試析公路橋梁加固改造工程中的常用相關(guān)技術(shù)

陳國棟，盧穩(wěn)健

（衢州市交通設(shè)計有限公司，浙江 衢州 324000）

試析公路橋梁加固改造工程中的常用相關(guān)技術(shù)

陳國棟，盧穩(wěn)健

（衢州市交通設(shè)計有限公司，浙江 衢州 324000）

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，交通運輸量與日俱增，很多公路橋梁不堪重負，出現(xiàn)各種破損、老化現(xiàn)象，難以適應(yīng)現(xiàn)代交通運輸需求，對公路橋梁進行加固改造迫在眉睫。分別從公路橋梁上層結(jié)構(gòu)與下層結(jié)構(gòu)加固改造兩個方面對加固改造工程中的常用相關(guān)技術(shù)進行了分析，并闡述了某公路橋梁加固具體實例。

公路橋梁；加固技術(shù)；改造工程

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，交通運輸量與日俱增，很多公路橋梁不堪重負，出現(xiàn)各種破損、老化現(xiàn)象，難以適應(yīng)現(xiàn)代交通運輸需求，對公路橋梁進行加固改造迫在眉睫。公路橋梁多種多樣，混凝土保護層剝落、裂縫、鋼筋銹蝕、不均勻沉降等問題頻發(fā)，其缺陷、病害也具有一定的復雜性。公路橋梁加固改造工程的質(zhì)量好壞對于橋梁的使用壽命、交通安全影響巨大。因此，對公路橋梁進行加固改造時應(yīng)針對其具體情況選取恰當?shù)募庸谭椒ā?/p>

1 公路橋梁加固改造的必要性

公路橋梁同其他建筑一樣存在一定的使用壽命。在公路橋梁投入使用期間，不僅會遭受各種自然環(huán)境因素的影響，還會受到人為因素的影響。隨著公路橋梁使用時間的累加，各種缺陷問題也隨之產(chǎn)生，當損壞到一定程度時便會影響公路橋梁的正常通行。

1.1 節(jié)省建設(shè)資金

選取恰當?shù)募庸碳夹g(shù)對公路橋梁進行全面的維修改造能夠使其恢復正常運營，從而避免報廢重建，能夠節(jié)省大量的人力物力財力，從而獲得良好的經(jīng)濟效益與社會效益。

1.2 確保道路安全暢通

公路橋梁出現(xiàn)的損壞位置是其質(zhì)量最為薄弱的位置，通過相關(guān)加固改造技術(shù)的應(yīng)用，能夠消除其質(zhì)量薄弱位置的隱患，保障通行車輛的安全，避免事故的發(fā)生，提高其服務(wù)質(zhì)量與通行能力。

1.3 推動可持續(xù)發(fā)展

公路橋梁的可持續(xù)發(fā)展模式是指在滿足現(xiàn)代人們?nèi)找嬖鲩L的交通運輸需求的情況下，為子孫后代保留發(fā)展空間與生活環(huán)境，實現(xiàn)能源、社會、經(jīng)濟及環(huán)境的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。在公路橋梁損壞尚不嚴重的情況下及時地進行修復加固符合可持續(xù)發(fā)展的理念。當公路橋梁出現(xiàn)嚴重破損時再進行補救往往需要投入大量的人力、物力、財力，因此應(yīng)及時發(fā)現(xiàn)問題，盡早進行加固，防患于未然，實現(xiàn)長期的經(jīng)濟效益。

2 公路橋梁上層結(jié)構(gòu)加固方法

2.1 增大橋梁截面與鋼筋

在公路橋梁梁的使用性能不足的情況下，工程中通常采取增加配筋量或者增大截面面積的方法。其中為提高梁的穩(wěn)定性與剛度，往往會采取增配主筋的方式。而增加截面主要是針對橋梁側(cè)面或者底面。通過以上措施能夠有效地提高公路橋梁的承載能力，對橋梁荷載橫向分布能力進行改善。

2.2 橋面加固

針對橋面破損的情況，通常施工時先鑿開橋面，然后再公路橋梁橋面增鋪一層新的鋼筋混凝土。該種加固技術(shù)能夠保證增鋪的鋼筋混凝土層與原橋面成為整體，從而改善舊橋的荷載分布情況，增強橋梁抗壓性能，從而滿足增加的現(xiàn)代交通運輸需求。

2.3 錨噴混凝土

錨噴混凝土方法是指利用高速噴射機器，在公路橋梁的鋼筋網(wǎng)上噴射適量的混凝土，從而增強整個公路橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能，改善其受力面受力情況，增強其荷載能力。

2.4 粘貼鋼板

作為一種新型的公路橋梁加固技術(shù)，粘貼鋼板方法在加固改造過程中不改變原有結(jié)構(gòu)尺寸，具有加固效果好、工程工期短、施工操作簡單易行等諸多優(yōu)點。該項技術(shù)的具體操作方法為使用粘結(jié)劑將混凝土與鋼板固定粘合起來，從而使其成為一個堅固的整體，提高橋梁薄弱、缺陷位置的強度，其設(shè)計要點是確保鋼板到達屈服點之前，混凝土結(jié)構(gòu)不會損壞。在需要提升橋梁的抗彎強度的情況下，改造工程中可針對性地進行剪切強度設(shè)計，并采取橋梁下放置鋼板的方式來提高抗彎強度。在需要提升橋梁的抗剪強度的情況下，需采取橋梁側(cè)面放置鋼板的方式，并且需要確保其與原橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剪力鋼筋受力為同一方向。

盡管粘貼鋼板的方法存在諸多優(yōu)點，但其也有一定的弊端。該種方法需要較為嚴格的粘貼工藝，并且對工人施工作業(yè)水平要求很高。

2.5 粘結(jié)纖維增強復合材料

粘結(jié)纖維增強復合材料法是指采用一定配比配置好的浸漬樹脂或者粘貼樹脂將纖維增強復合材料與公路橋梁混凝土構(gòu)件粘貼起來，提高其承載能力。

當前，實際施工中采用的纖維增強復合材料主要包括芳綸纖維、碳纖維、玻璃纖維三種。其中碳纖維材料最為常用。下面簡要對碳纖維增強復合材料的應(yīng)用進行介紹。

碳纖維增強復合材料有兩種纖維方向，一種為單向，一種為雙向，工程施工中主要采用單向纖維方向的碳纖維增強復合材料。碳纖維增強復合材料具有耐腐蝕、剛度重量比率較高、較好的耐久性、較高的強度重量比、熱膨脹系數(shù)很低、抗疲勞性優(yōu)異等諸多優(yōu)點，非常適用于加固改造工程。

對比其他各種加固技術(shù)，碳纖維增強復合材料具有施工方便、施工質(zhì)量易于得到保障且后期的維護費用較低、高強高效、能夠根據(jù)具體公路橋梁進行設(shè)計施工、化學結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以保持原結(jié)構(gòu)的外觀、抗疲勞性、耐久性性能突出。如果公路橋梁結(jié)構(gòu)所處環(huán)境較為特殊，則需綜合考慮加固技術(shù)特點與橋梁具體情況，用裂縫灌漿等措施作為輔助。此外，由于碳纖維增強復合材料具有方向性，因此應(yīng)根據(jù)具體情況合理布置材料方向、選用合適的粘接位置的材料、設(shè)計合理的連接尺寸與連接方式。

3 公路橋梁下層結(jié)構(gòu)加固方法

3.1 鋼筋混凝土加套處理

在由于公路橋梁質(zhì)量問題或者基礎(chǔ)埋置深度不足而導致橋梁墩臺出現(xiàn)開裂現(xiàn)象時，通常選取鋼筋混凝土加套處理的方式進行加固處理。其具體施工操作要點是將橋梁墩身劃分成三道圍帶，圍帶之間距離與橋墩側(cè)面寬度一致，圍帶的寬度則需要綜合考慮墩臺裂縫的大小以及嚴重程度。通常寬度選取為墩臺寬度的1/10，而厚度大致為15cm。當墩臺損壞面積非常大，或者其裂縫非常嚴重時通常采取墩臺全部進行鋼筋混凝土加套處理的方式。

3.2 擴大基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

擴大基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是指增加公路橋梁的底面積。通常在基礎(chǔ)埋置很深或者基礎(chǔ)的承載能力不夠的情況下選取種加固方法進行改造。應(yīng)用擴大基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)加固方法時應(yīng)首先計算強度計算，確保該橋梁地基能夠滿足所需強度。當其地基滿足要求且公路橋梁問題主要是由不均勻沉降導致時，可以考慮選取該種加固技術(shù)

3.3 增加樁基礎(chǔ)數(shù)量

在公路橋梁基礎(chǔ)埋置深度不足、橋梁墩臺出現(xiàn)沉降現(xiàn)象以及其他原因?qū)е碌臉秲A斜問題出現(xiàn)時，將會嚴重影響公路橋梁的正常使用。此時，加固改造工程項目中通常的做法是通過增加樁基礎(chǔ)數(shù)量的方式來提高該公路橋梁的承載能力，從而達到加固橋梁的目的。其具體施工操作方法是打入鋼筋混凝土預(yù)制樁或者采用增加鉆孔樁。

3.4 墩臺拓寬法

在公路橋梁原有墩臺完好無損情況下，可以采用墩臺拓寬法來增強器承載力。其具體施工操作是對墩臺挑出的懸臂部分進行加寬處理。需要注意的是墩臺拓寬法不是對基礎(chǔ)或者墩臺本身進行加寬處理，而是對其上部的蓋梁進行加寬。

3.5 預(yù)應(yīng)力加固

所謂預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)是指通過對公路橋梁外加預(yù)應(yīng)力的鋼拉桿來完成橋梁加固。預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)非常適用于要求提高橋梁抗裂性能、剛度以及承載力并保證在加固改造工程完成后占用空間較小。預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)可以劃分為兩類，即預(yù)應(yīng)力撐桿加固技術(shù)與預(yù)應(yīng)力拉桿加固技術(shù)。預(yù)應(yīng)力撐桿加固技術(shù)應(yīng)用范圍為橋梁下部結(jié)構(gòu)的軸心受壓墩柱。預(yù)應(yīng)力拉桿加固技術(shù)則通常用于受彎構(gòu)件，將梁身作為錨固體。在橋梁承重時，預(yù)應(yīng)力拉桿對梁的受拉區(qū)域施以外力，從而使得該結(jié)構(gòu)自身的重量得以抵消，降低承重情況下的應(yīng)力水平。該種加固施工技術(shù)能夠有效避免橋梁裂縫的產(chǎn)生與擴大。

4 公路橋梁加固實例

4.1 橋梁簡介

高安大橋位于浙江省衢州市（見圖1），于1991年12月30日建成通車，為7×50m剛架拱橋，全長400.4m（含橋頭），橋梁設(shè)計荷載等級為汽-15，掛車-80；橋面系結(jié)構(gòu)為：0.25m(欄桿)+1m(人行道)+7m(行車道)+1m(人行道)+0.25m(欄桿)；橋梁上部結(jié)構(gòu)采用50m預(yù)制拼裝剛架拱(3個拱片)，矢跨比1/8；橋梁下部結(jié)構(gòu)：橋臺采用重力式橋臺，橋墩采用實體墩、擴大基礎(chǔ)。隨著國民經(jīng)濟的增長及人民生活水平的提高，該路段交通量日益增大，高安大橋現(xiàn)已超負荷運營，2009年4月，浙江公路技師學院試驗檢測中心對該橋進行了檢測，檢測報告綜合評定高安大橋橋梁技術(shù)狀況為“四類橋梁”，應(yīng)進行大修或改造。因此急需對橋梁進行加固改造。

圖1 高安大橋現(xiàn)場照片

4.2 病害勘察

本橋橋面系結(jié)構(gòu)有：橋面鋪裝、人行道、泄水管及欄桿等。橋面鋪裝主要是表面層磨耗嚴重，多處存在橫向及縱向裂縫。

橋梁的剛架拱片為橋梁的主要承重構(gòu)件，其破壞情況主要有外弦桿段存在較多的垂直軸線方向的裂縫，大小節(jié)點出存在較多的裂縫，橫向聯(lián)系梁節(jié)點處混凝土松動破壞，及泄水管水流滲入拱肋病害。

橋梁的微彎板及橫系梁在結(jié)構(gòu)中起傳遞力的作用，為一般承重構(gòu)件。在現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，微彎板有較多露筋、裂縫存在，尤其加勁肋破壞。個別橫系梁也存在豎向的貫穿裂縫。

橋梁下部結(jié)構(gòu)為重力式墩臺，其病害主要為個別勾縫脫落，弦桿支座處的臺帽砼有破碎、脫落現(xiàn)象，個別拱腳周圍砼有碎裂破壞，墩臺身滲水現(xiàn)象比較嚴重。

靜載試驗結(jié)論：

（1）通過實測的跨中橫向分布系數(shù)與計算的橫向分布系數(shù)的相差較大，且有鋸齒狀。導致鋸齒狀出現(xiàn)的原因是因為微彎板出現(xiàn)縱向裂縫，橫向聯(lián)系減弱。

（2）跨中主要控制截面最不利加載工況的應(yīng)變校驗系數(shù)均大于1，表明結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)與計算圖式不符，不滿足結(jié)構(gòu)安全性的要求。

（3）主要控制截面（跨中）相對殘余應(yīng)變最小為17.61%，其余均大于《公路舊橋承載能力鑒定方法（試行）》（1988年）規(guī)定相對殘余變形容許值不大于20%，因此高安大橋在試驗荷載作用彈性回復能力很差。

（4）在試驗荷載作用下，測得結(jié)構(gòu)的最大撓度為11.83mm，小于規(guī)范規(guī)定的允許值：L/800=62.5mm。因此，高安大橋的剛度符合設(shè)計要求。

（5）根據(jù)本次荷載試驗，該橋不能滿足原有設(shè)計荷載（汽-15，掛-80）的正常使用要求。

4.3 加固方案設(shè)計

（1）斜腿、弦桿和大節(jié)點：用環(huán)氧樹脂灌漿或封閉所有剛架拱拱肋、斜腿、弦桿和大節(jié)點裂縫后，現(xiàn)澆C40聚丙烯網(wǎng)狀纖維混凝土加大截面。清除相關(guān)結(jié)構(gòu)表面剝落、疏松、腐蝕等劣化混凝土，鑿毛并露出混凝土結(jié)構(gòu)層，此外，還應(yīng)對外露銹蝕鋼筋進行除銹處理。按設(shè)計要求植筋，綁扎鋼筋，澆筑混凝土，養(yǎng)生。

（2）橫系梁：首先用環(huán)氧樹脂灌漿或封閉所有橫系梁裂縫，然后在其表面粘貼角鋼，提高橫系梁的抗彎強度和剛度；橫系梁與拱肋連接部位的鋼板有銹蝕現(xiàn)象，先對銹蝕鋼板進行除銹，噴漆防護，然后分別在橫系梁和拱肋上粘貼鋼板，最后通過焊接粘貼在橫系梁和拱肋上的鋼板，提高拱肋與橫系梁連接部位的強度。

（3）微彎板：由于本橋全橋微彎板配筋太少，損害程度嚴重，故考慮更換全部微彎板，對微彎板重新設(shè)計，增大微彎板的厚度，加強配筋，提高其承載能力。

（4）斜撐：在錯斷處先用焊以8根短角鋼的鋼板2塊，分別用植螺桿和涂抹環(huán)氧砂漿錨固補強，置于外包的鋼筋混凝土中，以滿足抗剪和偏心受壓的承載能力。

（5）橋面系：橋面微彎板安裝完畢后，澆筑10cm厚C40混凝土橋面鋪裝，并使鋪裝層參與結(jié)構(gòu)受力，提高橋梁剛度和承載能力。更換全橋的欄桿，為減少自重，采用不銹鋼輕質(zhì)欄桿。在每個墩臺處安裝60型異形鋼伸縮裝置，并每隔5m設(shè)置一道泄水孔。

4.4 加固后荷載試驗

工程加固完成后一個月對橋梁進行現(xiàn)場荷載試驗

（1）從擾度校驗系數(shù)分析，工況一荷載作用下3號拱片跨中擾度的校驗系數(shù)為1.48，大于1.0（3號拱片非加載控制拱片），其余各工況各加載控制拱片校驗系數(shù)均小于1.0；從擾度殘余量分析，擾度恢復良好，均出現(xiàn)負殘余，說明各拱片處于彈性工作狀態(tài)。

（2）從橫向分布系數(shù)比較曲線來看，實測曲線總體比理論平緩，說明該橋加固后橫向剛度較好，橫向傳力效果良好。

（3）從混凝土應(yīng)力測試數(shù)據(jù)分析，應(yīng)力測試數(shù)據(jù)均小于理論值，試驗最大相對殘余應(yīng)力為14.7%，均小于20%，各拱片處于彈性工作狀態(tài)。

（4）各工況荷載卸載后，混凝土裂縫閉合。

根據(jù)國家有關(guān)規(guī)范和設(shè)計要求，加固后本橋滿足設(shè)計荷載（汽-15，掛-80）的要求。

5 結(jié) 論

公路橋梁加固改造對于保證交通安全，滿足日益增長的現(xiàn)代交通運輸需求至關(guān)重要。公路橋梁進行加固改造時應(yīng)針對其具體情況選取恰當?shù)募庸谭椒?。本文分別從公路橋梁上層結(jié)構(gòu)與下層結(jié)構(gòu)加固改造兩個方面對加固改造工程中的常用相關(guān)技術(shù)進行了分析，并對某一具體公路橋梁進行了病害勘察，針對其實際情況進行了加固方案設(shè)計。

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U445.7+2

：B

：1009-7716（2017）02-0110-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.02.033

2016-11-23

陳國棟（1985-），男，浙江衢州人，工程師，從事橋梁設(shè)計工作。