旧桥加固改造技术探讨.docx

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旧桥加固改造技术探讨

旧桥加固改造技术探讨（2008年第4期总第108期）

林福全

（福建省交通质量监督站，福州350001）

摘要本文就旧桥加固改造的原则和一般加固方法做了介绍，着重叙述笔者亲历的有关旧桥加固改造的技术方案。

关键词旧桥　构件　承载能力　加固改造　技术

旧桥加固、危桥改造，这是历史的必然过程，从桥梁耐久性来说，其结构物使用到一定程度都需要进行维修、加固或更换，主要构件在一定年限后也将老化或损坏，降低其使用性能。

随着社会、经济的发展，交通运输量在增长，重载车辆增大增多，也给公路桥梁的使用性能增加沉重的压力，严格来说，我们国家20世纪建造的桥梁都已经在超负荷运行，就是20世纪90年代之前的桥梁，至少是桥面已经到了使用年限，但是这些桥梁的桥面大部分没有及时翻修，致使运行情况恶化，进一步导致主体结构受侵害而加剧老化。

我国解放后的桥梁，可按年代大致划分，50年代修建的桥梁，由于经济实力较弱，大部分桥梁具有临时性，目前可能已基本上不能通行汽车，60年代有钢筋砼结构的桥梁，当时技术标准、材料品质都较低，耐久性差，即使交通量没有增多、荷载没有增大，这些桥梁都已将是危桥，70年代修建的大部分以双曲拱桥为多，由于双曲拱桥的时代局限性，目前这些桥梁难以适应超量、超载的车辆交通，这些拱桥主拱圈大部分都出现病害，80年代修建的桥梁，主体结构应该是好的，但是，附属设施如支座、伸缩缝等可能基本上都已损坏，桥面应是更换翻修的极限时间，因此，20世纪90年代之前修建的桥梁都需要维修加固，否则将迅速成为危桥；而90年代修建的桥梁也可能会有一些病害，如支座、伸缩缝、桥面系等。

特别是桥面铺装，过去钢筋配置不够，施工时大多钢筋沉底，砼标号底，基本上10多年以后可能都会损坏。

当前，我国桥梁的现状是：

修建于各个时期的不同设计荷载的桥梁共同处于使用状态，有不少设计荷载偏低的桥梁担负着日益繁重的交通运输任务。

随着时间的推移，旧桥、病桥、危桥的数量将不断增多，这些桥梁将不同程度存在着各种病害、问题，如何对这些桥梁进行加固、改造已是一项非常庞大的重要的工程。

１　旧桥加固改造基本原则

对桥梁病害的处理，可分为三种情况，一是加固，二是改造，三是重建。

旧桥加固是一种借加大或修复桥梁构件来提高局部或整体桥梁承载能力的措施。

因此桥梁加固工作一般以不更改原建筑形式为原则，实际上随着时间的推移，旧桥加固是一项经常性的工程，所有桥梁应定期进行检查、维修、加固。

旧桥改造是对桥梁的某些构件进行更换或改变原桥梁的结构体系，或对部分结构拆除重建，一般是采取仅加固仍不能足以适应交通运愉的需要，或有些构件严重损坏不能修复加固，则须进行改造。

旧桥重建，是完全失去通行能力，或不能满足交通量的需要，对旧桥全部拆除，重新设计建造新的桥梁。

２　桥梁结构的裂缝处理

砼结构的桥梁，裂缝是很普遍的病害，甚至预应力结构有些部位都会出现裂缝。

当桥梁使用较长时间，由于各种外界因素、内部原因共同影响，一般都会出现裂缝。

结构物一旦出现裂缝，其受力截面发生应力重分布，也就意味着有效受力截面变小，结构应力增大，承载能力降低。

所以必须针对不同情况对裂缝进行处理。

无论采用何种加固方法，只要是利用了原有结构，首先应对旧桥利用部分进行裂缝修补。

钢筋混凝土构件中，受拉钢筋的应变总是大大超过混凝土的极限拉伸应变，所以裂缝的发生也是不可避免的。

在初拉应力和弯曲应力作用下，混凝土的裂缝一般是较细较短的，这样的裂缝对梁的强度影响不大。

按耐久性要求，如果裂缝细小，裂缝宽度已达稳定，且开裂处不易受雨水浸渗，不易受腐蚀，不再继续发展，且对结构的强度没有明显影响时，可不做处理。

如果裂缝宽度<0.15mm且开裂处易受雨水浸渗时，可仅做表面封闭处理，以避免钢筋锈蚀；裂缝宽度>0.15mm或裂缝巳经贯通时，说明裂缝处荷载产生的拉应力超过容许值，所以除采取压力灌浆法修补裂缝外（使力的传递尽可能恢复到原来状态），还应采取其它加固措施：

如粘贴钢板、加大截面等。

２.１　表面抹灰修补裂缝

采用水泥浆、水泥砂浆、环氧基液及环氧砂浆等材料涂抹在裂缝部位的混凝土表面进行修补。

２.２　表面喷浆修补裂缝

喷浆修补是在经凿毛处理的裂缝表面，喷射一层密实而且高强度的水泥砂浆保护层来封闭裂缝。

根据裂缝的部位、性质、维修要求与条件，可分别采用无钢筋素喷浆、挂网喷浆等修补方法。

２.３　压力灌浆修补裂缝

压力灌浆是通过施加一定的压力，将某种浆液灌入结构物内部裂缝中去，以达到修补裂缝，恢复并提高结构强度、耐久性和抗渗性能的一种修补方法。

压力灌浆根据灌浆材料的不同可分为:

水泥灌浆、沥青灌浆和化学灌浆。

不同的灌浆液其用途、功效也不相同。

桥梁结构裂缝修补采用较多的是化学灌浆。

化学灌浆中以环氧树脂材料灌浆及甲丙烯醋类材料进行修补的结构物裂缝效果最好，应用也最广泛。

３　旧桥上部加固的主要方法

旧桥加固比新建桥梁更复杂，因为旧桥经过长时间使用后，其构件、材料的力学性能不明确，难以判定，加固设计没有现成的规范，桥梁病害又错综复杂，病害原因也难以确定。

所以如何根据具体情况采用适当的加固方案、方法，显得更为重要。

旧桥加固常用的方法很多：

粘贴钢板加固法、粘贴碳纤维布加固法、增大结构断面法、体外预应力法、体系转换法等，这些都是上部加固的主要方法，是比较常用、技术比较成熟的加固方法。

３.１　粘贴钢板加固法

采用环氧树脂将钢板粘贴于钢筋混凝土构件受拉缘或薄弱部位，用于代替需增设的补强钢筋，从而提高构件抗弯、抗剪能力，减少裂缝扩展。

这种加固方法受力明确，效果显著，造价也适中，施工工艺简便，易于控制质量，且几乎不增加结构荷载，不需要破坏被加固的原有结构物。

目前，有些钢板加固时采用设置植筋与钢板电焊，需要注意的是植筋不要过多削弱原砼结构，不应连续、整齐植筋，应尽量交错布置植筋位置。

加固以后需要对钢板进行后期养护。

３.２　粘贴碳纤维布加固法

碳纤维具有极高的抗拉强度，利用浸渍树脂将碳纤维布枯贴于混凝土构件表面，使之与砼共同工作，达到对混凝土结构构件加固补强的目的。

其原理与粘贴钢板加固法基本一致。

这种加固方法，与传统的结构加固方法相比，具有强度高、重量轻、抗疲劳性能好、耐腐蚀性好、有较好的热稳定性、适应性强、施工简便、外观整齐，不需后期养护，且可根据受力要求多层粘贴。

但是碳纤维布加固主要应为受拉构件，如果受压构件是不能考虑纤维布的受压强度的，只能作为封闭裂缝，阻止构件不受雨水等侵蚀。

而受拉构件粘贴的范围要充分考虑粘贴强度与所受拉力的关系，纤维布强度很高，而这些强度需要依靠粘贴强度来传递，所以需要考虑一定的粘贴范围，即面积等因素。

该法加固效果的关键是加固部位混凝土表面处理质量及碳纤维布与构件的贴合强度和耐久性。

由于这种方法看起来简单、快捷，而施工工艺往往容易引起忽视，部分施工操作人员可能认为工艺简单，未严格按要求认真进行施工，我们曾经发现粘贴碳纤维布经过两三年后发生掉落现象。

该项新技术广泛应用于旧桥加固是必然趋势。

３.３　增大构件截面法

在梁底面或侧面增设钢筋，加大钢筋混凝土或圬工（拱桥）截面，这种方法可大幅度提高构件强度、刚度、稳定性及抗裂性。

增大构件截面，除了需要增加钢筋、砼外还需要采取一些构造措施，如，在构件表面进行植筋，以使新旧砼共同受力，一般加固砼厚度较小，也为了使新砼避免裂缝等，需要在加固砼中设置钢筋网或采用钢纤维砼。

增大构件截面，一般采用喷射砼，为了使新旧砼结合牢固，除了进行植筋外，旧砼构件表面需进行凿毛、清洗。

新旧砼接触面的连结效果，即抗剪能力目前还缺乏经验数据，新加固的砼会产生较大收缩，对结构以及加固的砼本身的影响如何，还需要进行进一步深入研究。

该加固方法优点是加固效果显著，且使用在大面积或全桥加固，尤其是圬工拱桥的加固采用更多。

３.４　增设体外预应力法

通过在梁体外布设预应力钢索与被加固的梁体锚固并施加预应力，从而改变原结构的内力分布，降低应力水平，可使构件承载能力显著提高，减小结构变形及裂缝宽度，甚至使裂缝完全闭合。

体外预应力筋的理想布筋方式是使其与弯矩图接近，但构造上存在一定的设计、施工难度，特别是预应力的锚固和拐弯设计比较复杂。

体外预应力加固法的重要环节是保证把较大的预压力安全传递到原主梁上，因此体外预应力筋的锚固及构件的连接是加固的关键。

该法优点是加固效果好，工作可靠，可以减少或限制结构的裂缝和其它变形，能较大幅度提高结构承载能力，对桥梁运营使用的影响较小，可在不限制通行的条件下进行施工。

这些上部结构加固方法受力明确，施工工艺简单，一般不改变原结构体系。

4桥梁下部结构加固

4.1桥梁扩大基础加固

钻孔灌注桩技术普及之前，大部分桥梁基础采用大开挖扩大基础或沉井基础。

扩大基础由于施工时可能存在缺陷，或长期受水流冲刷等外界因素影响，会出现掏空等现象。

基础掏空的加固方法，可首先考虑采用无底钢套箱方案。

先在基础四周搭设支架，在支架上拼装钢套箱，一般可采用单层钢板，套箱拼装完成后，起吊套箱，拆除支架，下放套箱，着地后堵塞套箱与地面的缝隙，清理基底，最后灌注水下砼。

笔者曾经为某70年代建造的4孔40m拱桥基础设计了加固方案，比通常的围堰方法，节省了近2/3造价，且不阻塞河道，施工速度快，风险小。

4.2钻孔灌注桩加固

4.2.1桩身加固

钻孔灌注桩由于在水下钻孔，水下灌注砼，所以实际上桩身砼、钢筋情况比较复杂，大部分桩身，特别是桩头附近砼都可能含有大量泥土等杂物，由于保护层厚度不均匀或偏小等各种原因，常常会出现桩头露筋。

如果桩基在干处，则可以采用凿除砼表面杂质，采用高标号砂浆或环氧树脂砂浆进行修补。

如果在水下，则需要安装护筒，可灌注水下不分散砼，因为在水下，桩身表面无法清理，所以砼的厚度至少需20cm以上，这种加固施工难度比较大，且需要根据现场情况配备必要的设备。

4.2.2加桩加固

由于桩基承载力不够，需要增加较大的基础承载力，往往需要增加桩基根数，桩基根数的增加涉及的问题比较多，需要进行专门论证。

现以某工程实例说明加固方法。

某桥建设于80年代，由于后期上游建造水电站，使得河流来砂平衡被破坏，再加桥位附近采砂加剧河床下降，桥位处局部冲刷已大于原设计计算的冲刷线，而该桥桩基仅座落在河卵石层，桩基承载力受严重威胁，所以需要对桩基进行加固。

通常做法一般采用“抬桩”方案，即对每根桩增加两根将原桩抬住，该桥原桥墩为双柱，所以每座墩需增设4根桩，这样工作量相当大，且有些桥墩较矮钻机无法施工。

经过论证增加的桩基承载力远远大于计算值，为了节省造价，方便施工，最后采用每墩增设2根桩，两桩之间设置横梁，横梁包住原墩身，使桥墩荷载传至新的桩基。

具体设计时，在原墩身和系梁表面打入钢筋（植筋），以使新旧砼可靠地结合成整体。

桥梁病害各种各样，桥梁的加固也应根据具体情况选择加固方法。

桥梁加固已是一项庞大的工作量，需要引起各方面的重视，尤其桥梁工作者要对加固工作的技术、理论、实践不断研究、创新、总结、交流，以使桥梁加固工作不断进步。

本文就近年所做的几种桥梁加固方法予以介绍，以飨同行参考。