桥梁加固技术详解

摘要: 随着桥梁使用年限的增长以及桥梁负荷的日趋增大,我国很多桥梁均出现了破损, 因此研究如何修复这些桥梁已成为当今桥梁设计 的重要课题。通过对目前我国大部分桥梁修复的实例分析,桥梁加固是维修病害桥梁、提高桥梁承载能力的最基本、最常用的方法,本文提出 了桥梁加固的目的, 论述了桥梁加固的常见方法及特点, 给出了桥梁加固的方案选择和加固效果评价。 

关键词: 桥梁加固; 加固方法; 加固方案; 加固效果 

桥梁是公路交通的咽喉, 其使用功能的好坏 直接影响整条线路的畅通, 既有公路中由于受到 当时局限的设计、材料、施工加固等各方面的影 响, 严重制约了公路运输事业的发展,加上不能适 应现在交通量飞速增长, 使得旧桥检测和旧桥加 固技术显得非常迫切。 

1 加固目的 

随着我国国民经济的日益发展, 交通运输量 的迅速增长, 截止至2000 年, 我国危桥总长已达 2 万余延米。若将其拆除重建, 不仅要耗费大量资 金, 而且工期也较长; 若有计划、有步骤的对现有 旧桥进行加固改造, 桥梁加固后, 可以延长桥梁 的使用寿命, 用少量的资金投入, 使桥梁能满足 交通量的需求, 还可以缓和桥梁投资的集中性,为 国家带来巨大的经济和社会效益。因此,加固设计 必须本着“牢固可靠、简便耐用、经济适用”的基 本原则。 

2 加固方法 

加固, 简单来说, 就是通过一定的措施使构 件乃至整个结构的承载能力及其使用性能得到 提高, 以满足新的要求。旧桥加固方法可综合为 以下几类。 

2.1 结构性加固 体外预应力加固法。体外预应力法的加固原 理是在梁的下缘受拉区设置预应力材料, 通过张 拉对梁体产生偏心预应力, 在此偏心压力作用 下, 使梁体发生上拱, 抵消部分自重应力, 减小了 结构变形和裂缝宽度、改善了结构受力, 能够较 大幅度的提高结构承载力。目前常用下撑式预应 力拉杆加固法和外部预应力钢丝束加固法两种。 在合理安排施工流程的情况下, 该方法可最 大限度地减少对桥上交通的影响, 甚至可以在有 限开放交通的情况下组织施工, 因此近年来国内 工程实例较多。如301 国道盘锦立交主线桥和盘 锦立交WH 匝道桥的加固。但加固后体外预应力 筋的防腐问题一定程度上增加了后期养护费用, 因此, 一般不是公路部门的首选加固方法。 粘贴钢板或碳纤维( CFRP) 加固法。粘贴钢板 加固法是采用粘结剂和锚栓将钢板粘贴锚固于 混凝土结构受拉面或其它薄弱部位, 使钢板与加 固混凝土结构形成整体, 以达到提高结构承载能 力的目的。该方法具有基本不改变原结构的尺 寸、施工简单、技术可靠、短期加固效果较好且工 艺成熟等优点, 近些年来在钢筋混凝土桥梁的加 固维修中为公路部门广泛采纳, 是近几年应用最 多的加固方法。如广州东圃大桥加固。 碳纤维加固技术是近几年内才由国外引进 的一种新技术, 因其强度高, 耐腐蚀, 且施工简便 等优点, 目前已广泛应用于实际工程中。如广深 高速公路福田互通立交桥加固、107 国道( 深圳 段) 洋涌河大桥加固。然而, 由于碳纤维本身的一 些缺陷, 如脆性、耐火性不好等使得这种材料的应用受到限制。 增大截面与配筋加固法。增大截面与配筋加 固法一般采用在梁底面或侧面加大尺寸, 增配主 筋, 以提高主梁截面的有效高度, 从而达到提高 桥梁承载能力的目的。然而, 由于增大截面法在 施工过程中全部的作业需在梁底进行, 施工难度 较大且施工质量难以控制, 因此, 尽管在某些情 况下费用并不太大, 但以上因素制约了该技术的 广泛应用, 一般用于T 型截面梁的加固维修。如 河南南阳桐柏淮河大桥加固。 改变结构受力体系加固法。改变结构受力体 系加固法是通过改变桥梁结构受力体系以达到 提高结构整体承载能力的目的, 是一种变被动为 主动的加固方法。这种技术具有提高结构承载 力, 增大结构刚度, 减小挠度等优点。但该加固方 法施工改造时一般要涉及到桥面铺装的再处理, 增加了改造费用且加固效果受负弯矩区施工质 量的影响较大, 目前极少单独采用。如2003 年湖 北鄂州涂家咀连续拱桥( L0=70m) 加固、2005 年 福建蒋乐积善连续拱桥( L0=30m) 加固。 此外, 结构性加固方法还有增设主梁加固 法、锚喷混凝土加固法和增加横向联系加固法 等。 

2.2 非结构性加固 钢纤维混凝土修复桥面铺装层。对桥面铺装 层的严重破损, 可考虑采用钢纤维混凝土修复。 这种材料具有高强度、抗裂能力强, 抗冲击耐磨 耗等性能, 可延长桥面的使用寿命, 在不增加桥 梁恒载的情况下, 改善梁的结构受力性能。 伸缩缝的更新改造。在桥梁维修中, 以下几种类 型伸缩缝的使用是较成功的。SFP“三防”型伸缩 缝在大型桥梁上的应用情况良好; 仿毛肋伸缩缝 在大、中型桥梁的大量使用, 效果明显; TST、FG 系列桥梁无缝伸缩缝, 在中小行桥梁上也得到广 泛使用。 

2.3 U 型高桥台加固 预应力锚索框架法。该加固法采取在U 型桥 台前墙和两侧墙外加套40 厘米的钢筋混凝土, 并在两侧墙增设水平预应力索对锚和前墙增设 地锚的方案。该方案适用于不能中断交通又无法 架设便桥的高桥台病害修复。 锚杆配合钢筋混凝土抱箍法。该加固法采取 台腔与桥台基础持力层进行压浆固化, 再打入锚 杆与槽钢抱箍, 最后在U 型桥台前墙和两侧墙外 加套25 厘米的钢筋混凝土, 新旧墙体采用锚杆 连接形成整体。该方案适用于地基承载力不足, 且施工处理不到位, 造成桥台前墙下沉。

2.4 桥墩加固 桥梁下部结构加固的主要目的是提高桥墩 的整体承载能力。如桥墩发生了结构性损伤, 可 以用外包混凝土、粘贴钢板或碳纤维的方法进行 加固。但是对于实体桥墩等横向刚度比较大的结 构, 其状态变化主要是由地基所引起, 此时可重点从回填硬土或者对地基进行注浆等方法提高 其约束桥墩的能力, 提高桥墩的整体承载能力。 抬桩就是通常使用的一种有效的加固方法, 即在 旧桩的两侧各增设一根桩, 并通过植筋扩大承 台, 共同受力。另一种桩基加固方法是钢筋混凝 土套箍。由于下部桩基施工等原因, 造成桩基缩 径, 采用的加固方法是清除桩体虚浮物, 通过植 筋后, 外抱箍微膨胀混凝土。 目前, 在很多桥梁加固改造中, 同一座桥梁, 针对不同的部位、不同的构件、不同的改造原因 同时采用了几种不同的方法。如宜宾马鸣溪金沙 江大桥的加固, 采用了增加构件加固法、粘贴钢 板加固法、碳纤维加固法、桥面层补强加固法; 西 藏尼木大桥的加固, 采用了粘贴钢板加固法、碳 纤维加固法、桥面层补强加固法; 绍兴斗门大桥 的加固, 采用了增加构件加固法、桥面层补强加 固法等等。 

3 加固方案选择 

加固方案与诸多因素有关, 常考虑的主要因 素:3.1 桥梁结构型式; 3.2 桥位地形、水文、自然状 况; 3.3 桥梁现状分析研究结论; 3.4 施工技术水 平; 3.5 能否封闭交通; 3.6 预期加固效果; 3.7 资金 投入量等。 合理的加固方案是将上述加固方法优化组 合, 体现出加固效果及经济效益。应注意以下两 点: 不同的加固方法有对应的设计计算方法; 加 固后的桥梁结构承载能力提高幅度受原结构的 制约,如原结构配筋率、截面尺寸等, 不可能无限 制地提高承载能力; 

4 加固效果评价 

桥梁加固应在不断总结经验和技术进步的 基础上形成专门规范, 同时要重视对加固后的桥 梁进行检测和观察, 以确定加固的效果。桥梁加 固后的上部结构通常是用静载或动载试验, 将试 验结果与加固设计的计算结果进行对比, 来判断 桥梁加固成功与否。但对下部结构而言, 不方便 进行荷载试验, 通过其频率变化来定量评估桥墩 的加固效果。 

桥梁的加固维修技术是最近兴起的一门新技术,为了指导桥梁加固技术的应用, 需提出一整 套完整的实用性公路桥梁检测、评定与加固成套 的技术规范, 为我国公路危旧桥的改造提供技术 支持, 确保危旧桥的改造工作科学合理、经济安全,使得桥梁加固做到“有法可依”。

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