既有鋼結構橋梁檢測與加固技術分析

肖大維

（1.海工結構新材料及維護加固技術湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430040；2.中交武漢港灣工程設計研究院有限公司，湖北 武漢 430040）

一、引言

隨著高速公路行業(yè)的發(fā)展，交通運輸量與高速公路橋梁損壞以及不斷增加的負載之間的問題日益突出。因此，對橋梁的承載能力進行準確檢測評估，選取合適、有效的加固方法確保橋梁安全運行，是亟待解決的重要任務。

二、工程概況

本文選取的實驗橋梁橋墩的主要砌筑材料為料石，抗震能力較差。橋梁凈空小于最高通航流量，橋面顯著偏低。多年來，該橋梁接受過多次的加固維修。為全面提高橋梁的安全性，在此次實驗加固維修中，采取了將橋梁整體抬升1.2m的方法。

三、橋梁檢測

（一）橋梁外觀檢測

橋梁外觀的檢測共分為橋面系、上部結構以及下部結構三部分內容，檢測結果顯示，該橋護欄有少量的缺損，橋面鋪裝有較小寬度的橫縫，排水系統(tǒng)完好。橋梁上部結構絞縫無明顯缺損，梁體基本完整，但存在局部銹蝕。橋梁下部結構蓋梁基礎正常，無缺損及鋼筋外漏，但局部已經出現風化脫落現象。

（二）靜載試驗

橋梁承載能力的強弱可通過靜載試驗進行檢測，檢測后，可以根據橋梁承載能力降低的幅度有針對性地進行加固。本次實驗項目的工況以及靜載試驗結果分別如表1和圖1所示。

表1. 工況示意表

圖1. 靜載試驗結果分析

從試驗結果可知，靜載作用下橋梁結構的應力與位移實測變化值和理論值相差較小，差值在允許范圍內，說明該檢測結果可靠。橋梁應力以及撓度的實測值與理論值相差較小，但該橋梁結構的應力及撓度實測值總體上仍比理論值小，即該橋梁的實際剛度比理論計算剛度大，說明該橋梁結構應力的衰減程度比預測小，橋梁力學性能較好。

（三）橋梁自震特性分析

本文僅列出部分動力特性測試結果數據，如表2所示。

表2. 動力特性測試結果

通過對該橋梁整體的檢測評估后發(fā)現，該橋梁工作狀態(tài)較差，不適宜再有動力荷載作用。橋梁檢測結果具體如下：

1.該橋梁整體使用時，具有較好的計算承載能力，但其重要桿件具有較為嚴重的銹蝕，在一定程度上降低了橋梁的承載能力；

2.該鋼桁架橋梁結構主要由小型鋼板以及角鋼通過熱鉚接構成，受力體系為簡支體系，因維修次數較多，內部有多次受力變化，結構受力較為復雜；

3.橋梁進行水平荷載試驗后，測點撓度的理論值比測量值小，測量值大于《公路舊橋承載能力鑒定方法》中所限制的結構校驗系數范圍，檢查發(fā)現，原主梁側面裂縫有顯著開裂的趨勢，部分裂縫已延伸到翼緣板以下某些位置，且裂縫寬度遠超規(guī)定范圍。在動載試驗中，橋梁的理論計算值要小于實測的頻率值，表明該橋梁整體滿足設計要求，但其較大的阻尼比說明橋梁內部有損傷存在。橋梁的綜合評價結果為C級，BCI值為71.15，其承載能力低于汽-15的使用要求。

按照檢測結果，該橋梁的加固主要分為三部分內容：一是橋梁外部病害的維修，主要分為裂縫以及銹蝕等，通過修護整修可使其外部特性有所提高；二是加固橫梁，鑒于其主梁裂縫惡化趨勢較為明顯，為保障橫梁的結構性能必須采取加固措施，以確保全橋的承載能力；三是加固橋墩，作為支持整個橋梁的結構，現有橋墩由于有裂縫以及鈣化的現象出現，對橋梁結構的內力產生了一定的影響，必須進行加固。

四、橋梁加固

（一）橋梁加固方法

本文綜合考慮了三種加固方法，即粘貼鋼板法、體外預應力法以及碳纖維加固法，從結構因素方面考慮，三種加固方法均滿足承載能力極限狀態(tài)的要求，而在橋梁正常使用極限狀態(tài)的要求中，粘貼鋼板法以及體外預應力法的裂縫寬度均能滿足要求，碳纖維加固法則略超規(guī)范要求。從經濟方面考慮，碳纖維加固法施工成本較高，而另外兩種加固方法則比較經濟實惠。綜合上述分析，應該將該橋梁的上部結構向上抬升1.2m以滿足泄洪要求；修繕橋梁結構中存在破損的構件并進行涂裝；將原先橋墩帶有病害的混凝土表層鑿除，并將主鋼架保留下來，重新鋪筑外層厚度約為20cm的混凝土，確保新鋪筑的混凝土可靠連接基礎，并對橋墩表面混凝土采取仿面處理；在先前加固橋墩的基礎上，采用混凝土將墩頂整體接高1.2m，并對表層混凝土進行仿面處理。

（二）加固方案的實施

1.墩柱預支撐

鑒于加固施工時河水的影響，此次所采取的是鋼圍堰法。由于舊橋施工時，未在蓋梁頂部的支座下設置混凝土塊以對主梁縱坡進行調節(jié)，這樣就導致主梁承擔2%的恒載水平推力，再加之溫度以及制動力等因素的影響，導致橋梁承受的水平推力較大。若將第一跨梁吊起，二號梁將會承受如排架似的受力，為避免水平推力對墩柱的影響，需采用斜撐將二號連同三號墩柱一起進行加固處理，以確保墩柱穩(wěn)定。事先確定加固的位置，在水流落潮時，用挖泥船打下長為6m、直徑為1.5m的鋼管腳裝，在腳樁上固定20號槽鋼，并在墩柱抱箍處固定另一端，具體如圖2所示。

圖2. 墩柱加固設計圖

2.橫梁加固

在原有橋梁的承載力范圍內，采用插入錨固鋼筋的方法使橋臺蓋梁的懸臂長度有所增加，為了確保舊橋與新橋的協(xié)同能力，應增加新橋主梁尺寸，提高邊梁的剛度，對橋梁荷載的橫向分布系數進行調整，以達到降低原梁負擔的目的。將舊橋懸臂段切掉大約10cm的長度，使舊橋露出更多的懸臂鋼筋，便于焊接加寬部分橋梁的鋼筋，提高橋梁之間的協(xié)同工作性。為使新舊橋梁鋼結構之間的連接有所增強，將原橋面頂面有效焊接在一起，以使新舊鋼結構共同工作，主梁工作計入橋面鋪裝層，主梁增加了6cm的有效高度。

五、結語

鋼結構橋梁由于長期暴露于空氣中，其防腐工程必須按規(guī)范進行，以保證結構不因大面積的銹蝕而遭到破壞。銹蝕后的鋼桁架結構，由于其構造的復雜性，有較多較為關鍵的單元以及節(jié)點，因此在制定加固方案之前，必須開展詳細的檢測工作，然后結合檢測結果有針對性的進行加固。