上分力也小，对于边跨正弯矩不太大的情况比较合适。张拉问题，有的在梁端张拉预应力筋时，由于端部张拉操作空间位置受限，可将该处设为固定锚，在其它方便张拉的位置设置类似游动锚的装置，张拉后将体外索连接起来。索的振问题，体外索的自由长度都较大，为防止振动，一般3米左右设一索夹固定于梁上。钢筋砼梁和预应力砼梁的问题，体外预应力加固钢筋砼梁时，原有截面分担的抗力和张拉体外索分担的抗力比较明确，容易计算。而加固预应力砼梁时，由于梁内原有的有效预应力算不准，原有截面分担的抗力也就算不准，往往涉及到有粘结预应力配筋与无粘结预应力配筋组合计算的问题，这时除需要认真计算外，张拉体外索时，须对控制点进行应变（应力）或变形监控，以便及时发现问题，随时调整施工方案。第二部分常见桥梁加固实例以下从本人近几年独立完成的若干座桥梁加固工程中，选择多座有代表性的桥梁加固实例介绍桥梁加固技术。一、下部结构加固1. 新台高速公路冲篓跨线桥6号、7号墩桩基加固一、 概况冲篓跨线桥位于新台高速公路K49+508.2处，该桥为9跨20米的预应力空心板桥，桥面连续，分为两联，桥宽211.25米，分两幅，中间设0.8米分隔带，两幅桥设置在同一根帽梁上，双柱式墩，两根桩基无系梁连接，即单柱、单桩承受单幅桥跨，1号、2号墩之间有一公路穿过，6号、7号墩之间有一小河穿过。上部结构采用预制拼装施工，下部墩柱直径1.4米，桩基采用钻孔灌注桩施工，直径1.6米。现发现缺陷的桩基为跨小河的桩基。6号墩顶为伸缩缝位置。该桥桩基加固于2004年2月完成。二、 桩基缺陷及原因经开挖检查，6号西侧桩基约1米多高范围的四周露筋，并有较多砼凹陷，桩径缩小，最大内陷深度20厘米左右，经钢筋内插探测，再往下2米深仍是桩基砼凹陷。该段地质为约8米深的粗砂层，地下水位较高，形成流砂层。很可能是浇灌桩基砼时孔壁发生浅表塌孔，造成该地层桩基四周露筋、砼空洞。经超声波探测后，排除了断桩的可能性。估计6号墩的2根桩、7号墩的一根桩在该砂层内均有此缺陷。虽然现未发现桥梁有什么病害，但目前桥上交通量还不大，使用时间仅3年左右，如果不加处理将严重影响使用寿命或可能出什么意外。三、 加固方案经桥梁主管方、业主方、养护方和原施工方研究决定对这3根有缺陷的桩基进行加固处理。根据设计图纸及施工记录，6号桩长33.7米，7号桩长19.536米，这几根桩均为嵌入微风化花岗岩的支承桩。加固的目的是恢复桩径，保护钢筋不受砂层中泥水的浸蚀。结合现场条件及地质情况拟定以下2个方案：1. 利用沉井开挖再浇灌砼方法主要过程为：现浇一3米直径的小沉井，边下沉边浇筑砼，沉至砂层底部后浇封底砼，抽干水，冲洗干净桩基，浇筑1.8米外径的圆环砼包裹原桩基至顶部，最后往沉井内回填砂土。该方案起到了恢复桩径，保护钢筋的作用。具体细节另参见“方案图一”。按该方案施工时，桩基的地面线将下降9米，经计算，只需在施工期间每幅桥限制单车道慢速行驶，将能保证施工安全。具体计算条件及结果参见“计算说明”。 方案图一2. 高压旋喷灌注法主要过程为：在围绕原桩基地面圆周钻孔，孔深9米，间距0.4米，分两圈交错排列，高压喷灌水泥浆，边提升边旋喷，让水泥浆浸透到桩基四周，将周边的砂层固结起来，以保护钢筋，主要目的是防渗水。具体内容见“加固方案二”。 加固方案二（采用方案）四、 方案比较方案一，满足加固目的，既恢复了桩径，也保护了钢筋，施工可行，质量可靠，不需要特殊设备，一劳永逸。但费用高一些，工期长一些。方案二，施工简单，费用低一些，工期短。但不能恢复桩径，能否使8米深、2米多直径范围内的固结体均匀有效地保护钢筋，难于提供证明依据，质量不易保证，并需要一套高压旋喷设备。2. 河源市东源县蓝口东江大桥1号墩基础加固一、 概况蓝口东江大桥为250米刚架拱+516米简支T梁，1997年4月建成通车。但通车不久后出现刚拱架下挠、砼开裂等病害，1999年2月已对其中一跨刚拱架和一个主桥墩进行了重建和加固，2003年10月又对另一孔刚架拱和主桥墩进行加固，下面主要介绍1号主桥墩的加固情况。该桥基础加固于2004年2月完成。二、 桥墩基础病害及原因1号墩由重力式墩身、承台及双排桩基础组成。主要病害为桥墩下沉引起上部结构开裂，从原设计图及地质情况看，桩基为嵌岩桩，持力层为微风化花岗岩，但却明显下沉且沉降不稳定，估计是桩基深度不够或桩底清孔较差造成。过去己在承台下抛铺大量块石，但不起作用仍在下沉。三、 加固方法考虑到承台下已经抛铺大量块石，本次加固将分为两部分：（1）抛石层加固，将承台及抛石层组合成一个扩大基础，支承于砂层上，以减少桩基所受外力，即对桩基进行部分卸载。（2）下面的砂层加固，在桩基周围的砂层里面灌水泥浆，使之固结，增大桩基摩擦力，提高桩基承载力，阻止桩基础下沉。要求在枯水期施工。先施工抛石层，后施工砂层。抛石层和砂层的灌浆必须满足设计要求，灌满相应的范围，才会达到预期目的。（一）抛石层加固1. 首先靠人工抛填片石將层台下尚未填满的空间全部填实，工程数量中按1米高的空间计抛石量。2. 人工采用干砼草袋和粘土草袋,將抛石层表面铺砌封实，以防灌浆时漏浆，铺砌前应人工將抛石斜面找平顺。3. 灌浆方法：采用钻杆注浆法灌注水泥浆。边喷灌边提升，让浆液填充空隙，包裹块石。（1） 灌浆标准：填充石块间空隙，將石块固结成整体，提高承载能力，填充物28d的的抗压强度应大于5mpa。（2） 浆液材料：普通硅酸盐425水泥，粉煤灰（球磨灰，粒径越小越好），氯化钙，三乙醇胺。（3） 灌浆范围：承台下所有抛石体。不同位置的孔深可能会不同，但要求钻孔至抛石体底部，图中按平均3.4米计。考虑到抛石体间的空隙虽有砂填充，但渗透系数可能较大，初定浆液扩散半径为0.81米。（4） 钻孔布置：按平面图的孔位，分A、B、C、D四种不同的孔型钻斜孔。（5） 临时工程：施工时需要围绕承台四周搭设工作平台。 （二） 砂层加固设计下面就砂层加固设计与抛石层加固设计的不同之处进行说明，其余未尽事项与后者相同。（一） 设计要点（1） 抛石层注浆施工完成后，对其下4.6米深的砂层进行灌浆加固。（2） 灌浆方法仍采用钻杆注浆法灌注水泥浆。（3） 灌浆标准：固结砂层，提高砂层与桩基的摩阻力及承载能力，固结体28d的抗压强度应大于8mpa。（4） 灌浆材料：普通硅酸盐425水泥，三乙醇胺。（5） 灌浆范围：抛石层下4.6米深砂层，初定浆液扩散半径为0.60.8米。（6） 钻孔布置：按平面圆的孔位，分E、F、G、H四种不同的孔型钻斜孔。3. 增城市人民大桥沉井基础加固一、 概 述广东省增城市人民大桥位于市区的增江河上，是连接该市的东城区和西城区两大闹市区的主要城市公路桥梁，来往车辆和行人较多。该桥于1978年10月建成，设计荷载汽-15级，挂车-80，主桥为358米等截面悬链线半悬波双曲拱桥，桥宽净8+21.25米，上部结构共6片拱肋，间距1.65米，拱肋为钢筋砼，但腹拱圈及腹拱墩为石砌拱。引桥为跨径不等的多孔石拱桥，全长348米。主桥下部结构为两石砌重力式墩加沉井基础，沉井高9米，基底位于硬亚粘土上，四周有9米深的粗砂和砾砂，整个沉井埋于砂层中。该桥已于2002年11月加固后通车。二、基础病害及原因二十几年来，由于下游挖砂，造成两沉井基础被水严重冲刷，靠东城区的基础较为严重，其中沉井一侧原9米深的砂层几乎冲尽，基底持力层已被水冲刷。前些年虽经多次抛石护基，但除了对水流速小一些的西面沉井有一定效果外，对东面的沉井没有效果，石头也被冲走，迎水面的圆端头沉井底面已有约1/3被淘空，虽然尚未发现沉井位移或倾斜，但已严重威胁到大桥的安全，下游几公里处就曾发生过水冲垮桥的事故。此外石砌腹拱圈各孔靠人行道两侧均有大小，数量不等的纵向裂缝，其中每孔均有两条约10毫米宽的纵向贯通裂缝将整体腹拱圈纵向分裂成独立的三部分，桥面也有较多破损。该大桥在2000年3月进行过静动载试验，结果表明，上部结构除腹拱外，主拱圈工作性能可满足使用要求，均没有发现什么病害。随着冲刷的加深，现已到不得不加固的时候。三、 加固方法制定加固方案前，对该桥的上、下部结构又进行了详细的现场检查，结合过去的检测资料和管理单位的要求，明确了加固的主要任务是：对两个沉井基础加固，使基底在遭受严重冲刷后，保证沉井不发生位移及倾斜，并且尽量恢复腹拱圈的整体性，为此设计出两种方案：（1） 钢板桩围堰排水，在基础底面四周一定范围内设扩大基础，保护基底免受冲刷。（2） 在现有沉井外壁四周增设钢筋砼承台，承台下围绕沉井布置桩基，以便在沉井基底淘空时能托起沉井，将荷载转移至桩基承受。根据现场实测结果，枯水期墩位处水深7.5米， 桥下净空高度较低，无法使用打桩机打钢板桩围堰，而且围堰面积大，费用高又影响通航，不能采用第1方案，只能采用第2方案。设计时，根据水深和地质情况，在原来的圆端形沉井半高处，设置新承台紧箍沉井外壁，承台下设多根钻孔灌注桩支承。承台和桩基尺寸的选定根据以下三个因素决定：（1） 考虑多年后沉井底面可能会大部被水流淘空，新增桩基的承载力应等于或大于原沉井加上新增基础的承载能力。（2） 新增群桩的抗推能力也应等于或大于原沉井的抗推能力。（3） 保证原沉井的承载能力及抗推能力能转嫁给新增桩基。根据第1个和第2个因素，结合地质资料，经计算每个沉井四周需布置14根直径为1米的砼桩基，由于墩位处岩层起伏较大，上下游方向的桩长不尽相等，但都深入微风化岩层2米以上，按摩擦桩设计，最短桩长为18米，最长的26米可满足要求，如图1。根据第3个因素，结合桩径及施工要求，经新、旧砼抗剪及锚筋抗剪、抗拔计算，留有适当安全系数，沉井腰部增设宽1.6米，高2.5米的承台箍来托起沉井，与承台接触的沉井外壁经深度密集凿毛，并在井壁上设较密的粗钢筋锚固，保证承载能力的传传递，如图1。此外在承台外侧面配较粗的环绕沉井箍筋，保证承台的整体性。对于腹拱圈纵向裂缝，可采用横向设置钢拉杆施加预应力等措施加固，但由于腹拱圈为石砌体，不便采用此法，只有在对裂缝灌水泥浆封闭后，结合桥面铺装改造，将腹拱圈上的原粗砂填料挖出，换成20号砼填平层，以此来加强腹拱圈的横向整体性。四、施 工主要说明沉井基础的加固施工情况，其施工程序为：临时工程、浮吊船制作、抛锚定位、栈桥及钻孔平台搭设、钢围堰制安下沉、钻孔桩钢护筒下沉、钢围堰封底 、钻孔灌注桩施工、堰内回填、抽水、承台施工、折除工程。图1 沉井加固设计首先在沉井四周按要求震动下沉钢管桩，以钢管桩作为支承，搭设栈桥及工作平台，钢围堰靠高压射水、吸泥及振动下沉，清基后通过水下抛石等措施封堵围堰的刃脚。钻孔桩的钢护筒通过定位架定位后，采用震动锤下沉至河床，再浇注水下钢围堰封底砼。随后可进行钻孔灌注桩施工，由于桥下净空高度不够，需将普通冲击钻机改造后才能使用，同时净空矮还使得钢护筒的下沉及钢筋笼下沉节段较短，接头太多等麻烦。钻孔灌注桩完成后，向围堰内回填中粗砂至新增承台底面，用振冲器进行密实，然后抽干围堰内的水，割除多余的钢护筒，为承台施工提供必要的条件，如图2。图2 沉井加固施工4. 汕尾市海丰县圆墩大桥桥台加固一、 概况圆墩大桥位于汕尾市海丰县境内，国道324线广汕K766+899公里处，跨越圆墩河。 上部结构采用：416+330+216m简支T梁，16m跨为普通砼，30m跨为预应力砼结构。大桥全长191.94m，桥宽15m。下部结构采用双柱式墩台，基础为钻孔灌注桩120cm，该桥于1992年通车。十年来，由于交通量剧增，车辆荷载加重，超重车频繁。经桥梁检查发现，两个桥台均发生了向河中心方向较大的水平位移等病害，且仍在继续发展，两边孔已不能正常使用。该桥加固正在施工中。二、 病害及原因1、 桥台均向河中倾斜，台背已将T梁端部顶紧，并已将部分梁端砼压碎，脱落破碎长度约45cm，深度8cm，破碎处钢筋外露，生锈。无伸缩缝可言，原边跨板式橡胶支座已严重变形为上下错开约45。由于桥台前倾，造成台后填土下沉约20cm，搭板脱空、破碎，台前护坡也有损坏，虽经多次填补，仍然跳车严重，已严重威胁到边跨梁的使用安全。2、 面四道伸缩缝已完全损坏，失去作用，目前用沥青填料填充。桥面水泥砼铺装大面积破损、龟裂，出现严重网状裂缝，并伴有许多坑槽和贯通几跨的纵向裂缝。防撞栏内侧许多地方砼保护层脱落，钢筋外露生锈。桥台位移引起支座变形三、 加固方法桥台加固：在两桥台前的锥坡面上各设置3道斜撑顶住台帽、斜撑下设置扩大基础，以便减少工程量，维持正常交通。更换台后搭板，维修台前护坡；更换两边跨支座：采用将整跨梁整体顶身升的方法更换支座。桥台加固图3、 施工要求及程序（1）在两桥台护坡前适当距离筑草袋围堰，开挖基坑（并抽水）及斜撑位置处护坡，夯实地基铺筑稳定垫层后，绑扎基础及斜撑钢筋并浇筑砼及回填夯实，但斜撑与桥台盖梁连接处预留约1米长暂不浇筑砼，与盖梁相连的锚固钢筋也暂不焊接。与此同时分半幅凿除旧搭板，开挖台后填土至桥台盖梁底部为止，大约2.9深度，焊接斜撑锚固钢筋，并浇筑斜撑与盖梁连接处预留段砼，达强度后，台后换填砂砾石，并分层夯填后铺筑10号砼垫层至搭板底部高度。浇筑搭板砼及铺装层砼，达强度后通车，按同样程序施工另半幅；桥台加固完工后，修复护坡。开挖台后填土时应注意通车半幅路基的临时支挡及交通指挥。搭板上的铺装层厚度和砼标号同桥面铺装层，但不设钢筋网。（2）将两边跨梁两端的伸缩缝及桥面连续锯开，并将台背处顶住的边梁端部及其它桥面板割开5cm宽的横向通缝，保证边孔自由升降，以便更换伸缩缝及支座。在边跨梁一端的7片梁下设置千斤顶，将边跨一端同时顶升更换支座后，再用同样的方式顶升更换另一端的支座，也可在梁的两端同时顶升更换全跨支座。然后修复压碎的梁端和翼板端砼。顶升时，采用整体顶升，一定要注意同时、同顶升量，保持各梁平衡，以免破坏T梁横向连接。顶升前做好一切准备工作，千斤顶将梁顶紧后，临时中断一下交通，再以尽短时间顶升换支座，落梁后通车。桥上交通指挥与桥下施工指挥应紧密配合。二、上部结构加固实例（一）、拱式桥1. 增城市人民大桥拱上结构加固一、 概 述广东省增城市人民大桥位于市区的增江河上，是连接该市的东城区和西城区两大闹市区的主要城市公路桥梁，来往车辆和行人较多。该桥于1978年10月建成，设计荷载汽-15级，挂车-80，主桥为358米等截面悬链线半悬波双曲拱桥，桥宽净8+21.25米，上部结构共6片拱肋，间距1.65米，拱肋为钢筋砼，但腹拱圈及腹拱墩为石砌拱。引桥为跨径不等的多孔石拱桥，全长348米。主桥下部结构为两石砌重力式墩加沉井基础，沉井高9米，基底位于硬亚粘土上，四周有9米深的粗砂和砾砂，整个沉井埋于砂层中。二、上部结构病害及原因通车二十几年来，石砌腹拱圈各孔靠人行道两侧均有大小，数量不等的纵向裂缝，其中每孔均有两条约10毫米宽的纵向贯通裂缝将整体腹拱圈纵向分裂成独立的三部分，桥面也有较多破损。几年前曾对腹拱圈裂缝进行过灌浆处理，但过不久又继续开裂。原因是桥面开裂后，水渗入到下面的填料层中，使填料层松软，在车辆作用下，使腹拱圈横向挤压撕裂。该大桥在2000年3月进行过静动载试验，结果表明，上部结构除腹拱外，主拱圈工作性能可满足使用要求，均没有发现什么病害。三、 加固方法1. 凿除桥面，挖出原来的砂和煤碴填料，更换为20号砼填料层；2. 对原有的裂缝再次灌浆封闭；3. 加强新浇砼铺装层的横向配筋。通过上述几项措施加强腹拱段的整体性，该桥已于2002年11月加固后通车。主拱立面加固图 主拱横断面加固图2. 佛 山 澜 石 二 桥 加 固 一、概述佛山澜石二桥是广东省内较大跨度的一座刚架拱桥，该桥由7跨刚架拱组成。其跨径组合为245m70m85m70m+245m，桥全长461.4m，桥宽为净9+1.5m。设计荷载为汽车-20级，挂车-100，人群3.5KN/m2，桥面纵坡3。该桥于1989年6月建成，现今由于多种原因造成较多病害，需要进行加固维修。该桥加固于2003年9月完成通车。二、上部结构病害及原因各刚架拱片的弦杆正弯矩区普遍有较多竖向裂缝，且有一部分裂缝的宽度超过容许值。跨中实腹段底面也有竖向裂缝，大、小节点负弯矩区的桥面横向裂缝较多、较宽，较严重的是有几跨刚架拱的横隔板有松动、下坠，其余大部分横隔板跨中有竖向裂缝，桥面振动大，上部结构整体性差。少数肋腋板有裂缝，其余无病害。主要原因是横隔板施工质量差，超重车辆多，造成各各刚架拱片受力较不均匀。三、 加固方法据澜石二桥外观检查报告等资料分析和“设计依据”2，本次加固拱片的弦杆段、实腹段及其相应段的横向联系。1 横向联系加固考虑到原预制砼横隔板大多已有病害：其中部及两端连接处有较多裂缝，各跨三片拱肋的整体性已经降低，必须加强横向联系，在不中断交通的情况下。采用型钢对所有砼横隔板进行加固，同时在拱腿的上方设钢剪刀撑加固两拱片的横向联系。 横隔板加固2 弦杆及实腹段加固弦杆及实腹段的受拉区均出现较多的竖向裂缝，表明构件在正常使用极限状态下抗拉能力不足，采用底面粘贴碳纤维布，增强抗拉强度的加固方法并对两侧的裂缝采用环氧胶液封闭。3 大、小节点的加固大、小节点为负弯矩区，顶板均有竖向裂缝往下延伸，附近还有斜裂缝，表明节点的抗弯能力不足并且主拉应力过大。由于本次加固不中断交通、桥面不能动，只能在负弯矩区的两侧粘贴钢板以承受部分负弯矩及主拉应力。4 弦杆、实腹段及横隔板原有裂缝将采用环氧胶液灌缝，封闭处理。刚架拱片加固3. 东莞市中堂槎滘大桥加固一、 概 况东莞市中堂槎滘大桥在槎滘至东向附近跨越横涌河。大桥全长630.2米，跨径组合为：616米（简支T梁）+745（净跨）米（刚架拱）+1016米（简支T梁）的钢筋砼结构桥梁。主桥墩为重力式墩配钻孔灌注桩（群桩）基础，引桥采用双柱式桥墩，框架式桥台及钻孔桩基础。桥面宽度为：净-9+21.5米。设计荷载为：汽车-20，挂车-100，人群3.5KN/。通航净空：406m（宽高）。主桥刚架拱片采用支架现浇施工，微弯板为预制安装。该大桥于1988年8月建成通车，随着当地经济的高速发展，槎滘大桥交通量日趋繁忙，重型车辆不断增加，对大桥的影响日趋严重，大桥多处地方出现病害，对大桥的继续使用构成较大的安全隐患。业主曾委托四航局有关单位对水下基础进行检查并加固，并于2003年4月委托广东工业大学及广州市公路工程质量检测中心对该桥上部结构进行了检查，根据检查报告，曾委托有关单位提出过更换全部微弯板加固设计方案。由于更换全部微弯板的方案需全封闭交通数月，如部分通车由于横桥向由三块微弯板组成，更换中板时通车宽度不够且存在安全隐患和工期长的不足之处。为了保证生产、生活的交通需要，缩短工期和确保安全，受东莞市地方公路总站委托我院组织有关人员制定加固方案经业主和有关专家评审后，现对该桥进行加固维修施工图设计。该大桥已经完成加固设计，正准备施工。二、上部结构病害及原因根据检测结果，主桥主要有微弯板顺桥向开裂、破碎，上弦杆开裂，主拱腿、次拱腿根部开裂，主拱圈跨中开裂、桥面开裂。上弦杆开裂、次拱腿、主拱腿开裂病害及原因主要为：交通量大、超载现象严重，导致了裂纹进一步扩展。跨中裂纹进一步扩大。上弦杆、微弯板也相继产生较大裂缝。微弯板在伸缩缝处破坏严重侧主要是由于时间的推移，伸缩缝逐渐失效并出现跳车动载荷导致的。墩的小量沉降对危险点应力贡献不大，但可能导致跳车现象加剧。主、次拱腿的裂缝主要不是由活载产生的，特别是次拱腿。主要原因应是是由于变温及交变载荷反复作用下产生的。其产生时间较晚且是缓慢扩展的。大小节点处的应力不大。其产生裂缝的原因应是由于局部应力集中的原因。随着跨中、上弦杆开裂及冲击、交变载荷导致其进一步发展。微弯板顺桥向开裂、破碎主拱圈跨中开裂三、 加固方法1. 桥面及微弯板：结合桥面改造将原行车道桥面凿除一部分，要保护好原铺装层横向钢筋，不得割断及变形，为了清碴施工方便，纵向钢钢筋可部分临时移位，桥面凿深严格按设计图控制，要保护好微弯板，泄水孔及人行道预埋筋等。在微弯板顶面1米宽内设一层钢筋网。清喳吹净后，恢复原纵向钢筋，在原铺装层钢筋网之上，增设一层加强钢筋网，桥面负弯矩区加密纵向钢筋，并将40#砼铺装层加厚4cm。对有纵向裂缝的微弯板，在底面沿裂缝包微弯板横梁粘贴宽60cm垂直于裂缝的碳纤维条加固，对少数几块损害严重的微弯板按相应图纸说明方法更换。2. 上弦杆加固：在上弦杆正弯矩区的梁底贴一层碳纤维，再包一层U形碳纤维；3. 实腹段加固：在跨中梁底贴一层碳纤维，再包一层一定高度的U形碳纤维；拱片加固图（N1、N2、N3为钢板）4. 大节点及小节点加固：主要靠增加桥面厚度及配筋来增强抗负弯矩的能力，同时在大、小节点处两侧粘贴一定钢板增加其刚度及抗裂能力；5. 主拱腿、次拱腿加固：在主次拱腿根部一定范围环包一层碳纤维，增强根部的抗压及抗弯能力。6. 裂缝处理：需要处理的部位有：刚架拱主拱肋、引桥T梁及横隔板。由于本桥需要处理的裂缝多，范围大，用常规的压浆处理及封闭处理时需要重新查找裂缝，这些方法工作量非常大，工期长，且容易遗漏。本工程选用新型的裂缝处理材料：PENETRON水泥基渗透结晶型防水涂料。本桥裂缝均小于0.4mm，涂刷混凝土表面就能基本封闭不大于0.4mm的混凝土的裂缝，此方法处理裂缝施工工艺简单快速、全面涂刷有利美观。能穿透深入及封闭混凝土的裂缝，在表面受损的情况下，其防水及抗化学腐蚀等特性仍能保持不变。 （一）、梁式桥1. 佛山市南海区谢叠大桥加固一、概述佛山市南海区谢叠大桥全长860m，1994年9月建成通车，全桥的构成为：简支梁+T型刚构+简支梁+T型刚构+简支梁，其中一个T构跨越河道，两悬臂端支座之间长104m，采用支架现浇施工，挂梁长16m，另一个T构跨越铁路，两悬臂端支座之间长68m，采用路边现浇后转体施工，挂梁长也是16m，两个T构的梁高按半立方抛物线变化，通车不久出现相同的病害，只是程度不同而已。现以跨河的T构为例介绍。该大桥于1999年11月加固竣工。该T构半悬臂长52m，桥宽21.5m，采用单箱三室断面，悬臂根部梁高6.2m，底板厚60cm，端部梁高1.5m，底板厚15cm，中间梁高及底板厚按半立方抛物线变化，顶板厚度均23cm，在靠近牛腿5.4m的一段腹板厚为50cm，其余为30cm。箱梁采用了三向预应力混凝土结构，纵向和横向预应力筋采用钢绞线，竖向采用无粘结钢绞线为预应力筋。二、上部结构病害及原因桥面上的主要病害有：悬臂端部牛腿下挠近0cm,桥面及栏杆明显下凹似折线形，车辆通过时有明显的起伏危险感，墩顶桥面有横向裂缝。箱梁内的主要病害有：1/2 悬臂附近处几块腹板上均出现多条斜裂缝，箱梁顶板跨中下缘有较多纵向裂缝，牛腿处各横梁中部有多条竖向裂缝。静载实验时，各种裂缝仍在开展。 根据以上现象，按图纸尺寸及配筋验算后并没有什么问题，但从箱内施工留下的痕迹来看，箱内残留大量混凝土浮浆、模板等垃圾，腹板上有较多蜂窝麻面，多处有空洞、露筋现象，几个箱的牛腿处顶板有几束预应力筋套管外露，灌浆不可靠。经腹板钻孔后还发现腹板多处局部厚度比设计厚度少几厘米，最多的少8cm。另据桥梁管理部门反映，当年施工时有严重赶工期情况。通过以上调查，施工质量较差是大桥出现病害的主要原因，超载是次要的原因。具体说来主要是浇筑混凝土质量差，局部尺寸不够，张拉预应力筋过早，且质量不好。凿除桥面后看到有的竖向预应力筋锚头已松动。由此造成各方向的预应力损失过大，结构实际的抗力效应比设计小，而承受的应力比设计大，加上超载使用，出现这样那样的病害是必然的。三、 加固方法结合桥面的翻新改造，将原箱梁顶板面上的混凝土凿除，根据新增预应力筋的数量，在T构两端牛腿部位和靠近牛腿处的桥面板上凿出横向对称的纵向为2至3排深约10cm的楔形锚坑，锚坑位置须避开原桥面预应力筋束位置。在桥面铺设穿有预应力筋的扁形波纹管或直接铺设无粘结预应力筋，预应力筋从T构牛腿附近的一端拉到另一牛腿附近端。见图1。将图1近一半的锚板高度埋于箱梁顶板面以下，预应力筋套管或无粘结预应力筋紧贴箱梁顶板面，以便使顶板旧混凝土也承受一部分压力，待环氧砂浆固化后，穿索张拉至设计张拉力的510，主要是使预应力筋拉直、拉紧定位。在锚头后纵向几米长的顶板上钻约10cm深的孔，孔距大约在20倍孔径左右，孔位应避开原箱梁顶板纵向钢筋，呈梅花形分布在新布置