淺析橋梁的加固設計與施工

李茂林

摘 要：最近幾年，我國的交通運輸獲得了飛速發展，運輸的貨物越來越重，對于橋梁的要求也越來越高，但現役的部分橋梁在安全方面存在很多隱患，有必要對其進行加固。文章以長陽縣偏巖大橋為例，根據其施工、加固方面取得的經驗，提出了橋梁加固應該依據的原則。并以此為基礎，指出了橋梁在加固設計和施工過程中應注意的問題，希望能夠對今后的公路橋梁加固有一定的指導作用。

關鍵詞：橋梁；加固；設計；施工

中圖分類號：U445.72 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）21-0151-03

隨著我國經濟的快速發展，我國早期建設的公路橋梁雖然依舊發揮著重要作用，但已不能適應當前的經濟發展形勢，在安全問題上存在很大隱患，主要表現為承載力不足，很多公路橋梁的實際負擔重量將要超過承受能力，所以對公路的安全使用具有很大的影響，必須立即對現有公路橋梁進行加固。

1 橋梁加固設計的基本原則

1.1 技術先進原則

最近幾年，在橋梁加固方面運用的技術和材料已遙遙領先于目前新建橋梁，如加固過程中普遍應用的粘貼碳纖維布加固法，在很大應用范圍內解決了橋梁加固過程中存在的維修問題。尤其是最近時期內，又出現了SRAP加固法，很多專家正在進行此方面的研究與開發。這些先進技術的優點就是加固速度快、不會嚴重損傷橋梁的原有結構。所以，在確定公路橋梁的加固方案時，應該首先考慮安全可靠性高的加固方案，使用最為先進的加固材料，運用當前最新的加固方法，在保證加固質量的情況下，盡量減少對公路橋梁原有結構的破壞。

1.2 安全可靠、適用耐久的原則

在設計公路橋梁的加固方案時，要首先考慮到加固工程的安全性與耐久性，這些性能的保證可以有效解決公路橋梁在使用過程中的承載能力、安全性能、在較長的時期內不用維修等。公路橋梁的耐久性不但可以有效抵抗來自外界的侵害，還可以增強橋梁的承載能力，使橋梁具有穩定的結構。進行橋梁加固，就是因為橋梁抗載能力有所下降，但形成這種現象的原因多種多樣，主要有各種原因形成的鋼筋銹蝕，混凝土變質，以及橋梁先天設計存在一定的缺點等。根據橋梁研究的數據表明，進行橋梁加固就是由于橋梁的耐久性達不到要求。所以在橋梁加固過程中，不但要求提高橋梁的承載能力，使橋梁結構更加堅固，還應注意到加固工程結束后橋梁的耐久性，保證橋梁在相當長時期內具有穩定的承載能力和使用性能。

1.3 經濟合理的原則

進行橋梁的加固是一項非常復雜的工作，首先要全面估算加固成本，當中包括檢查、檢測和計算，如果運用上述技術手段不能有效確定橋梁的承載能力，就需采用荷載實驗的方法來確定橋梁的實際承載能力，利用全面整合這些技術手段得到的數據，設計加固方案，在確定方案以后進行施工加固。根據上面這些工作流程可以得出，在進行橋梁加固時，有時規模很小，但加固工程涉及的內容卻很多，因此大大增加了加固成本，要求在確定加固方案時，一定要首先考慮到加固成本。

1.4 以人為本的原則

第一，保證橋梁行車安全和橋梁較長的運用時間，如果發現橋梁有所損傷，則必須迅速組織有關力量進行加固，因為橋梁的損傷會隨著時間的延長不斷加重。第二，在進行橋梁加固時，要制訂嚴密的施工計劃，不但要注意施工人員的人身安全不受損害，而且還要保證施工質量，盡量減小施工對交通的影響，并且還要考慮到施工對環境的污染問題，保護自然環境不受損害。隨著社會的發展與時代的進步，人們對于環境保護越來越重視，所以橋梁的加固工程也要考慮到環境保護問題。

2 長陽偏巖大橋概況

偏巖大橋位于318國道K1 288+584處，該橋為雙跨正交拱橋，全長95.794 m，主拱為凈跨76 m的空腹式（8腹孔）等截面鋼筋砼雙曲拱，f0/l0≈1/8，拱軸線為懸鏈線按恒載壓力調整后確定。主拱圈由4肋+3波+2懸半波組合構成。主拱肋寬55cm，小拱波腳以下主肋高46 cm，小拱波凈跨170 cm，副孔為凈跨-5.5 m鋼筋砼板拱，f0/l0≈1/8。原設計荷載等級為汽-15，掛-80。腹拱立柱為現澆鋼筋砼結構，腹拱橫墻為現澆砼結構。

3 橋梁病害狀況

3.1 主拱圈病害

主拱肋多處出現沿肋邊的縱向裂縫，裂縫長達數米，部分裂縫在肋底面和側面閉合，并伴有砼脫落現象。經鑿開裂縫部位查看，主肋鋼筋嚴重銹蝕。主肋拱腳段肋邊砼裂縫嚴重，縱向數條，裂縫橫向、環向閉合。

3.2 腹拱，橫墻病害

所有腹拱板均出現縱向裂縫，特別是腹拱跨中段裂縫密集，裂縫最寬處達2 cm，漢岸3號腹拱有兩塊腹拱板沿跨中斷裂下沉。

橫墻為現澆砼結構，4號5號腹拱前后橫墻均出現豎向或豎斜向裂縫，縫寬0.8～2 cm，腹拱板端頭處長期有水下滲，墻頂砼碳化嚴重，質地疏松，腹拱立柱有豎向應變裂縫，梁帽及表面水漬斑斑，砼碳化。

3.3 橋面系病害

欄桿部分缺失，橋面砼破損嚴重，呈碎塊狀，雖經幾次維修，但每次維修后的使用期限仍然較短，最長1年后就全部破壞，橋面在腹拱斷裂處沉陷。該橋曾于2007年7月進行荷載實驗，檢測結論認為需對腹拱及橋面系進行更換，對主拱肋、橫墻、立柱、橫隔板等進行加固和維修。2008年4月湖北省公路局曾委托湖北省交科院對該橋進行檢查，根據檢查的病害情況認定該橋存在安全隱患。

4 加固設計方案及施工重點

4.1 本橋加固方案

①主拱肋及橫隔板加固。針對主拱肋病害狀況，增大主拱肋截面，采用新增部分半包圍結構形式，即拱肋三面環包厚15 cm的C40鋼筋砼，橋臺前墻加寬20 cm至橋臺基礎頂面。

橫隔板加厚加大截面，即兩側面加厚15 cm的C40鋼筋砼至主肋底面。

②主拱墩、橫墻加固。橫墻豎向或豎斜向斷開裂縫段，首先鑿除砼，然后布筋，現澆同原墻厚度相同的鋼筋砼。立柱、橫墻的豎向細微裂縫部分，用聚合物砂漿修補。臺帽缺陷處鑿去軟弱層和碳化層，厚度較大的部分用鋼筋砼修補，較小部分用環氧砂漿修補。

③腹拱及橋面系加固。腹拱及橋面系全部拆除，預制厚30 cm的C30鋼筋砼拱板更換原腹拱板。腹拱填料填筑水泥穩定粒料，橋面鋪裝厚（15～20）cm鋼筋砼橋面。重新預制安裝欄桿和人行道。橋面原則上以原標高為控制標高。

4.2 施工重點

根據本橋加固設計方案，考慮現場多方面因素，如工期、資金、技術、設備等影響，施工難度大，特別是部分細部施工比較困難，其重點如下：

①在加固橋梁的主肋時，各種模板的利用方法。

②解決主肋加固過程中的平臺安裝、設備利用、材料運輸和各個施工步驟的連接等。

③在澆筑主肋砼時，要高度重視材料的密實工作，尤其是頂端的材料密實工作。

④對拆除過程中出現的各種情況進行處理。

⑤施工建設中的采取各種安全措施。

施工總體設計如圖1所示。

①鋼筋制作加工場地：設在緊挨橋頭的瀝青拌和場空地內。

②砼拌和場地：設在偏巖橋川岸橋頭空地20 m范圍內。

③預制場：設在偏巖橋兩岸道路上。

④項目部：設在離偏巖橋漢岸130 m處左側農戶家中。

⑤施工隊駐地：設在離偏巖橋川岸50 m左側的偏巖養護站院內。

4.2.1 腹拱橫墻、立柱加固

腹拱橫墻、立柱加固加圖流程如圖2所示。

加固注意事項：

①橫墻斷開裂縫部分的加固。橫墻大面積破損修補原則是將斷裂或破損部分采用人工鑿除，順橫墻方向植入水平鋼筋，然后制安豎向筋和箍筋，立模、澆注砼至標高。

施工要點：必須采用人工輔以小型機具鑿除，不能破壞其它未損壞部分。

②腹拱立柱、橫墻細小裂縫的維修。此部分人工沿裂縫方向鑿除裂縫砼至內側未裂面，然后用環氧砂漿修補。

③立柱橫墻頂面標高調節及維修。本橋以現有的橋面標高為控制點，標高調整位置在腹拱橫墻立柱頂端。鑿除頂部缺陷砼，遇鋼筋時進行切割，預鑿10 cm左右高差，用于柱、墻帽的加固，頂部找平，柱帽頂部植筋并設鋼筋網，提高整體受力性能。

4.2.2 主拱肋、橫隔板加固

主拱肋設計加固是加大原肋截面，三面環包厚10 cm砼，加強鋼筋，橫隔板加大截面，與主肋加固后的底面平齊，兩側面環包厚15 cm砼，因本橋河道寬且深，水快漲快跌，不能單獨搭設支架，在拱肋底澆砼難度大，施工困難，初步擬定拱頂兩端搭設支架和吊架共同組成施工平臺，吊架在主拱下水平、豎直移動，以解決施工中的相關問題。主肋及橫隔板現澆砼模板，利用錨固鋼筋懸掛固定。

主肋施工順序安排和原則：一次連續澆注成型一片主肋，肋片按3，1，4，2順序先后澆筑。澆筑主肋砼時，與主肋交叉的所有橫隔板模板同時澆筑。橫隔板模板全部安裝完成，所有施工縫均留于橫隔板上，每塊橫隔板澆筑的長度不短于0.5 m?？v向相鄰橫隔板施工縫必須前后錯開0.3 m左右，主肋在澆筑中兩側對稱均衡施工。

施工工藝流程：吊架就位→粘結鋼板拆除→錨固筋孔位放樣→打孔植筋→缺陷砼鑿除→砼表面鑿毛→鑿毛后清洗→原外露鋼筋除銹→新加鋼筋綁扎安設→模板安裝→檢查驗收→澆筑砼→拆模養護。

①吊架設備制作、安裝。用不同型號槽鋼、角鋼焊制桁架型吊架，兩吊架中間用鋼管剛性連接，形成一個可移動的吊掛設備單元，形狀結構見圖3吊架立面圖。

吊架用鋼絲繩吊于橋腹拱立柱帽頂的[200槽鋼上，通過槽鋼移動實現吊架水平移動，通過手搖轱轆實現吊架垂直移動，平面布置詳見圖4吊架平面圖。

橋兩端旱坡及淺水區域范圍各搭設長15 m支架（靠近前墻端2.5 m長空間不需搭設支架）。支架與吊掛用鋼管連接，形成施工平臺，吊架共計5片。

②主肋、橫隔板鑿毛清洗。原構件砼缺陷部分全部鑿除，用鋼刷清洗老混凝土的表面，將混凝土表面的泥土、粉塵、油污及碎渣清洗干凈。用鑿子將砼表面鑿毛，露出骨料，鑿成間距3 cm，凹凸差不小于6 mm的小坑，再用清水沖洗，用鋼刷清洗小坑，將混凝土碎渣全部清除干凈。在老砼表面上刷一層水泥凈漿，其厚度為1～2 mm。

4.2.3 腹拱板預制安裝

腹拱板施工工藝流程：地模制作→鋼模制作→鋼模安裝→鋼筋制安→澆筑混凝土→吊運堆放→安裝。

①地模制作。地模采用M7.5砂漿和標準磚砌筑底座和側墻，底座用水平儀測定標高，保證座底四周水平，中間空腹部分填筑砂石料，弧形頂面澆筑8 cm厚C25混凝土，然后用M10砂漿粉刷至尺寸要求。地模制作共20塊，武漢方向9塊，四川方向11塊。

②鋼模制作。鋼模板采用L63、L50、L45角鐵焊接主骨架，模邊板焊厚2 mm鐵板，其形狀和尺寸滿足腹板實體形狀和尺寸。

③鋼模安裝。將制作好的鋼模立于地模底座上，用φ20螺桿連接兩鋼模主骨架，底座直邊3道φ70PVC管螺栓孔，弧形頂邊7道φ30PVC管螺栓孔。

④鋼筋制安。小腹拱板分中板和邊板兩種，其尺寸和鋼筋分布略有不同，在鋼筋制作安裝過程中要加以區分。所用鋼筋必須是經過檢測合格的產品，表面無銹蝕，經鋼筋調直機調直后的鋼筋必須平直，無局部彎折。嚴格按照施工圖紙對小腹板內所需鋼筋進行加工，安裝。

⑤澆筑混凝土。鋼筋、模板經自檢合格，報監理工程師驗收合格后，方可進入砼澆筑，砼根據設計配合比拌和，各種材料經過磅秤現場稱量至設計用量方可送至攪拌機，拌和均勻后由小型砼運輸車運輸至小腹板澆筑地點，人工用鐵鍬裝入模內，由于小腹板模為梯形，上窄下寬，故在振搗時一定要注意下部的密實度。振搗時，振動棒不得碰到模板，振動到砼停止下沉，無顯著氣泡上升，表面平坦一致，呈現薄層水泥漿為止。在澆筑過程中應保證砼輸送的連續性，還應經常檢查模板、鋼筋骨架以及預埋件的情況，保證其不受損傷或者移位。砼澆筑完畢應及時收光抹面，使其滿足設計及規范要求。然后用土工布覆蓋，并派專人灑水養護，待砼強度達到2.5 MPa以上方可進行拆模，拆模后整體覆蓋并灑水養生。

⑥腹板吊裝。預制腹板混凝土達到設計強度85%以上方可吊裝。

工藝流程：測量放樣→蓋梁M10砂漿座漿找平→預制板運輸→吊板就位→復測校正→澆筑板端接頭處C30砼。

主要施工方法：將腹板運輸至橋頭，采用輕型設備，如扒桿，吊裝就位，運輸過程中必須保證板的簡支狀態，做到輕吊輕放。

施工要點：安裝時從橋兩頭方向向跨中對稱安裝，在每孔的安裝中，由中央向兩側對稱安裝，吊安設備嚴禁采用大型機械設備，防止對腹拱、立柱、立墻產生不均勻、較大的推力，破壞柱墻。板吊裝就位后澆筑板端接頭處C30砼。

4.2.4 橋面鋪裝

①施工工藝流程。施工放樣→M10砂漿找平→防水層→鋼筋制安→立模→砼澆筑→砼振搗→表面壓光→抹面→拉毛→養護（切縫）。

②施工要點。底層鋼筋墊塊用C15砼預制，達到設計要求。鋼筋網中間用短筋焊接支起，防止鋼筋網塌落。腹拱填料頂面嚴禁滯留油污，澆筑砼前要清洗。砼澆筑順序為從跨中方向向兩頭對稱澆筑，砼一層澆筑到位，澆筑時不能在鋼筋網上集中堆砌砼，防止鋼筋網受壓變形或移位。

5 結 語

隨著我國經濟的快速發展，交通運輸行業也獲得了發展的機會，隨著車輛的負載越來越大，對公路橋梁提出了更高的要求，我國現有橋梁在過去很長時期內發揮了重要作用，但目前已不能適應經濟發展的要求，必須進行加固與維修。本文依據橋梁加固最先進技術，運用某個橋梁加固的實例，主要探討了橋梁加固過程中的設計、標準、施工、各種設備的安裝等步驟，希望能夠為今后類似橋梁加固工程提供參考。

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