淺議橋梁加固技術及其在實際工程中的應用

摘要：近年來，隨著橋梁建設事業的不斷進步，橋梁運營階段的維修、加固等方面的問題也成了各方共同關注的焦點。后期運營使用過程中，若不能及時識別橋梁各個部位的損傷情況并采取對應的加固維護措施，這些病害極易形成安全隱患，甚至造成安全事故。本文討論了橋梁運營過程中加固維修的必要性，并列舉了現階段常用的的橋梁加固方法，對其中幾種常用加固方法的優缺點進行了對比。而后以一座上世紀修建的橋梁加固施工為例，闡述了橋梁各個部位病害整治及加固的具體施工方法與施工流程，加固后的橋梁可以滿足其正常使用要求，加固部位工作性能良好，但由于加固并不能改變橋梁原本的抗震能力，因此需要在后期的管理工作中對此進行重新設計。本文的研究，對于橋梁加固工作的施工與方法選擇均具有一定的指導和參考作用。

關鍵詞：橋梁工程;維修與加固;應用

中圖分類號：U445.7? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

1.概述

近代以來，我國各方面均取得了長足的發展，橋梁建設事業也隨著蒸蒸日上，不論是公路橋梁亦或是鐵路橋梁，在數量、跨徑、造型等方面都有了顯著的提升[1]。然而，隨著橋梁建設事業的不斷進步，橋梁運營階段的維修、加固等方面的問題也成了政府、業主、設計單位、建設單位等共同關注的焦點。由于前期質量控制不到位以及后期運營過程中的構件老化、荷載變化等問題帶來的橋梁質量問題[1]，在后期運營使用過程中若不能及時識別并采取對應的加固維護措施，這些病害極易形成安全隱患，甚至造成安全事故。而且橋梁加固技術在橋梁工程中的應用，將極大的降低橋梁的維護成本，尤其體現在橋梁的大修與后期病害處治過程中[1]～ [5]。此外，相關的橋梁綜合治理機構和機制需要建立健全，施工、設計、維護方面的規范需要進行完善，相應的高水平專業技術人才也需要培養[6]。因此，將橋梁的維護加固工作提上橋梁建設事業的正常日程很有必要。

隨著我國科技的進步與經濟的發展，以及相關行業規范的變動，我國于上世紀修建的許多橋梁已經處于超負荷運營狀態，各種病害也相繼出現，對上述橋梁進行適當的維修與加固勢在必行[4]。造成橋梁病害的原因包括人為因素和自然因素兩個方面[7]。人為因素貫穿橋梁設計、施工、運營等各個階段。設計、施工階段，考慮到橋梁建設的成本與技術等方面的問題，各單位對結構設計、原材料的使用。施工機具的選擇、施工功法的優劣等方面或多或少會進行控制，在建設初期便會對橋梁工程的質量造成一定的影響。運營階段，大多數老橋和舊橋在設計時很難考慮到現今社會的車流量和掛車等荷載，造成了這些橋梁一度出現超負荷使用的情況，甚至出現橋梁垮塌、結構失效等情況[8]，加之大部分橋梁在運營階段無法及時識別橋體和基礎出現的損傷，進而失去了最佳的橋梁維修與加固時間，致使橋體出現極其嚴重的損傷和變形時才進行加固補強，嚴重損害了橋梁結構的耐久性[9]。而自然因素則包括地震、颶風、海嘯、山洪、泥石流等作用，有時，一次猛烈的地震可能會直接導致橋梁結構的失效。在上述因素的共同作用下，橋梁會出現梁體開裂、鋪裝層損壞、欄桿與防撞墻等附屬設施的破壞、基礎不均勻沉降、支座破損等方面的病害，對其進行及時的識別和維護，有助于保證結構的耐久性，進而保證橋梁工程使用過程中的安全性與可靠性[10] [11]。

2.常見的橋梁加固方法

基于不同類型的橋梁病害和橋梁結構形式，工程實踐中常用的橋梁加固技術包括改變結構體系加固、增大截面和配筋加固、噴錨加固、體外預應力加固、裂縫修補、外包混凝土加固、鋼板粘貼加固、減輕自重加固、粘貼纖維復合材料加固、增補樁基和擴大基礎加固等不同的加固方法[8]～ [14]。這些加固方法各具特色，具體的方法要綜合考慮橋梁受損部位、構件形式、橋型、造價等因素來進行選擇。

其中，改變結構體系，可以是直接或者間接改變結構的受力體系，達到加固的目的改變橋梁的受力體系，從而使得橋梁的整體受力更加趨于合理，從而提高結構的可靠度，延長橋梁的使用壽命[9];也可以是直接改變橋梁的整體結構體系，使得原來的橋梁有更多的結構參與受力，分擔原有結構所承受的各種荷載。按照以往的施工經驗，該方法主要采用的施工技術有預應力加固、體外預應力加固、改變結構受力體系加固、增設主梁、添加橫向聯結等方法[10]。實際工程中應用最多，效果最顯著的便是預應力加固，其通過使用拉桿和撐桿來增強梁體的剛度、抗裂性以及整體強度[12] [15]。拉桿的存在，使得橋梁抵消了一部分梁體的自重，這對于承受彎矩的橋梁來說非常有利，而撐桿多見于橋梁下部，用于支撐橋梁的軸心墩柱。體外預應力加固，是幾乎所有方法之中最有效但也是施工難度最大的一種方法[13]。其可以在不顯著增加梁體重量的前提下，大大提高梁體的抗彎能力、抗裂性能以及承受荷載的能力，而且該方法對橋梁本身的結構和形式并無太大要求，基本上目前大多數的橋梁都可通過這種方式實現加固和維護。直接在外部進行加固，不僅不影響橋梁本身的結構，而且施工過程中還能保證正常的車輛通行。此方法最顯著的不足便是對施工工藝和施工精度的要求，以及預應力鋼筋在長時間工作以后可能出現的銹蝕[14] [15]。

3.橋梁加固技術在實際工程中的應用

3.1 工程概況

該橋為我國南方某市的一座公路橋梁，1992年開始修建，1993年竣工通車，全長196m，橋面寬度為18.5m（15.0+2*1.75），設計荷載為掛車-120，汽車-超20。主橋為預應力混凝土空心板與預應力混凝土T型梁的組合形式，具體組合為：預應力混凝土空心板3*20m+預應力混凝土T梁3*30m+預應力混凝土空心板5*20m。

根據現場調查情況，本橋出現的主要病害包括：橋面上出現的大面積繼續發展趨勢的裂縫，其中以橫向和縱向裂縫為主;主梁的橫隔板施工時設置的濕接縫發生了較為嚴重的開裂，重車通過該部位時有較為輕微的跳車現象;邊跨的空心板鉸縫處發生了開裂，存在較為嚴重的漏水;伸縮縫局部位置破壞嚴重，混凝土開裂嚴重，安裝不當導致部分伸縮縫的縫寬超限，由于橋面鋪裝有一定程度的破壞且橋面的橫坡發生了改變，故而需要更換所有的伸縮縫;支座和下部結構以及基礎暫未發現問題，工作情況良好。初步分析，混凝土橫向開裂的主要原因是橋面鋪裝和伸縮縫位置的混凝土質量不達標，縱向開裂是因為橫向聯系的剛度不足。針對上述病害和成因，設計了對應的加固方案。

3.2 病害整治與加固方案

針對橋面鋪裝出現的病害，考慮到整個橋面的鋪裝普遍存在橫向裂縫、縱向裂縫以及龜裂，因此對全橋的橋面鋪裝全部鑿除重做。重做之后的橋面選用C40的鋼纖維混凝土，混凝土內部鋪設10cm*10cm的φ12焊接鋼筋網片，鋼筋采用CRB550的冷軋帶肋鋼筋，鋼纖維采用抗拉強度為370Mpa，長32.4mm的剪切型鋼纖維，其單位體積的摻量為50kg。此外，為了提高主梁與混凝土空心板之間的連接能力，在橋面板中植入間距為50cm的φ12 CRB550冷軋帶肋鋼筋，植入深度為5cm。在進行舊橋面鋪裝鑿除的時候，要充分鑿毛主梁的表面，使得表面足夠粗糙，露出砂、石等骨料，便于新的橋面鋪裝與主梁之間的連接，增強二者間的連接能力。

根據現場調查報告，中橫隔板兩側有大量豎向裂縫，位于濕接縫的施工縫部位，豎向通長開裂，裂縫寬度在0.3～0.45mm之間，其端部未發現裂縫;T梁之間的濕接縫局部有縱向裂縫，寬度約為0.13mm。出現裂縫的橋跨的橫隔板在設計時配筋率不高，如果同橋面鋪裝一樣鑿除重新澆筑，不但自身配筋率有限，新舊混凝土之間的連接強度也存在較大問題，因此高部位的病害整治加固采用粘貼鋼板外加螺栓固定的方法對中橫隔梁進行加固，加固施工時采用滿堂支架進行。其中，加固所用的錨栓和鋼板均為16錳鋼，其技術指標均滿足規范要求。施工時，先按施工圖中預先設計號的孔位在梁體對應位置放樣，為了避免孔位開在梁體中布筋的位置，先用鋼筋探測器進行探測，如果遇到孔位與鋼筋沖突，應考慮適當挪動孔位。而后，對混凝土表面盡進行鑿毛處理，并對所粘貼的鋼板表面進行除銹處理。建筑結構膠按照設計技術要求配制完成之后，利用注漿器自上而下在橫隔板裂縫部位灌膠，之后在預定部位進行鋼板粘貼和螺栓固定，之后對外露鋼板進行除銹之后，即完成了中橫隔梁部位的粘貼鋼板加固。

如前所述，伸縮縫需要全部進行更換，在既定位置將原有的伸縮縫用改進之后的伸縮縫更換即可。欄桿柱和燈柱座個別有破損的也在原有部位進行更換。此外，為保證橋梁加固工作的正常進行和加固質量，施工單位需要協同相關部門做好交通協管與疏通工作，改造與加固期間禁止機動車通行，加固完成之后即可開放交通。

該橋加固完工后，經過各方面的監測和觀察，發現加固后的橋梁可以滿足本橋的正常使用要求，加固部位工作性能良好。然而，在進行橋梁加固的過程中，本橋上、下部結構、基礎工程及對應部位的配筋率已經無法改變，橋梁的抗震性能已經確定，加固施工無法進行此方面功能的增強，因此，為了保證加固之后新增結構的抗震性能，后期需要對新增結構的抗震性能重新進行設計。

4.小結

本文從常見的橋梁的病害及其成因等方面討論了橋梁運營過程中加固維修的必要性，并列舉了現階段常用的的橋梁加固方法，對幾種常用加固方法的優缺點進行了對比。以一座上世紀修建的橋梁加固施工為例，闡述了橋梁各個部位病害整治及加固的具體施工方法與施工流程，通過對該橋加固后的監測與觀察發現，加固后的橋梁可以滿足其正常使用要求，加固部位工作性能良好，但由于加固并不能改變橋梁原本的上下部結構、基礎結構及對應部位的配筋率，故而無法增強加固后新增部位的抗震能力，需要在后期的管理工作中對此進行重新設計。本文的研究，對于橋梁的維修加固及其在實際工程中的應用，均具有一定的借鑒與參考意義。

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投稿日期：20190828

作者簡介：陳海龍 （1981.2出生），男，漢族，甘肅鎮原人，工程師，長期從事橋梁工程建設工作。