劉美真，王博，陳文超，徐建國

（1.商丘市農(nóng)村公路管理處，河南 商丘 476000；2.鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450001）

0 前 言

現(xiàn)階段隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公路橋梁交通量急劇增加，重載車輛增多，當(dāng)初建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、施工質(zhì)量差以及缺乏有效的養(yǎng)護(hù)，公路橋梁的老齡化問題日益嚴(yán)重。為了確保橋梁安全，必須及時(shí)進(jìn)行維修加固，對危舊橋梁進(jìn)行加固比新建橋梁更為復(fù)雜，一方面由于原有結(jié)構(gòu)的影響，另一方面由于舊橋自身的損壞及存在的缺陷，使得對舊橋的維修加固難度更大。因此，在選擇橋梁的加固方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)考慮，嚴(yán)格遵守舊橋加固相關(guān)的原則和要求，確定的加固方案不但要安全可靠，滿足承載力要求，而且還要具有經(jīng)濟(jì)合理性。魏洪昌在公路橋梁維修加固技術(shù)評價(jià)方法研究中使用的是宏觀經(jīng)濟(jì)和微觀經(jīng)濟(jì)進(jìn)行綜合分析[1]，饒英惠在技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)研究在既有橋梁加固方案優(yōu)選中的應(yīng)用研究使用平均年費(fèi)用進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析[2]，文章使用加固費(fèi)用系數(shù)和加固壽命系數(shù)兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，通過加固方案和重建方案作比較,更能具體反映方案之間的經(jīng)濟(jì)性，便于決策者進(jìn)行最后選擇。

1 橋梁加固基本原則

①一般情況下不應(yīng)該更改舊橋結(jié)構(gòu)形式，減少原有構(gòu)件的更換和拆除。

②選擇投資少，影響交通程度小，技術(shù)上具有可行性，加固后耐久性滿足要求。

③應(yīng)對舊橋現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能進(jìn)行檢測，確定現(xiàn)有材料的實(shí)際強(qiáng)度等級。

④應(yīng)當(dāng)需考慮加固后橋梁空間情況、維修后的耐久年限等。

⑤應(yīng)考慮經(jīng)過加固后舊橋整體的受力分布和總體效應(yīng)。

2 橋梁加固常用方法

2.1 增大截面法

鋼筋混凝土梁橋上部結(jié)構(gòu)通常因?yàn)樵Y(jié)構(gòu)截面不足，包括混凝土截面不足和鋼筋截面不足兩種情況，或者由于施工質(zhì)量較低等原因，導(dǎo)致在長時(shí)間運(yùn)營過程中出現(xiàn)裂縫、較大的變形等現(xiàn)象，造成結(jié)構(gòu)的承載能力降低或者不能滿足新的荷載標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.1.1 增加主鋼筋補(bǔ)強(qiáng)加固

若梁內(nèi)配置的主要受力鋼筋截面不足，不能滿足抗彎承載能力的要求，此時(shí)又受到橋下凈空高度的限制，不能過多增加主梁的高度，甚至有時(shí)連橋面高度也不能提高的時(shí)候，此時(shí)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固就可以采用增加縱向主鋼筋的方法，增加的主鋼筋采用焊接工藝與梁內(nèi)原主鋼筋相連，具體施工包括增焊主筋、接長箍筋和恢復(fù)混凝土保護(hù)層等。

2.1.2 增大混凝土截面補(bǔ)強(qiáng)加固

增大混凝土截面通常做法是加厚橋面板，采用加厚橋面板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)首先把原有的橋面層鑿除，然后再澆筑一層新的鋼筋混凝土，做到新舊形成組合斷面，達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)的效果，可以用來提高橋梁的抗彎剛度。為了使新舊兩層混凝土有很好的結(jié)合，舊的橋面在鑿毛之后必須做到清洗干凈，而且一定距離布置齒形剪力槽，也可以用環(huán)氧樹脂進(jìn)行新舊混凝土的膠結(jié)。補(bǔ)強(qiáng)層中鋼筋網(wǎng)的鋼筋直徑與間距可根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)層參與橋面板共同受力來確定。通常當(dāng)采用此法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固時(shí),可以不再做橋面鋪裝層，而在補(bǔ)強(qiáng)層表面加鋪瀝青砂作為橋面磨耗層，或者在設(shè)計(jì)確定補(bǔ)強(qiáng)層厚度時(shí)再增加2cm作為磨耗層考慮。采用加厚橋面板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，施工簡便，不需搭設(shè)支架，對水上交通無影響，但施工時(shí)橋上行車受阻。因此，對于不允許中斷交通的大交通量地區(qū)的橋梁，采用此法受到一定的限制。采用此法由于必然會增加結(jié)構(gòu)物的自重與恒載彎矩，而構(gòu)件下緣受拉區(qū)并未得到真正的加強(qiáng)，因而往往仍由截面下緣受拉主鋼筋控制設(shè)計(jì)。所以，這種方法僅適用于較小跨徑的梁橋，為了彌補(bǔ)以上缺陷，有時(shí)它也與增焊主筋法配合使用。

2.2 粘貼加固法

粘貼加固法是一種將補(bǔ)強(qiáng)材料用化學(xué)粘貼劑粘貼到需要加固的結(jié)構(gòu)外部的補(bǔ)強(qiáng)方法，該方法在國內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用，實(shí)踐證明，粘貼加固法是一種較為理想的加固方法。目前最常用的粘貼劑是環(huán)氧樹脂，可用來粘貼鋼筋、鋼板或玻璃纖維布（多層玻璃纖維布通過環(huán)氧樹脂粘結(jié)形成玻璃鋼）,達(dá)到提高構(gòu)件的抗剪、抗彎能力以及減小裂縫的擴(kuò)展等效果。粘貼加固法的最大優(yōu)點(diǎn)在于施工較為簡便，基本上不影響橋梁下部的凈空，對橋上交通的影響程度也較小。

2.2.1 粘貼鋼板加固

粘貼鋼板可以增補(bǔ)原結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度，提高原結(jié)構(gòu)的剛度，提高原有構(gòu)件的抗彎、抗剪能力，限制裂縫的開展，改善鋼筋與混凝土的應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)粘貼鋼板試圖提高原構(gòu)件的抗彎強(qiáng)度時(shí)，鋼板粘貼在梁底或板底，此時(shí)鋼板和混凝土是作為整體受力考慮，以鋼板與混凝土粘結(jié)面處混凝土的局部剪切強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)。鋼板的規(guī)格宜薄且寬，厚度不應(yīng)不超過6mm，薄鋼板由于具有較好的彈性而便于適應(yīng)構(gòu)件表面狀況。粘貼鋼板補(bǔ)強(qiáng)加固的合理設(shè)計(jì)應(yīng)控制在鋼板發(fā)生屈服之前，混凝土不出現(xiàn)剪切破壞。為避免鋼板在自由端脫膠，端部應(yīng)采用夾緊螺栓固定，也可在鋼板上按一定間距用螺栓固定。

采用粘貼鋼板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固時(shí)，粘貼質(zhì)量的好壞對加固效果將有直接影響，為此必須保證粘貼密實(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)粘貼有空隙時(shí)，應(yīng)及時(shí)用膠結(jié)劑進(jìn)行填補(bǔ)。為了防止粘貼的鋼板銹蝕，鋼板的外露面應(yīng)當(dāng)清除油污。并用鋼絲刷除去銹斑(若用螺栓加壓，螺栓亦應(yīng)同樣處理)，并涂一層環(huán)氧樹脂薄漿罩面，再涂兩層防銹漆予以保護(hù)，以后每隔1~2年檢查一次防護(hù)層，若發(fā)現(xiàn)脫漆現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)。

2.2.2 粘貼玻璃鋼加固

采用環(huán)氧樹脂膠槳粘貼玻璃纖維布形成玻璃鋼，可以大大提高粘貼層的抗拉強(qiáng)度。根據(jù)廣東省交通科研所的試驗(yàn)，以10%丙酮稀釋環(huán)氧樹脂凈漿制成含有四層玻璃纖維布的玻璃鋼，其抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到170MPa。由于玻璃鋼的彈性模量較低，因此，在粘貼玻璃纖維布時(shí)摻加高強(qiáng)鋼絲，使玻璃鋼的剛度得到提高。為此，在補(bǔ)強(qiáng)加固工程中，常常在玻璃纖維布中間粘貼直徑為5mm的高強(qiáng)鋼絲。

2.2.3 粘貼鋼筋加固

由于玻璃鋼的彈性模量較混凝土低，當(dāng)采用粘貼玻璃鋼補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，在其受力時(shí)玻璃鋼的拉伸長度比混凝土大，因而控制結(jié)構(gòu)變形的能力較差，粘貼鋼板又存在加工成型較為困難、需要一定數(shù)量的支托材料及輔助設(shè)備等問題。為彌補(bǔ)上述方法的不足，采用粘貼鋼筋進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固可以取得較好的效果。采用粘貼鋼筋補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，所用鋼筋的直徑以不超過8mm為宜，粘貼劑環(huán)氧砂漿的厚度一般為鋼筋直徑的2倍。

采用粘貼技術(shù)進(jìn)行橋梁補(bǔ)強(qiáng)加固，其施工工藝較為簡單。但是，粘貼質(zhì)量的好壞將直接影響加固的效果。為此，在施工時(shí)對下列幾個(gè)問題必須嚴(yán)格控制：嚴(yán)格掌握膠結(jié)材料的配合比；施工溫度；保持成型所需的壓力；涂膠要均勻且用力刮平將氣泡擠出以免形成空洞或脫膠；做好粘貼基面的處理和防護(hù)措施。

2.3 外部預(yù)應(yīng)力改造技術(shù)加固

采用外部預(yù)應(yīng)力對梁式橋上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，其做法是在梁的下緣受拉區(qū)設(shè)置用粗鋼筋形成的預(yù)應(yīng)力拉桿或頂應(yīng)力鋼絲束，通過張拉對梁體產(chǎn)生偏心預(yù)壓力，在這個(gè)偏心壓力的作用下，梁體會發(fā)生上拱，撓度可以減小，改善了橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，以此達(dá)到提高承載能力的目的。

2.3.1 下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿加固法

在橋下凈空允許的條件下,可以將預(yù)應(yīng)力拉桿設(shè)置在梁下進(jìn)行加固，粗鋼筋的兩端分別固定在梁端，中間部分可設(shè)單柱、雙拄或多柱進(jìn)行支撐，原梁和粗鋼筋組合受力。有時(shí)為了避免粗鋼筋在梁端錨固困難，也可將粗鋼筋錨固在從梁端數(shù)起的第二道橫隔板上，通過改變支撐點(diǎn)的位置和調(diào)整拉桿中的拉力來滿足承載力的要求。

2.3.2 外部預(yù)應(yīng)力鋼絲束加固法

采用外部預(yù)應(yīng)力鋼絲束加固梁式上部結(jié)構(gòu)，通常沿梁肋側(cè)面按類似于拋物線的曲線線形設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼絲束，為使曲線線形固定鋼束位置可在梁底的位置每隔一定距離（50cm~100cm）設(shè)置一個(gè)定位箍圈，也可將定位銷埋設(shè)在梁肋的側(cè)面。鋼絲束的兩端頭則穿過梁端翼緣板上的斜孔伸至梁頂錨固。

為達(dá)到防止鋼絲束的銹蝕的效果，應(yīng)該把預(yù)應(yīng)力鋼絲束放在保護(hù)導(dǎo)管內(nèi)，或者待張拉后在用混凝土包裹鋼絲束周圍。采用預(yù)應(yīng)力鋼絲束加固時(shí)，由于設(shè)置并張拉鋼絲束常增加了梁端上緣的壓應(yīng)力，從而導(dǎo)致梁端上緣混凝土因抗壓強(qiáng)度不足而開裂，因此，可以適當(dāng)加厚橋面板以加強(qiáng)受壓翼緣。

3 加固技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評價(jià)

舊橋加固要根據(jù)橋梁的現(xiàn)有技術(shù)狀況，選取可行的加固方案，不僅要使橋梁經(jīng)過加固后，其結(jié)構(gòu)性能、承載力等滿足要求，而且要對多種加固方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較，確定最經(jīng)濟(jì)合理的加固方案，文章選取加固費(fèi)用系數(shù)和加固壽命系數(shù)兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)。

①加固費(fèi)用系數(shù)m1=加固費(fèi)用/新建費(fèi)用。

加固費(fèi)用=經(jīng)濟(jì)總損失+加固工程費(fèi)用；新建費(fèi)用=經(jīng)濟(jì)總損失+新建工程費(fèi)用（含舊橋拆除費(fèi)用）。

橋梁加固經(jīng)濟(jì)總損失主要包括成本損失、擁擠損失、時(shí)間損失、繞行損失和事故損失等，用公式表示為：

式中:C 為全部橋梁使用者的經(jīng)濟(jì)損失（萬元）；C1為橋梁加固期運(yùn)輸成本提高的損失（萬元）；C2為橋梁加固期附近公路擁擠的運(yùn)輸成本提高金額（萬元）；C3為橋梁加固期車輛繞行增加的運(yùn)輸成本（萬元）；C4為運(yùn)輸時(shí)間延長的價(jià)值（萬元）；C5為事故增加的損失（萬元）。

②加固壽命系數(shù)m2=（橋梁原設(shè)計(jì)壽命-已使用年限）/橋梁原設(shè)計(jì)壽命。

4 案例分析

某大橋?yàn)?0m跨徑的簡支梁橋，橋面凈寬11m，主梁高2.5m，主梁腹板厚度16cm。近年由于該橋交通量日益增長，重載車輛增多，原有設(shè)計(jì)荷載不能滿足現(xiàn)有要求，經(jīng)過前期的檢測計(jì)算，確定新建一座橋梁和采用增加主鋼筋補(bǔ)強(qiáng)加固兩套方案，文章對兩種方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評價(jià)。

由加固費(fèi)用系數(shù)計(jì)算公式可得：

加固費(fèi)用=經(jīng)濟(jì)總損失+加固工程費(fèi)=840.38+1771.32=2611.70萬元

新建費(fèi)用=經(jīng)濟(jì)總損失+新建工程費(fèi)用（含拆除舊橋費(fèi)用）=5042.28+3270.78+763.18=9076.24萬元。

加固費(fèi)用系數(shù)m1=2611.70/9076.24=0.288。

該橋設(shè)計(jì)使用壽命為50年，至今已使用32年，因此加固壽命系數(shù)m2=（50-32）/50=0.36。

根據(jù)橋梁加固技術(shù)經(jīng)濟(jì)原則，當(dāng)滿足加固壽命系數(shù)m2=M2，加固費(fèi)用系數(shù)m1

M1、M2取值表 表1

根據(jù)計(jì)算，該大橋加固壽命系數(shù)m2=0.36，加固費(fèi)用系數(shù)m1=0.288，與上表對比推算出運(yùn)營年限為32年時(shí)，M2=0.36，M1=0.38。即滿足加固壽命系數(shù)n2=N2，加固費(fèi)用系數(shù)n1=0.288，N1=0.38(n1

5 結(jié) 語

采用合理的加固方法對于恢復(fù)舊橋的承載能力，保證橋梁的通行能力，滿足交通需求是可行的。本文推薦的幾種常見加固方法具有很強(qiáng)的針對性和實(shí)用性，使用加固費(fèi)用系數(shù)和加固壽命系數(shù)這兩個(gè)指標(biāo)，對加固方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價(jià)是合理的，可以為其它舊橋加固提供參考。

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