橋梁加固設計應用

袁月芳

（廣州市市政集團設計院，廣東廣州510060）

1 概述

隨著時間的推移和社會經濟的高速發展，我國較早建設的公路橋梁大多數在現今仍發揮著重要作用，但安全性和舒適性較差，越來越明顯地表現出其標準低和承載力不足的問題，多數已超過或將要超過其通行能力，公路運輸的交通安全與暢通受到嚴重影響，也使橋梁加固工作日顯重要和突出。

1.1 橋梁加固的基本要求

（1）經濟費用。一般來說，加固費用約為新建費用的10%～30%，即應優先考慮加固。

（2）不中斷交通或盡量減少中斷交通。在加固和加寬同時進行的橋梁，可把加寬集中在一側，往往可以將加寬和加固錯開，不搭便橋。

（3）對已發現的缺陷，要一次加固好，不留后患。

（4）對原有橋梁結構的損傷應盡可能減至最低。（5）技術可靠、耐久使用、養護方便。

1.2 橋梁結構加固設計分類

根據橋梁病害檢測分析和鑒定評估結果，橋梁結構加固設計應分為：承載力加固(強度加固)、使用功能加固 (剛度加固)、耐久性加固和抗震加固等。

（1）承載力加固一般是采用加大截面尺寸和配筋的方法補充承載力的不足，設計時應考慮橋梁帶載加固分階段受力的特點，注意新加補強材料與原結構的整體功能。

（2）使用功能加固主要是對活載變形過大的構件，加大截面尺寸，增加截面剛度，以滿足結構使用功能要求。

（3）耐久性加固是指對結構損傷部位進行修復和補強，以阻止結構部分的性能繼續惡化，消除損傷隱患，提高結構的可靠性和使用功能，延長結構使用壽命。

（4）抗震加固是對遭受地震破壞的結構進行修復、增強結構的延性體工作性能、提高結構的抗震能力。

1.3 維修加固施工特點

與新建橋梁工程對比，舊橋的維修加固施工有如下特點。

1.3.1維修加固的標準與設計時采用的標準往往會有不同

由于舊橋的存在，以及未來使用年限要求的不同，橋梁加固或改建的標準不可能與設計時所采用的標準完全相同。應在保證行車安全的前提下，根據使用要求和耐久性要求的具體情況，正確掌握和提出加固或改建的有關標準要求。

1.3.2維修加固工作的難度要比新建時大

維修加固橋梁的工作必須在不妨礙交通的條件下進行，因此，往往會增加不少困難。即使會使施工產生困難，也必須盡量照顧交通。為此，在橋梁維修加固工作中，應從設計上和施工組織上采取有效措施，盡量減少對交通的影響。

1.3.3橋梁的維修加固工作應充分利用原有結構

橋梁的維修加固，應在對原有結構作周密、細致檢查評定的基礎上，合理利用原有結構，能不更換原有結構的就不更換，能充分利用舊橋的，要充分利用。

1.3.4橋梁維修加固工作比起新建橋梁來有更好的經濟成果

解決舊橋承載力和通過能力不足的問題，通常有兩種方案可選，一種是重建法和換梁法，另一種是加固法。前者施工費時、費力，且造價較高，后者所需費用節約很多。

1.3.5橋梁維修加固施工更要注意安全

橋梁維修加固施工是在荷載存在的情況下進行的，因此必須保證施工每一階段結構的安全，特別是混凝土結構的修理、鑿毛和鋼結構拆換部分受力構件，在橋梁上施加新的施工荷載等，都會使結構的受力條件發生變化，均應作出分析評定，必要時在施工中要加強觀測，并采取有效的安全措施等。

2 加固技術應用案例

2.1 工程概況

2.1.1原橋設計概況

榃感橋位于Y833線，橋長124 m,橋梁上部主跨為4×27 m的5肋4波空腹式雙曲拱,橋面全寬6.6 m,橋面橫向布置為0.7 m+5.2 m+0.7 m。下部結構采用實體墩，重力式橋臺。

2.1.2橋梁現狀

2009年4月廣東省公路工程質量檢測站對榃感橋進行了病害檢測及使用安全評定，廣州宇麒工程有限公司對橋梁基礎進行了水下探摸。通過檢測及實地勘測發現該橋存在主要問題有以下幾個方面：

（1）0＃臺左右兩側錐坡均有大量垃圾堆積，4＃臺右側八字墻有4處豎向開裂，砌石松散、脫落現象。

（2）1#、2#、3#橋墩擴大基礎存在嚴重掏空現象。

（3）腹拱拱頂有貫通裂縫；主拱肋下部混凝土邊角基本都有脹裂，破損，縱向主筋外露，銹蝕嚴重。

（4）橋面排水、防水系統損壞，導致主體結構水蝕嚴重，橋下梁肋和拱肋多處滲水。橋面系有一定程度的破損，行車道多處出現裂縫。

（5）欄桿由鋼筋混凝土立柱、護手及豎桿組成，自重大，欄桿柱普遍出現裂縫，而且裂縫的寬度及長度也比較大。

（6）榃感橋由于其雙曲拱橋特點是化整為零，逐步組合而成的，以及長年運營造成了結構損傷，使其力學性能與材料狀態發生了不可逆轉的變化。

2.1.3主要病害原因分析

2.1.3.1 墩臺開裂、橋臺側墻外鼓、開裂

（1）荷載過大，使側墻（或前墻）承受的土壓力增大，特別是一些車輛太靠側墻行駛（邊緣行駛）。

（2）臺內填土不密實，排水系統失效。

（3）砌筑砂漿或石料強度降低。

（4）發生不均勻沉降，橋臺側墻外鼓的病害成因，除與橋臺開裂病害成因相似外，側墻開裂嚴重，極大地消弱了側墻剛度。

2.1.3.2上部結構產生裂縫

雙曲拱橋最常見的裂縫是徑向裂縫，常發生在拱腳和拱頂部位，其方向與拱軸線垂直。拱腳附近的徑向裂縫是由負彎矩引起，上寬下窄，垂直于拱軸線向下延伸。拱頂附近的徑向裂縫由正彎矩引起，裂縫下寬上窄，豎直方向向上延伸，拱頂裂縫寬度較大，向1/4跨方向逐漸減少以至消失。

（1）主拱圈徑向裂縫，產生這種裂縫的主要原因是由于拱圈正截面強度不足。

（2）拱肋、拱波連接處開裂，主要原因是兩者粘結力不夠，由于拱腳截面剪應力大，肋、波之間抗剪強度不夠。

（3）橫系梁裂縫，由于橫系梁比較單薄，橫向聯系薄弱。

2.1.3.3擴大基礎存在嚴重掏空現象

基礎長期遭沖蝕，材料強度下降，基礎整體性被破壞，防護構造未采取；不合理的挖砂及上游水閘放水，改變了水流速度等水流特性，造成水流沖擊增大。

2.2 加固設計

2.2.1設計依據及技術標準2.2.1.1 設計依據

（1）《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG D23-2007）及（JTJ024-85）；

（2）《公路舊橋承載能力鑒定方法》；

（3）《云浮市羅定思廉橋等7座橋梁檢查報告》（廣東省公路工程質量檢測站）；

（4）《公路橋梁養護規范》（JTG J11-2004）；

（5）《公路橋梁設計通用規范》（JTG D60-2004）及（JTJ021-89）；

（6）《公路橋梁施工技術規范》（JTG041-2000）；

（7）《云浮市榃感橋基礎水下探摸檢查報告》（廣州市宇麒工程有限公司）；（8）《公路橋梁加固設計規范》（JTG/TJ22-2008）；（9）《公路橋梁加固施工技術規范》（JTG/T J23-2008）。

2.2.1.2技術標準

（1）設計荷載：汽車-15級，加固設計后恢復原設計荷載標準；

（2）橋面寬0.7 m（人行道）+凈5.2 m+0.7 m。

2.2.2主拱加固設計

主拱肋下部混凝土邊角基本都有脹裂，破損，縱向主筋外露，銹蝕嚴重。施工前應測量拱軸線，詳細檢查拱肋病害，對于發現的拱肋病害和缺陷進行處理。對于拱肋裂縫（不小于0.15 mm）進行灌縫處理，拱肋裂縫（小于0.15 mm）進行封閉處理；對于外露鋼筋進行手工除銹，處理后，在鋼筋表面涂刷阻銹劑。對混凝土露粗骨料、麻面和風化的面層鑿毛，直至露出新鮮骨料，后用環氧砂漿修復。對于發現的混凝土蜂窩和孔洞病害及對原有混凝土不密實或質量有懷疑的部位都予以處理。

處理完畢后，采用加大拱肋截面，提高承載能力，加大橫系梁加強整體性；加大拱腳至L/4截面的高度，增強抵抗負彎矩能力。

（1）加大拱肋截面，將原拱肋外表面鑿毛，并在其上植筋，綁扎鋼筋網。在拱腳下緣拱座植筋，并與拱肋新增截面的鋼筋焊接。然后立模澆注C30混凝土，同時解決局部拱腳主筋及外露箍筋病害。

（2）加大靠近拱腳處兩腹孔間橫向拱波拱板頂面清除浮漿并鑿毛，在表面植筋。綁扎鋼筋網，鋼筋網要與墩頂底座墻和腹孔底座墻植筋焊接，現澆8 cm厚C30混凝土。

（3）加大拱肋橫系梁高度。系梁底面鑿毛，植筋，綁扎鋼筋，澆注C30混凝土，要求和拱肋混凝土同時澆注。增加橋梁橫向聯系。

2.2.3腹拱加固設計

對腹拱底面裂縫進行注膠封閉，植筋并綁扎鋼筋網。鋼筋網要與墩頂帽墻和腹拱帽墻植筋焊接，然后加鋪12 cm的防水聚丙烯纖維鋼筋混凝土，每立方混凝土加入聚丙烯纖維2～2.5 kg。

2.2.4下部結構加固設計

1#、2#、3#墩擴大基礎掏空嚴重，對墩基礎進行外包100 cm鋼筋混凝土，外包后拋片石護腳；上游設置分水嶺，減少水流沖刷。

2.2.5橋面及附屬設施改造

（1）拆除原有橋面混凝土鋪裝（填料），并對基層表面鑿毛，露出新鮮骨料，橋面植筋后，噴涂兩層FYT防水層，加鋪8 cm的C30混凝土鋪裝層。施工完畢后橋面標高不變。

（2）在橋面改造的同時對橋面的排水系統進行翻新改造。同時增設2道淺埋式D-80型伸縮縫。

（3）拆除原混凝土欄桿，換為輕型金屬欄桿。人行道寬度保持不變，加高緣石高度；排水溝施工完畢后恢復原樣。

（4）拆除4#臺側墻破損處,重新砌筑。0#臺垃圾予以清理。

2.3 加固方案的施工工藝及操作要求

2.3.1裂縫處理

對縫寬大于等于 0.15 mm的裂縫（第Ⅰ類裂縫）灌注膠液；對縫寬小于0.15 mm的裂縫（第Ⅱ類裂縫）涂刷膠泥封閉。灌膠的材料采用符合設計規范用結構膠（見表1）。

表1 結構膠性能表

2.3.2植筋施工方法及操作要求

2.3.2.1植筋施工方法

（1）鉆孔。孔深與錨筋埋設深度相同，孔徑比錨筋大2～4 mm，孔位必須避讓主鋼筋和盡量避開構造鋼筋，孔道應豎直。

（2）清理鉆孔。孔道先用硬毛刷清理，再以高壓干燥空氣吹去孔底灰層、碎片和水分，孔內應保持干燥。

（3）灌膠。將植筋膠由孔底灌注至孔深2/3處，待插入錨筋后，膠即充滿整個空洞。

（4）錨筋植入。

（5）在膠液干固之前，避免擾動錨固鋼筋和在孔位附近有明水。

2.3.2.2操作要求

按設計圖紙在拱座上用風鉆打錨孔。用壓縮空氣吹除孔內粉塵，用丙酮全面清洗孔壁及錨桿外表面，干燥待用。在孔壁及錨桿外表面涂一層薄的基膠待其初凝，向孔內注入1/2-2/3孔深的結構膠（與錨筋施工用結構膠相同，由孔底向外擠去）后，打入處理好的錨桿，確保孔內膠泥充滿、密實，待錨桿膠體強度達到設計要求后，進行下一道工序。

2.3.3主拱加固工藝流程

主拱圈補強加固順序應根據分段、對稱的原則進行。每段長度施工單位可根據具體情況確定，原則上不小于5 m，以拱頂及兩拱腳同時進行，接下來兩側分段對稱交替加固，使拱的變形不致因偏載而產生大的變形。

2.3.4水下基礎施工

2.3.4.1河床開挖

承臺底河床面加固墩周邊300 cm范圍由開挖設備進行水下開挖，開挖深度為河床面負250 cm。開挖工作完成后由潛水員對加固墩周圍河床進行清理。同時，潛水員對開挖好的墩周圍的底層基礎進行處理，在墩周圍安裝一層高50 cm模板，將模板安裝、調整水平后回填20 cm的砂石。

2.3.4.2 墩表面清洗、鑿毛

潛水員利用水下專業設備對病害墩表面進行清洗、鑿毛，鑿除松散的混凝土，對外露或斷裂的鋼筋進行除銹和焊接。

2.3.4.3 墩表面鉆孔、植筋

鉆孔、植筋作業由潛水員攜帶水下專業鉆孔設備進行水下鉆孔作業，孔深15 cm，孔徑18 mm，孔距40 cm，孔口稍微向上，然后，潛水員清洗植筋孔并通過水下灌漿設備向孔內注漿，再將剪力鋼筋插入孔內并封閉孔口，使鋼筋與混凝土粘結。

2.3.4.4鋼筋制安

潛水員水下逐條綁扎鋼筋，鋼筋的焊接要求按設計要求雙面焊接，焊接長度不得小于8cm。并將綁扎好的鋼筋籠與剪力鋼筋水下焊接。在綁扎鋼筋的同時加設7 cm的保護層墊塊，確保水下混凝土保護層厚度不少于7 cm。

2.3.4.5其它

（1）涂水下粘結劑，為了保證新、舊混凝土能更好地粘結，采用雙組份水下粘結劑。

（2）模板制安。

（3）水下混凝土澆筑。

（4）水下混凝土澆筑完成后，回填砂礫，恢復河床原狀；最后，在周圍拋填片石，保護河床面不直接沖刷，拋填范圍為基坑挖除面，拋填總高度為1 m。

2.3.5橋面施工

（1）橋面標高測量。在橋梁附近設置永久觀測點，確定施工相對標高。測量現在橋面標高。

（2）橋面鑿除。人工鑿除，鑿除厚度為8 cm。

（3）表面鉆孔、植筋。植筋孔深15 cm，孔徑18 mm，孔口稍微向上，然后，清洗植筋孔并通過灌漿設備向孔內注漿，再將剪力鋼筋插入孔內并封閉孔口，使鋼筋與混凝土粘結。

（4）涂刷防水層。（5）鋼筋制安。

（6）混凝土澆筑。

（7）澆筑完畢后橋面刻紋處理。

2.3.6施工組織設計

為保證施工安全和加固效果，以及盡量減少施工對交通的中斷時間，因此應做好合理的施工組織設計，協調好各分項加固工程的工序和準備工作，合理分配時段。

2.3.7注意事項

（1）施工單位若采用不同于設計的工藝、方法、大型機具設備或較大的臨時荷載等，必須征得設計和監理單位的同意。

（2）建議在日常檢查中對橋梁沉降進行觀測。若施工單位在施工過程中發現新問題應及時向業主單位和設計單位反映，根據實際情況給予補強。

（3）該項工程技術難度及施工難度較高，需具備橋梁總承包二級以上或特種專業資質，且相關施工人員具備水下作業證件及有同類型橋梁水下加固施工業績的單位進行施工。

（4）加固完成后對該橋加強養護和管理，定期檢查，并限制超載車輛通行。