旧桥加固技术.docx
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旧桥加固技术
参考：
《公路旧桥加固成套技术及工程实例》张劲泉、魏洪昌、徐岳、张建仁、叶见曙等编著，人民交通出版社，2007年第一版
一、加固的基本原则与加固工作程序
1、加固的基本原则
（1）桥梁结构由于结构失效或损伤经评估（公路旧桥承载能力评定方法）不满足结构安全或正常使用要求时，必须进行加固。
加固设计的内容及范围，应根据评估结论和委托方提出的要求确定，可以包括整座桥梁，亦可以是指定的区段或特定的构件。
（2）加固后的桥梁结构整体寿命应恢复到原设计的桥梁寿命。
（3）加固设计应与施工方法紧密结合，并采取有效措施，保证新老结构连接可靠、协同工作。
（4）对于大桥、特大桥，其主要承重构件需要加固补强时，加固设计方案应不少于2个，并进行方案必选和经济评价，完成加固方案可行性研究报告。
（5）加固设计及施工尽量不损伤原结构，并保留具有利用价值的构件，避免不必要的拆除或更换。
（6）加固方案应按下列原则进行承载力验算：
1结构的计算应根据加固后结构的实际应力情况和实际的边界条件进行；
2结构的计算截面积，保留的构件采用基于检测结果的计算截面积，新增构件采用实际有效截面积，并考虑结构在加固后的实际受力程度、加固部分的应变滞后特点，以及加固部分与原结构协同工作的程度；
3加固后使结构恒载增大时，应对被加固的相关结构及基础进行验算。
（7）在加固施工中，尽可能减少对桥上和桥下通行车辆及行人的干扰，采取必要的措施减小对周围环境的污染。
（8）在加固施工过程中，若发现原结构或相关工程隐蔽部位的构造有严重缺陷时，应立即停止施工，会同加固设计方研究，采取有效措施进行处理后，方能继续施工。
（9）加固施工过程中，应采取安全监测措施，确保人员及结构安全。
2、加固工作程序
加固工作程序按图所示进行
1、桥梁现状评价
桥梁现状评价是建立在对桥梁技术状况、各部位缺陷、病害进行全面细致的检查与检测基础上，对其进行使用功能和承载能力评价。
1）使用功能评价
①设计技术标准：
包括原设计荷载标准、桥面净空、孔径、基础埋置深度等是否满足运营要求。
②桥涵各部件完好程度：
各部件能否保持正常使用，如桥面平整度、伸缩缝、泄排水设施、支座、栏杆、人行道等构件额完好状况。
上下部承重结构质量状况，有无裂缝、腐蚀、风化、疲劳等破损现象及挠曲、沉陷等位移变形现象，以及对桥梁整体正常使用功能的影响程度。
③桥梁养护状况及意外事故的分析：
是否经常对桥梁进行检查、养护；养护难易程度，经常性养护费用及养护材料、机具设备消耗情况；有无发生过意外事故，发生事故的几率，处理发生事故难易程度等，并对影响桥梁使用功能进行分析，做出评价。
2）承载能力评价
①原结构检算
②基于检测结果的承载能力评定
③荷载试验鉴定
2、加固工程可行性研究报告
3、加固工程施工图设计
4、加固工程施工、监理招标
5、施工组织设计
6、施工
7、验收
二、加固设计方案的比选原则与要求
1、比选原则
1结构检算分析应简单，构造措施应合理，设计经验力求成熟。
2施工过程中粉尘、噪声、废弃物等对环境的影响要小。
3施工难度要小、工艺要成熟、质量和工期要易于控制。
4施工过程中对人身安全、行车安全和结构安全影响要小。
5工程费用应经济合理。
6加固后的结构耐久性要好，后期养护的费用要小。
2、比选要求
1各加固设计方案应进行同等深度的比选。
2针对以上比选原则，应列表进行综合比选。
三、桥梁加固技术经济指标论证分析方法与确定原则
1、引言
2、桥梁改造的宏观经济分析
3、桥梁改造的微观经济分析
4、桥梁加固技术经济确定原则
四、桥梁加固后评价方法
内容包括
目标评价、实施过程评价、技术性评价、效益性评价、影响性评价和持续性评价。
五、桥跨结构加固
1、粘贴钢板加固法
特点及适用条件：
主梁承载力不足，或纵向主筋出现严重的锈蚀，或梁板桥的主梁出现严重横裂缝，可用粘结剂及锚栓将钢板粘贴锚固在混凝土结构的受拉缘或薄弱部位，使其与结构形成整体，以钢板代替增设的补强钢筋，提高桥梁的承载能力。
粘贴钢板加固适用于受弯、受剪和受拉构件。
附加影响：
需对结合面进行处理，并钻埋螺栓孔，对原结构产生了损伤。
钢板需作防腐处理，增加了日后养护的费用。
力学特点：
在适筋范围内，随着荷载的增加，原梁中钢筋屈服，钢板随着也达到屈服，随即混凝土被压碎而破坏。
对粘贴钢板加固受弯构件，破坏前外贴钢板与混凝土之间具有较好的粘贴性能，可以保证钢板与被加固构件间的共同工作，并保证钢板达到屈服强度。
但是，进入破坏阶段后，多数构件钢板与混凝土之间发生局部剥离，沿板与混凝土交界面，出现较长的顺筋裂缝，混凝土被撕裂，因此导致构件破坏。
对粘贴钢板加固受剪构件，构件的破坏类似于普通钢筋混凝土受剪构件，首先出现斜裂缝，然后裂缝不断发展，钢板应力明显增大，最后构件产生破坏。
但是，在构件受力过程的后期，明显可以观察到锚固端的局部损伤，甚至剥离。
设计计算：
施工工序：
1）加固构件结合面处理
2）钢板黏合面处理
3）卸荷
4）配胶
5）粘贴
6）固定与加压
7）固化
8）检验
9）防腐处理
评述：
1）粘贴钢板由于质量轻，操作便利，易于控制工程质量；
2）钢板由于抗拉压强度均很高，加之粘贴后的钢板主要承受活载，对于受弯、受剪和受拉构件其补强效果优于加大混凝土截面；
3）结合面处理和钻埋螺栓孔对原结构有一定损伤，因此施工过程中严格按照设计要求进行施工，将损伤程度降到最低。
2、外包钢板加固法
特点及适用范围：
外包钢板加固法施工简便、效果直观明显，对施工环境影响小、成本低，不显著增大原构件截面尺寸和自重，但可大幅度提高其承载力。
外包钢板加固法适用于提高受压为主构件（桥墩、拱肋、桁架杆等）的承载力、刚度及延性。
附加影响：
1）需要对结合面进行处理，并钻埋螺栓孔，对原结构有一定损伤。
2）钢材需做防腐处理，增加了日后养护的费用。
力学特点：
干式外包钢法受力简单直观，外包钢可以按刚度比分担原结构的荷载，加固效果明显。
湿式外包钢法除角钢可以分担原结构的荷载，外套扁钢箍可以对核心混凝土产生约束作用，提高其受压强度，加固效果较干式外包钢加固法好。
干式外包钢法：
型钢与原柱间无任何连接，或填塞有水泥砂浆但仍不能确保结合面剪力有效传递。
湿式外包钢法：
除锚筋连接外还以乳胶水泥粘贴或以环氧树脂化学灌浆等方法黏贴。
湿式外包钢法的形式有两种：
一种是在柱侧加环形扁钢箍，不包角钢，适用于圆形截面或扁圆截面的构件；另一种是在梁、柱采用四角包裹角钢，角钢间用扁钢相连，适用于矩形截面的构件。
设计计算：
施工工序：
1）构件表面处理
2）角钢、缀板制作
3）承压钢板、节点板固定
4）固定
5）填塞胶泥
6）防腐处理
评述：
1）外包钢加固法可以直观地提高构件的承载力；
2）施工方法简便；
3）从经济角度讲，外包钢加固法用于受压构件最为合理，受弯构件次之。
3、粘贴碳纤维片加固法
特点及适用范围：
碳纤维（CFRP）片材具有轻质高强、操作简单、易于粘贴、不锈蚀的优点，可用于抗弯、抗剪、抗压（偏心受压）及抗震等多种形式的加固。
该方法适用于混凝土梁桥、板桥的抗弯和抗剪加固。
对于配筋率较低或钢筋锈蚀严重的旧桥，加固效果尤为显著；还适用于混凝土墩柱的抗剪、抗压补强，抗震延性补强以及地震破坏后的修复等。
碳纤维片材和粘结剂必须由供应商提供，并同时给出材料的各项指标。
加固时必须严格遵守环境要求。
附加影响：
力学特点：
碳纤维片材受拉时呈线弹性关系直至破坏，其脆性性能与钢筋的延性有明星的区别。
一方面碳纤维片材不具备钢筋所拥有的延性，加固后结构的延性将受到限制；另一方面由于碳纤维片材的延性缺乏，构件中的应力重分布将受到约束。
因此，在粘贴碳纤维片材的结构设计中不能简单的将碳纤维片材作为钢筋的替代物，必须考虑碳纤维片材的脆性特点。
设计计算：
施工工序：
评述：
粘贴CFRP片材加固混凝土桥梁，对于配筋率较低或钢筋锈蚀严重的梁、板进行抗弯和抗剪加固，可以取得很好的效果，对于配筋率较高的梁、板，仅采用粘贴CFRP加固往往达不到要求的加固效果，此时可以考虑采用混合加固法。
对于混凝土墩柱，粘贴CFRP片材进行抗压或抗震加固效果显著，对震后墩柱的修复也有较好的效果。
4、桥面补强层加固法
特点及适用范围：
桥面补强层加固法是通过在桥面板（主梁）顶面加铺一层钢筋混凝土，使其与原有结构形成整体，从而达到增大桥面板或主梁有效高度和受压截面，增加桥面整体刚度，提高桥梁承载能力的一种常见而有效的加固方法。
主梁或桥面板承载力不足，刚度不够，或铰接梁、板的铰缝不能有效传力时，可采用桥面补强加固法进行加固。
受桥面补强层厚度的限制，这种加固方法主要适用于中小跨径的桥梁。
附加影响：
采用桥面补强进行加固，桥面板或主梁恒载将有所增加，应通过计算判断桥面增厚后是否可以提高桥梁的有些承载能力。
若恒载的增加影响较大，则应考虑采用其他加固方法或与其他方法综合运用。
同时，加铺补强层后，桥面高程也将受到影响，连接路面或桥面纵坡应予调整。
为减少补强层增加的恒载，往往必须先将原有的桥面铺装层凿除，并要求对伸缩缝进行改造。
力学特点：
采用桥面补强层法加固时，加固结构属二次受力结构，加固前原结构已经受力，补强层在加固后并不立即受力，而只有在新增荷载下，即第二次加载情况下才开始受力。
其次，加固结构存在补强层与原结构整体工作、共同受力的问题，混凝土结合面上强度较整体浇筑的强度要低，必须采取构造措施克服这一弱点。
当混凝土结合面的强度可以保证补强层与原有梁（板）的整体受力工作性能时，所形成的加固构件就是组合梁（板），也就具有组合构件分阶段受力的特点，相应具有“受拉钢筋应力超前”、“后浇混凝土受压应变滞后”和“荷载预应力”等力学特征。
设计计算：
施工工序：
评述：
桥面补强层加固法施工活动全部在桥面进行，操作便利，易于控制工程质量。
补强层仅增加受压区混凝土面积，承载力提高幅度受原结构受拉区钢筋的面积和强度影响而受限制，宜与其他加固方法如黏贴钢板、贴碳纤维等结合使用，补强效果将更加明显。
此加固方法对新旧混凝土结合面和收缩差动变形提出了特殊的构造要求，以保证实现加固结构符合叠合结构的受力特征。
5、增大截面和配筋加固法
特点及适用范围：
该加固方法是在构件表面加大混凝土尺寸，增加受力钢筋，使其与原结构形成整体，从而增大构件有效高度和受力钢筋的面积，增加构件的刚度，提高桥梁整体承载能力，这种加固方法广泛应用于梁（板）桥及拱肋的加固。
附加影响：
加大构件截面时，会使上部结构恒载增加，对原结构及基础承载能力有一定的影响。
力学特点：
增大主梁混凝土截面和增加配筋后，使主梁成为二次受力的叠合构件，原主梁的混凝土和钢筋除了已有的应力外，还需要承受后期恒载和活载产生的应力。
因此需按二次受力的叠合梁进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的演算。
如果桥面铺装部分得到加固，可适当考虑部分铺装层参与受力。
设计计算：
施工工序：
评述：
采用该加固方法，主梁的受力明确，计算简单方便，加固后主梁的强度、刚度、稳定性得到明显提高，裂缝可以得到修补。
加固效果显著，且施工方法便利，能在桥下施工，基本上不影响交通，加固工作量小，不影响原有桥梁的整体效果。
但现场作业养护期较长；加固初期需适当中断交通；桥下净空有所减小。
6、预应力加固法
特点及适用范围：
特点：
1）施工工艺简单、干扰交通少、所需设备简单、人力投入少、工期短、经济效益明显。
2）能较大幅度提高或恢复桥梁的承载能力。
3）对原结构损伤小，可以做到不影响桥下净空、不增加路面标高。
4）预应力加固需要可靠的防腐设计。
适用条件：
1）适用于正截面受弯承载能力不足或正截面受拉区钢筋锈蚀的情况。
2）适用于梁抗弯刚度不足导致的梁挠度超过规范规定或由于刚度太小导致梁的受拉区裂缝宽度超过规范规定的情况。
3）适用于梁斜截面受剪承载能力不足的情况。
附加影响：
1）预应力加固法，实际上是改变了梁体原有受力体系，结构加固后，新的受力体系在荷载作用下的力学行为与原来的结构是有差异的。
预应力加固完成后，由于预应力的作用，原来的受力结构会出现不同程度的卸载现象，导致原结构发生内力重分布。
2）由于预应力筋转向块和锚固点处存在着巨大的集中力，这一区域的受力比较复杂。
3）由于预应力加固梁桥时预应力筋布置在梁截面外部，易受环境（如温度、酸性气体等）的影响。
力学特点：
预应力加固方法实际上是使被加固结构成为一个带柔性拉杆的超静定结构，与其他预应力结构或其他加固方法不同的是：
加固前桥梁所受荷载由恒载和活载组成，预应力筋的张拉控制值是在上部结构的恒载作用下读取的，即带载加固。
因此在计算预应力筋荷载作用下的应力增量时，应仅考虑活载的作用。
根据上述受力特点，可将预应力加固梁桥结构分为施加预应力与活载作用两个阶段进行受力分析。
设计计算：
施工工序：
1）原梁体钢筋位置探测
2）加固材料及施工现场准备
3）滑块及垫板施工
4）预应力筋的安装及张拉
5）防腐处理
评述：
预应力加固法是一种主动加固法，能较大幅度地提高构件的承载能力，且施工简单、方便，在加固方法选择过程中，宜优先考虑。
7、增加构件加固法
一、综述
1）一般说明
当墩台地基安全性能好，并具有承载能力，上部结构也基本完好，但其承载能力不能满足要求，或要求加宽桥面时，通过增设纵梁来提高承载能力或适应拓宽改建要求，对于要进行拓宽改造的则还需要对墩台进行拓宽。
2）常使用的方法
根据增加构件及新旧主梁联合受力形式可分为：
1增设纵梁加固法（不拓宽桥面）
2增设边梁加固法
3单边拓宽技术改造
4双边拓宽技术改造
5增加辅助横梁加固
3）荷载横向分布计算说明
增加构件加固方案与新桥的设计相似，主要考虑到新增主梁与凿去部分翼缘板的纵梁在截面、混凝土强度等级与龄期不同而导致的弹性模量以及刚度上的不同，按不等刚度并根据加固后的桥梁构造特点选择荷载横向分布计算方法进行横向分布系数计算，并计算各纵梁的受力，根据各受力设计新纵梁的配筋。
二、增设纵梁加固法（不拓宽桥面）
特点及适用范围：
附加影响：
力学特点：
设计计算：
施工工序：
评述：
三、增设边梁加固法
特点及适用范围：
附加影响：
力学特点：
设计计算：
施工工序：
评述：
四、单边拓宽技术改造
五、双边拓宽技术改造
六、增加辅助横梁加固
8、改变结构受力体系加固法
一、综述
1）一般说明
改变结构体系加固旧桥通常是指增设附加构件和进行技术改造，使桥梁的受力体系和受力状况发生改变，从而起到减小承重构件的应力，改善桥梁性能，达到提高承载能力的目的。
2）常使用的方法
1简支转连续法
2多跨简支梁改造为桥面连续简支梁体系
3加辅助墩法
4八字支撑法
5梁拱组合加固
6斜拉加固法
7改桥为涵洞改造法
3）一般规定与注意事项
1加固时往往需要在桥下操作，设置永久设施，影响桥下净空，所以必须考虑对通航及排洪能力的影响；
2加固时改变了受力体系，使原本只承受正弯矩的简支梁在部分位置出现负弯矩，所以要注意加强梁上缘配筋；
3应注意由各种方法带来的一些其他不利的附加影响。
二、简支梁改变为连续梁体系加固法
三、多跨简支梁改造为桥面连续简支梁体系
四、加辅助墩法
五、八字支撑法
六、梁拱组合加固
七、斜拉加固法
八、改桥为涵洞改造法
特点及适用范围：
附加影响：
力学特点：
设计计算：
施工工序：
评述：
六、墩台与基础加固
1、扩大基础加固法
特点及适用范围：
桥梁基础扩大底面积的加固方法，称为扩大基础加固法。
此法适用于基础承载力不足或埋置太浅，而墩台又是砖石或混凝土刚性实体基础时的情况。
当构筑物基础具有较大的不均匀沉降，并且地基土质比较坚实时，可以采用扩大基础法进行加固。
而对于扩大基础底部地基承载力不足的问题，可采取在扩大部分基础下打入一定数量的桩以提高地基承载力，桩的数量根据地基变形计算来加以选定。
在刚性实体式基础周围加石砌圬工或混凝土，以扩大基础的承载面积。
附加影响：
需要对基础所在位置进行开挖，开挖需要采取得力措施，确保墩台基础的稳定。
力学特点：
新老基础结合在一起共同受力。
设计计算：
施工工序：
1）在加宽的范围内打板桩围堰，如墩台基础土壤不好时，应做必要的加固。
2）对围堰内土壤，挖至必要的深度（注意墩台的安全）。
3）在堰内把水抽干。
4）按设计要求，在原墩台侧面凿孔并植入锚固钢筋。
5）立模，浇筑混凝土并养生至设计强度。
评述：
施工比较简单；缺点是它必须使新老基础连成一体共同承受上部荷载，故其加固费用较高，而且加固效果也不易控制。
2、增补桩基加固法
特点及适用范围：
对桩式基础可增基桩（钻孔桩或打入桩）并扩大原承台，使墩台的压力部分传递至新桩基。
优点是不需要抽水筑坝等水下施工作业，且加固效果显著；其缺点是需搭设打桩架和开凿桥面，对桥头原有架空线路及陆上、水上交通有一定影响。
附加影响：
力学特点：
设计计算：
施工工序：
评述：
采用增补桩基加固法提高基础承载力及增加基础稳定性是比较可靠的方法，但在施工过程中，往往涉及到水中施工，使得桩基础、新旧承台连接施工难度加大，施工期需部分中断交通。
3、高压旋喷注浆加固法
特点及适用范围：
高压旋喷注浆，就是先利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻入土层的预订位置，旋转并以一定的速度提升，同时将浆液或水以高压流的形式从喷嘴里射出，冲击破坏土体，高压流切割并搅碎土层，使其成颗粒状分散，一部分被浆液和水带出钻孔，另一部分则与浆液搅拌混合，随着浆液的凝固，组成具有一定强度和抗渗能力的固结体，从而对地基进行加固的一种加固方法。
特点如下：
使用范围较广；
施工简便；
浆液集中，流失较少；
固结体形状可控制；
确保固结体强度；
有较好的耐久性；
使用材料来源广，价格低廉；
设备简单，管理方便；
生产安全；
无公害。
附加影响：
旋喷注浆过程中对土体产生扰动，对既有基础的沉降有一定的影响。
力学特点：
设计计算：
施工工序：
评述：
旋喷注浆加固法，用途广泛，加固地基的质量可靠而且效果好，成本低，加固效果明显，施工便捷，故目前已逐渐成为我国常用的对桥梁墩台基础处理方法之一。
4、顶推法调整拱桥拱脚水平位移加固法
特点及适用范围：
桥台发生水平位移使拱顶区段的正弯矩增大，因此在该区段产生径向裂缝，当这种裂缝宽度为0.2mm以下时是容许的，但如径向裂缝过宽、过密，甚至伴随有环向裂缝，则其危害就很大，使主拱圈截面强度严重削弱以至于破坏。
这时可采取顶推工艺消除桥台位移引起的病害，调整拱体内力。
通过顶推后，主拱的原来裂缝基本上都能消失或有所缩小，拱顶下沉都能得到不同程度的恢复，拱的抗弯刚度也有所提高。
此法适用于有可能发生桥台位移或已发生桥台位移（水平位移小于L/1160~L/158且趋于稳定）的钢筋混凝土刚架拱桥、桁架拱桥和双曲拱桥。
这种工艺也可作为调整拱桥应力的一种措施。
附加影响：
采用顶推法进行加固，须拆除腹拱和截断拱脚处受力钢筋，其应力释放，有一定风险。
力学特点：
设计计算：
施工工序：
1）准备工作
2）安装工作
3）顶推施工
4）监测工作
5）空缝填塞
评述：
该加固方法可以消除桥台位移引起的病害，并具有调整拱体内力的作用。
经过顶推后，主拱的原来裂缝基本都能消失或有所缩小，拱顶下沉能得到不同程度的恢复，拱的抗弯刚度也有所提高。
施工过程中基本上不阻碍桥下通航，桥面交通中断的时间亦较短。
因此顶推法是一种较为简便经济的，能在较短时间内奏效的加固方法。
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