公路橋梁加固設計的技術要求探析

史立新

（安慶市公路管理局，安徽安慶 246002）

公路橋梁加固設計的技術要求探析

史立新

（安慶市公路管理局，安徽安慶 246002）

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62－2004）（以下簡稱《公路橋規》）和《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60－2004）的規定，結合近些年來安徽省在公路橋梁加固設計、施工、組織與管理方面的新成果和新經驗，提出了公路橋梁加固維修應遵循的基本原則。在此基礎上，針對公路橋梁的實際受力情況，提出了在加固設計、施工過程中應滿足的基本要求，可有效指導今后公路橋梁的加固設計與施工。

公路橋梁；加固設計；基本原則；技術指標

0 引言

隨著全國通車公路里程的迅速增加與城市建設規模的不斷增大，橋梁總數大大增加，危舊橋數量也在不斷增長。因此，如何確保現役橋梁的安全運營是公路養護管理部門的難題之一。從20世紀90年代初開始，安徽省每年投入專項資金對于沿線公路危舊橋梁進行加固改造。然而，由于我國在橋梁加固基本理論方面的研究還不完善，所做的加固設計大多是參照現行橋梁設計規范進行的，鑒于新舊橋梁在使用狀況上存在的巨大差異，造成部分加固維修存在較為嚴重的盲目性、片面性，甚至危及橋梁的安全運營［1］。為使今后的加固設計、維修工作有章可循，經過全省公路工程技術人員和科研工作者的不懈努力，安徽省在橋梁檢測評價、維修加固、施工工藝和新技術、新材料的研究應用等方面也積累了許多寶貴經驗，總結出了在橋梁加固設計中應遵循的基本原則與技術要求，為今后公路橋梁的加固維修提供了依據。

1 橋梁加固設計的基本原則

橋梁加固是為恢復或提高橋梁結構的承載能力或抗災能力，或為滿足某種特殊需求而對橋梁的局部構造或整體結構進行加強或改善。橋梁加固是一項十分細致而又極具靈活性的工作，它所需要考慮的因素涉及到力學、材料學、結構工程學等多個學科。一般情況下橋梁加固維修方案的擬定，首先要根據橋梁現有的技術狀況和通行車輛荷載的要求仔細論證，對加固維修的必要性和加固方案實施的可行性做出判斷，然后對各種可能的加固設計方案的技術經濟指標進行分析比較，從中選出合理的方案。以上工作均涉及到一個方案論證、判斷的總原則問題［2］。

根據《公路橋規》的要求，新建公路橋涵的設計應符合技術先進、安全可靠、耐久適宜、經濟合理的原則，這一基本原則在橋梁加固工作中賦予了新的含義。結合現役公路橋梁的使用狀況和《公路橋規》的要求，確定橋梁加固維修方案時應遵循如下原則：

（1）技術先進的原則。該原則要求加固方案應滿足設計理論、加固材料和施工工藝的先進性。隨著國內外對橋梁加固理論、加固技術研究的不斷深入，該技術的科技含量越來越高，并已呈現出明顯的學科交叉現象。近年來，橋梁加固中采用的加固材料與施工工藝已遠遠超過了同類新建橋梁，如粘貼碳纖維布加固法已應用于橋梁加固領域，并快速、有效、可靠地解決了一大批橋梁加固維修問題。最近，SRAP加固法（高強鋼絲增強氧化鋁聚糖樹脂砂漿）加固橋梁的關鍵技術也已正式進入了研究階段。類似上述的加固技術的共同特點是快捷可靠，對原結構損傷小，因此，在橋梁加固方案確定中必須優先考慮采用可靠的加固理論、先進的加固材料和加固工藝，在確保加固效果的前提下，最大限度地降低對原結構的損傷［3］。

（2）安全可靠、適用耐久的原則。安全性、適用性和耐久性是工程結構可靠性設計的基本內容，它保證了工程結構在設計使用期內具有足夠的承載能力、正常的使用性能和不需要過大維修而保持其自身性能的能力。耐久性不足不僅產生外觀上的各種病害，還會導致結構承載能力降低，影響結構使用。橋梁加固的根本原因是構件或整體抗力的衰減，而導致抗力衰減的原因又是復雜多樣的，包括因氯離子侵蝕、碳化導致的鋼筋銹蝕、惡劣環境下的混凝土劣化、設計施工造成的先天性缺陷等原因。統計數據表明，耐久性不足或失效是近年來橋梁結構加固的主要原因。因此加固設計不但要有效恢復或提高橋梁結構或構件的承載能力，滿足規定的使用性，還要可靠保證加固后構件的耐久性能，以維持其承載能力和使用性能不降低［4］。關于恢復或提高橋梁或構件的承載能力。采用的設計方案必須要保證加固后結構或構件的耐久性能，盡量避免不當加固對原有構件造成新的損傷或留下隱患。

（3）經濟合理的原則。橋梁加固是一項較為復雜和繁瑣的事情，首先要進行橋梁檢查、檢測和檢算分析，當通過橋梁調查檢測與檢算分析尚不足以鑒定橋梁承載能力時，可采用荷載試驗測定橋梁在荷載作用下的實際工作狀況，結合橋梁調查、檢測與檢算來評定橋梁的承載能力，然后進行加固設計方案比選和加固設計，最后進行加固施工。由上述工作過程可以看出，橋梁的加固工程規模不一定很大，但是涉及的事項卻遠遠多于新建一座橋梁，這無形中增加了加固維修的成本［5］，所以加固設計和加固成本的計算要考慮周全。如果加固成本接近或超過新建一座同等規模橋梁的造價時，一般是不能接受的，其結果往往要考慮改造方案。根據近幾年的加固實例的統計資料，如果不考慮社會效益的因素，公路橋梁加固成本在新建成本的50%～60%以下是可以接受的。

（4）以人為本的原則。這項原則包含兩層意思，一是從行車安全和長遠效益的角度考慮，一旦發現橋梁病害，有關決策人應該及時計劃立項、及早組織實施加固。這是因為橋梁病害的發展隨時間呈加速的趨勢［6］。二是橋梁加固施工時，要制定周密的施工組織設計，既要首先保證施工質量和施工人員的安全，又要考慮盡量減少施工對正常交通的影響，同時還要考慮避免施工污染周邊環境或損害施工人員的身體健康，即要滿足有利環保的原則。隨著社會經濟技術的迅猛發展，環保問題已引起社會各個領域的普遍關注，橋梁的加固維修工作也不例外。以碳纖維的粘貼加固施工為例，不論是施工過程、碳纖維材料還是粘貼膠均對環境和施工人員的健康構成較大威脅，因此，施工過程中必須做好碳纖維、粘貼膠的回收處理工作，粘貼現場應采取有效的通風措施［7］。

2 橋梁加固設計的技術要求

為保證橋梁加固工程符合以上設計原則，確保加固質量，加固維修中尚應滿足以下基本要求：

（1）加固設計應有針對性，確定加固方案前首先應通過檢查、檢測等技術手段查找損傷部位，全面分析損傷原因，針對不同的損傷狀況確定加固方案。

同樣結構形式的公路橋梁在不同的外界環境、車輛荷載作用下損傷形態、損傷原因是不同的，因此，公路橋梁的加固設計時必須進行橋梁的現場調查、檢測，對其實際技術狀況作出評估，這是確定加固設計、施工方案的基本依據。例如，對于某些由于因下部結構或基礎的不均勻沉降而導致上部結構的損傷，或由于其他偶然因素所引起的結構損傷，在制定加固方案時必須全面考慮采取消除、減小或抵御這些不利因素的影響，以免在加固后結構繼續受這些因素的破壞，達到根治橋梁病害的目的。當僅依據橋梁結構或構件的設計、竣工技術資料、調查檢測資料以及結構檢算分析結果不能確定橋梁結構的承載能力時，可輔以荷載試驗鑒定的方法。一般來說，荷載試驗是橋梁承載能力鑒定最直接、最有力的手段，也是成本最高的橋梁檢測項目，它往往要涉及到搭設檢測支架、加載車輛調度、交通管制等工作。根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》的規定，當通過橋梁調查檢測與檢算分析尚不足以鑒定橋梁承載能力時，必須要進行荷載試驗，否則，加固方案就失去了選取的依據。

（2）應按現行有關規范進行設計，加固后的橋梁在使用荷載作用下，原有結構構件及新增加結構各部分的強度、剛度及裂縫限值均應符合規范要求。

橋梁加固的目的是為了提高構件的強度，恢復或改善構件的耐久性能。因此，加固后橋梁的工作狀態應滿足現行規范的各項要求，即滿足安全性、耐久性的要求。其中加固后橋梁的變形和裂縫寬度也是檢驗加固效果最直觀的指標。

（3）當要求提高原橋的承載能力時，加固工程可在原有結構保持恒載應力狀態下進行。此時，原有結構的全部恒載及新加恒載可以考慮由原構件（截面）承受，活載則由原結構和新增構件（截面）共同承受。以增大截面加固法為例，由于橋梁加固大多是在不卸載的狀態下進行的，在活載作用下，新增鋼筋和混凝土的應力應變滯后于原構件的應力應變，對應承載力極限狀態時，新增混凝土和縱向受力鋼筋一般不能達到其強度設計值［8］。因此，加固計算時應根據初始恒載、活載的大小合理確定不同受力階段的荷載種類。

（4）技術改造方案應簡單易行，施工方便，并盡量減少對原有結構的損傷，并充分利用原有的結構構件，且應保證原有結構保留部分的安全性與耐久性，對于確無利用價值的構件才予以報廢、拆除，并合理處理廢料。與新建橋梁不同，橋梁的加固維修往往受到工作空間的限制，因此，確定加固方案時必須要簡單易行，同時，由于加固橋梁大都存在著不同程度的劣化損傷現象［9］80－83。因此，選擇加固方案時，在保證加固效果的前提下，應盡量減少對原結構的損傷，以免造成新的應力集中區域而使橋梁的工作狀態進一步惡化。近年來興起的粘貼加固技術在這一方面有著傳統加固方法不可比擬的優勢。

3 結語

結合安徽省在公路橋梁加固維修技術方面的研究及橋梁加固維修領域存在的一些不足之處，得出如下結論：

（1）創新管理理念，規范管理責任。通過管理理念的創新，積極開展技術交流活動，提高橋梁養護技術人員的素質。根據《公路橋梁養護規范》的要求，做好橋梁病害狀況的分析與認定工作，做到橋梁病害早發現早根治。同時，強化對加固工作的指導力度，切實把好橋梁檢測評價與設計任務的委托關、加固設計方案的審查關、加固施工的監理關、加固工程的驗收關，以確保工程質量。

（2）加快新材料、新技術的推廣應用。由于橋梁加固技術是一門新興學科，近年來已呈現出明顯的學科交叉趨勢，遙感技術、計算機技術的應用和材料科學的突破是推動該技術發展的主要動力。以下幾個方面將成為今后橋梁加固養護技術的主要發展方向，從新材料方面包括了橋面板的防水材料、纖維類預應力索（纖維類預應力索主要是碳纖維索和芳綸纖維索），從橋梁檢測評估方面，橋梁的遠程監測和發展，將進一步提高橋梁質量狀況的自動預警能力，公路橋梁的動態管理將逐漸成為現實。

（3）關注技術改造重點，調整技術改造的方向。隨著安徽省高速公路網建設的不斷完善，大量的新型結構橋梁及公路立體交叉工程已投入使用，今后，大跨高墩連續剛構橋、鋼管混凝土拱橋、斜拉橋、連續彎梁橋等橋型的檢測、評價技術和相應的抗震加固技術將會成為今后一段時間研究的重點。針對該問題公路局已成立專門課題組進行研究，旨在建立具有安徽省公路特色的集檢測、評估、加固于一體的橋梁綜合加固技術。

［1］中交公路規劃設計院.公路橋涵設計通用規范（JTG D60—2004）［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］中交公路規劃設計院.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范（JTG D62—2004）［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］中國工程建設標準化協會.混凝土結構加固技術規范（CECS25：90）［S］.北京：中國計劃出版社，1992.

［4］趙國藩.工程結構可靠性理論與應用［M］.大連：大連理工大學出版社，1996.

［5］樓莊鴻.舊橋的評定和加固［C］.昆明：中國公路學會2001年全國公路橋梁維修與加固技術研討會論文集，2001.

［6］胡釗芳，諶潤水，江詳林，等.江西省公路橋梁典型病害及處治方案［C］.西安：全國公路養護管理技術交流會文集，2002.

［7］張勁泉，李萬恒，程壽山.公路舊橋承載能力評定方法［C］.西安：全國公路養護管理技術交流會文集，2002.

［8］張勁泉，何玉珊，謝經緯.橋梁結構狀況的檢測與評價技術［C］.西安：全國公路養護管理技術交流會文集，2002.

［9］李松輝，王松根，等.碳纖維片加固鋼筋混凝土簡支梁橋對比性試驗研究［J］.公路交通科技，2003，20（3）.

U442.5＋1

A

1671-8275（2012）03-0108-03

2011-12-23

史立新（1966-），男，安徽桐城人，安慶市公路管理局工程師。研究方向：工程技術與管理。

文 月