公路橋梁加固施工技術的研究

朱衛群 易會勇

（宜春市公路勘察設計院， 江西 宜春 336000）

1、公路橋梁加固的原因和基本原則

1.1 公路橋梁加固原因

①隨著經濟的發展、交通量增大，載重等級發生變化。

②早年設計的指導思想注重于材料的節省，安全度低。一般來說造成斷面單薄、安全儲備低，其中最典型的就是雙曲拱。

③橋梁耐久性差和年久老化，如磚拱橋等。

④近年修建的橋梁，因設計失當或者施工質量差，也存在著加固的問題。

1.2 加固原則

加固設計以原橋為基礎,在不改變原橋結構型式的前提下,對原橋主要受力構件進行加固,加固設計必須考慮以下幾個重點：

①下部結構具有足夠的潛力。

②加固后必須要達到能通過重噸的單車的要求。

③因為下部是航道,所以在跨中腹板和斜腿加固過程中,應盡量保持原有凈空,不得使下部空間削減過多。

④對各開裂構件的表面進行修補,保證構件表面光滑而連續。

⑤在補強的同時,應注意加固物本身自重對原橋的影響。

⑥加固后保持橋梁的整體美觀。

2、加固理論計算

為了從整體上把握橋身在加固前各個部分在外部荷載作用下所產生的應力分布特征,找到最不利截面,為加固方案提供詳細的理論依據,特利用大型有限元計算軟件ANSYS對該橋梁結構進行了數值模擬分析。

2.1 計算模型采用數據

主跨、邊跨型梁截面基本尺：T梁全高；H=800MM，上翼緣寬：B1=1250MM，翼緣高度：T=220MM；T梁下寬：B=250MM。

斜腿支點附近矩形截面基本尺寸：截面高度：H=500MM，截面寬度：B=250MM，材料特性：C30混凝土強性模量：E=3.0*10MPA；混凝土泊松比：V=0.1667。鋼材泊松比：V=0.3。

2.2 有限元模型建立

全橋橫向共由六榻梁組成,各棍梁的形態結構均一致,因此,先對單榻梁以及斜腿建立有限元計算模型?？紤]到主梁結構復雜,斜腿截面沿縱橋向變化,為了能更真實的反映結構的空間特性,采用8節點的solid45空間實體單元進行模擬共劃分節點6868個單元,4202個離散。

2.3 支承條件

由于加固將改變整個橋梁的支承條件,即將中跨跨中的鉸接改回原設計方案中的固接,同時,將斜腿趾部的鉸接改為固接,這會導致整個剛架片的應力重分布,而后的加固正是針對應力重分布后的結構進行處理的,因此,在有限元模擬加固前的結構應力分布時,各截面尺寸雖然按照加固前計算,但支承條件,在中跨跨中和斜腿趾部按照固接計算,而其他部位按鉸接算。

3、加固實例

某公路橋梁建于20世紀80年代，全長187.8m，上部結構為8孔21.5m的鋼筋混凝土剛架拱橋，矢跨比為1/6，橋面總寬度32.0m+2×1.25m，設計荷載為汽-超20、掛120。橋跨橫向設14片拱片，每孔以2道橫隔板、13道橫系梁和12道微彎板以及6cm鋼筋混凝土橋面鋪裝進行連接。下部構造為單排10根直徑為1.2m的鉆孔灌注樁，梯形蓋梁，群樁基礎組合橋臺。由于該橋使用年限較長，加之交通量很大，大噸位車輛通過頻繁，并受當時設計及施工條件限制，大橋存在較多問題，為確保交通安全，滿足道路使用功能，亟待進行維修加固。

3.1 加固前病害調查

通過對舊橋現狀進行綜合檢測，掌握橋梁的損害及老化程度，病害情況如下。

①主拱片開裂：大、小結點混凝土均出現斜向裂縫，最大寬度達0.2mm；實腹段跨中5m區域存在豎向受力裂縫，最大寬度達1.0mm，裂縫間距20cm～40cm。

②弦桿、橫系梁、微彎板開裂：弦桿存在較多豎向裂縫，最大寬度達0.5mm，間距20cm～60cm。約有20%的橫系梁出現混凝土豎向裂縫，最大裂縫寬度達1mm；10%的橫系梁與主拱片的接頭部位混凝土開裂。60%的微彎板存在沿縱橋向的開裂，部分微彎板底面嚴重網裂、混凝土破碎，微彎板加筋肋存在多條豎向裂縫，最大寬度達1.2mm。

③橋面系病害：在新舊橋結合部位的橋面鋪裝層出現縱向開裂。5#孔橋面局部沉陷，面積約為6.0m2。伸縮縫嚴重損壞，TST填縫料沿橫橋向開裂，縫寬最大達3.5mm，且伴有跳車現象。個別泄水管缺失，多數泄水管外壁滲水，導致泄水直接侵蝕到主拱片混凝土。人行道板及欄桿混凝土有較為嚴重的損壞。

3.2 加固方案

根據檢測結論、原設計文件、工程地質資料，經綜合分析比較后，提出如下的加固處治方案。

①主拱片加固：對主拱片實腹段以及上弦桿上的混凝土裂縫進行修補處理，裂縫寬度＞0.2mm時，用化學灌漿法修復；裂縫寬度＜0.2mm時，用環氧樹脂修復。

裂縫修補后，采用粘貼碳纖維布法對主拱片實腹段進行加固，以提高實腹段的截面抗力；采用粘貼鋼板法對主拱片上弦桿、斜撐濕接頭以及大小節點加固，先鉆孔注膠種植錨固螺栓，再用環氧膠泥粘貼鋼板。

②橫系梁、橫隔板及主拱腿加固：采用增大截面法進行加固。首先對與拱片連接部位有開裂的橫系梁恢復原有聯結，再采用植筋掛鋼筋網，然后現澆混凝土對部分橫系梁、橫隔板及主拱腿進行加固。將橫系梁更換為橫隔板，加強截面強度，提高橋跨結構的橫向剛度及承載能力。橫橋向鋼筋需鉆孔穿過實腹板、上弦桿混凝土，鋼筋鉆孔安裝完畢后采用壓力灌漿的方法進行灌注結構膠錨固。

③全橋面加固：拆除原有微彎板，更換為鋼筋混凝土連續行車道板；鋪筑1層4cm厚瀝青混凝土磨耗層以改善橋面行車舒適性，外側設50cm寬的墻式混凝土防撞護欄；橋面設雙向1.2%橫坡，并重新設置排水管，加強橋面的防排水能力；將現有TST伸縮縫更換為毛勒伸縮縫。

④凡構件中存在鋼筋銹蝕、混凝土脹裂脫落以及其他混凝土裂化損傷的部位均采用環氧砂漿、NSF改性砂漿、粘貼玻璃絲布等方法進行修補處理。

3.3 加固效果

為檢驗加固效果，通過工后荷載試驗評估加固后的主體結構是否滿足設計荷載狀態下的正常使用要求。試驗結果表明：加固后在試驗荷載作用下橋跨結構可達到設計荷載，能夠保證正常行車使用。。

結束語

公路橋梁加固施工工藝相對較復雜，要求橋梁加固工程取長補短,不僅延長了原橋的使用壽命,同時還增強了原橋的承載能力。因此,加速我國舊橋加固或改造技術的研究,不僅能更好地、及時地為現代交通運輸服務,而且能為國家帶來巨大的經濟效益和社會效益。

[1]張建仁，王磊.既有鋼筋混凝土橋梁構件承載力估算方法[J]中國公路學報，2006年2期.

[2]羅偉.橋梁加固技術綜述[J].黑龍江交通科技，2005(10).