陳國(guó)棟，盧穩(wěn)健

（衢州市交通設(shè)計(jì)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(guó)棟，盧穩(wěn)健

（衢州市交通設(shè)計(jì)有限公司，浙江 衢州 324000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，交通運(yùn)輸量與日俱增，很多公路橋梁不堪重負(fù)，出現(xiàn)各種破損、老化現(xiàn)象，難以適應(yīng)現(xiàn)代交通運(yùn)輸需求，對(duì)公路橋梁進(jìn)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(gè)方面對(duì)加固改造工程中的常用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了分析，并闡述了某公路橋梁加固具體實(shí)例。

公路橋梁；加固技術(shù)；改造工程

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，交通運(yùn)輸量與日俱增，很多公路橋梁不堪重負(fù)，出現(xiàn)各種破損、老化現(xiàn)象，難以適應(yīng)現(xiàn)代交通運(yùn)輸需求，對(duì)公路橋梁進(jìn)行加固改造迫在眉睫。公路橋梁多種多樣，混凝土保護(hù)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(fù)雜性。公路橋梁加固改造工程的質(zhì)量好壞對(duì)于橋梁的使用壽命、交通安全影響巨大。因此，對(duì)公路橋梁進(jìn)行加固改造時(shí)應(yīng)針對(duì)其具體情況選取恰當(dāng)?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(huì)遭受各種自然環(huán)境因素的影響，還會(huì)受到人為因素的影響。隨著公路橋梁使用時(shí)間的累加，各種缺陷問題也隨之產(chǎn)生，當(dāng)損壞到一定程度時(shí)便會(huì)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(dāng)?shù)募庸碳夹g(shù)對(duì)公路橋梁進(jìn)行全面的維修改造能夠使其恢復(fù)正常運(yùn)營(yíng)，從而避免報(bào)廢重建，能夠節(jié)省大量的人力物力財(cái)力，從而獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)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(dòng)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(zhǎng)的交通運(yùn)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(shí)現(xiàn)能源、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)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(yán)重的情況下及時(shí)地進(jìn)行修復(fù)加固符合可持續(xù)發(fā)展的理念。當(dāng)公路橋梁出現(xiàn)嚴(yán)重破損時(shí)再進(jìn)行補(bǔ)救往往需要投入大量的人力、物力、財(cái)力，因此應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，盡早進(jìn)行加固，防患于未然，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)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(huì)采取增配主筋的方式。而增加截面主要是針對(duì)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(duì)橋梁荷載橫向分布能力進(jìn)行改善。

2.2 橋面加固

針對(duì)橋面破損的情況，通常施工時(shí)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(qiáng)橋梁抗壓性能，從而滿足增加的現(xiàn)代交通運(yùn)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(jī)器，在公路橋梁的鋼筋網(wǎng)上噴射適量的混凝土，從而增強(qiáng)整個(gè)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(qiáng)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?cè)薪Y(jié)構(gòu)尺寸，具有加固效果好、工程工期短、施工操作簡(jiǎn)單易行等諸多優(yōu)點(diǎn)。該項(xiàng)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(gè)堅(jiān)固的整體，提高橋梁薄弱、缺陷位置的強(qiáng)度，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)是確保鋼板到達(dá)屈服點(diǎn)之前，混凝土結(jié)構(gòu)不會(huì)損壞。在需要提升橋梁的抗彎強(qiáng)度的情況下，改造工程中可針對(duì)性地進(jìn)行剪切強(qiáng)度設(shè)計(jì)，并采取橋梁下放置鋼板的方式來提高抗彎強(qiáng)度。在需要提升橋梁的抗剪強(qiáng)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(diǎn)，但其也有一定的弊端。該種方法需要較為嚴(yán)格的粘貼工藝，并且對(duì)工人施工作業(yè)水平要求很高。

2.5 粘結(jié)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

粘結(jié)纖維增強(qiáng)復(fù)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(qiáng)復(fù)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(dāng)前，實(shí)際施工中采用的纖維增強(qiáng)復(fù)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(jiǎn)要對(duì)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

碳纖維增強(qiáng)復(fù)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(qiáng)復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)復(fù)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(qiáng)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(diǎn)，非常適用于加固改造工程。

對(duì)比其他各種加固技術(shù)，碳纖維增強(qiáng)復(fù)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(hù)費(fèi)用較低、高強(qiáng)高效、能夠根據(jù)具體公路橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)施工、化學(xué)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(diǎn)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(qiáng)復(fù)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(jì)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(dǎo)致橋梁墩臺(tái)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象時(shí)，通常選取鋼筋混凝土加套處理的方式進(jìn)行加固處理。其具體施工操作要點(diǎn)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(tái)裂縫的大小以及嚴(yán)重程度。通常寬度選取為墩臺(tái)寬度的1/10，而厚度大致為15cm。當(dāng)墩臺(tái)損壞面積非常大，或者其裂縫非常嚴(yán)重時(shí)通常采取墩臺(tái)全部進(jìn)行鋼筋混凝土加套處理的方式。

3.2 擴(kuò)大基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

擴(kuò)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(jìn)行改造。應(yīng)用擴(kuò)大基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)加固方法時(shí)應(yīng)首先計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算，確保該橋梁地基能夠滿足所需強(qiáng)度。當(dāng)其地基滿足要求且公路橋梁?jiǎn)栴}主要是由不均勻沉降導(dǎo)致時(shí)，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(tái)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(shí)，將會(huì)嚴(yán)重影響公路橋梁的正常使用。此時(shí)，加固改造工程項(xiàng)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(dá)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(tái)拓寬法

在公路橋梁原有墩臺(tái)完好無損情況下，可以采用墩臺(tái)拓寬法來增強(qiáng)器承載力。其具體施工操作是對(duì)墩臺(tái)挑出的懸臂部分進(jìn)行加寬處理。需要注意的是墩臺(tái)拓寬法不是對(duì)基礎(chǔ)或者墩臺(tái)本身進(jìn)行加寬處理，而是對(duì)其上部的蓋梁進(jìn)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(duì)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(shí)，預(yù)應(yīng)力拉桿對(duì)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(kuò)大。

4 公路橋梁加固實(shí)例

4.1 橋梁簡(jiǎn)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(zhǎng)400.4m（含橋頭），橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)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(gè)拱片)，矢跨比1/8；橋梁下部結(jié)構(gòu)：橋臺(tái)采用重力式橋臺(tái)，橋墩采用實(shí)體墩、擴(kuò)大基礎(chǔ)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)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(fù)荷運(yùn)營(yíng)，2009年4月，浙江公路技師學(xué)院試驗(yàn)檢測(cè)中心對(duì)該橋進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)報(bào)告綜合評(píng)定高安大橋橋梁技術(shù)狀況為“四類橋梁”，應(yīng)進(jìn)行大修或改造。因此急需對(duì)橋梁進(jìn)行加固改造。

圖1 高安大橋現(xiàn)場(chǎng)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(yán)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(diǎn)出存在較多的裂縫，橫向聯(lián)系梁節(jié)點(diǎn)處混凝土松動(dòng)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(chǎng)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(gè)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(tái)，其病害主要為個(gè)別勾縫脫落，弦桿支座處的臺(tái)帽砼有破碎、脫落現(xiàn)象，個(gè)別拱腳周圍砼有碎裂破壞，墩臺(tái)身滲水現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

靜載試驗(yàn)結(jié)論：

（1）通過實(shí)測(cè)的跨中橫向分布系數(shù)與計(jì)算的橫向分布系數(shù)的相差較大，且有鋸齒狀。導(dǎo)致鋸齒狀出現(xiàn)的原因是因?yàn)槲澃宄霈F(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(yàn)系數(shù)均大于1，表明結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)與計(jì)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(duì)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(duì)殘余變形容許值不大于20%，因此高安大橋在試驗(yàn)荷載作用彈性回復(fù)能力很差。

（4）在試驗(yàn)荷載作用下，測(cè)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(jì)要求。

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

4.3 加固方案設(shè)計(jì)

（1）斜腿、弦桿和大節(jié)點(diǎn)：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(diǎn)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(duì)外露銹蝕鋼筋進(jìn)行除銹處理。按設(shè)計(jì)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(qiáng)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(duì)銹蝕鋼板進(jìn)行除銹，噴漆防護(hù)，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(qiáng)度。

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

（4）斜撐：在錯(cuò)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(bǔ)強(qiáng)，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(gè)墩臺(tái)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(yàn)

工程加固完成后一個(gè)月對(duì)橋梁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)

（1）從擾度校驗(yàn)系數(shù)分析，工況一荷載作用下3號(hào)拱片跨中擾度的校驗(yàn)系數(shù)為1.48，大于1.0（3號(hào)拱片非加載控制拱片），其余各工況各加載控制拱片校驗(yàn)系數(shù)均小于1.0；從擾度殘余量分析，擾度恢復(fù)良好，均出現(xiàn)負(fù)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(shí)測(cè)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(cè)試數(shù)據(jù)分析，應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù)均小于理論值，試驗(yàn)最大相對(duì)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(guó)家有關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，加固后本橋滿足設(shè)計(jì)荷載（汽-15，掛-80）的要求。

5 結(jié) 論

公路橋梁加固改造對(duì)于保證交通安全，滿足日益增長(zhǎng)的現(xiàn)代交通運(yùn)輸需求至關(guān)重要。公路橋梁進(jìn)行加固改造時(shí)應(yīng)針對(duì)其具體情況選取恰當(dāng)?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(gè)方面對(duì)加固改造工程中的常用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了分析，并對(duì)某一具體公路橋梁進(jìn)行了病害勘察，針對(duì)其實(shí)際情況進(jìn)行了加固方案設(shè)計(jì)。

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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(guó)棟（1985-），男，浙江衢州人，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。