在役橋梁加固改造設計

王 彬

（山東高速工程檢測有限公司，山東 濟南 250002）

引言

在役橋梁運營過程中，會出現結構性病害和耐久性病害，而且隨著交通量不斷提升，有時需要提高橋梁的荷載等級，以上兩種情況均需對橋梁進行加固或改造[1]。橋梁加固和改造設計與新建橋梁設計存在不同，有其自身特點，需先分析現有橋梁的病害特點及現有承載能力，在此基礎上方可進行設計，有更大的限制性。主要對中小橋梁加固改造設計過程中遇到的注意事項進行總結。

1 加固設計荷載等級

（1）單個橋梁由于年久失修而不滿足荷載通行要求需要加固時，可按照原設計荷載進行加固。（2）整條線路道路等級提升，在役橋梁需改建，以滿足新的荷載要求。此為最低要求，實際橋梁加固前還應查看橋梁所在區域交通情況，如交通繁忙且超載較多時，應適當提高富裕度。在考慮安全與經濟平衡時，材料成本占比較小，后期加固或改建過程中，施工措施費、社會環境和交通成本會隨社會發展進一步提升，應在合理范圍內提高安全度，同時要考慮全橋安全等級的協調。

明確荷載等級時需考慮橋梁的現有狀況。《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60—2015）實施后，現有橋梁上部結構的抗剪能力及下部結構承載能力不能滿足新的荷載要求。遇到道路等級提升，大量技術狀況良好的橋梁因無法對其加固而拆除重建，造成社會財富浪費。對于技術狀況良好的橋梁，且名義荷載等級未提升（如采用《公路橋涵設計通過規范》（JTG D60—2004）設計的公路I 級橋梁，改造后橋梁荷載還是公路I 級）時，應盡量利用現有橋梁，甚至可暫時不加固，后期運營中出現病害后再進行針對性維修。

2 加固設計前需分析病害原因

目前加固設計一般依據橋梁檢測報告，但檢測單位水平參差不齊，故加固設計前需勘察現場以確定橋梁的實際病害，甚至針對特殊病害要求檢測單位補充專項檢測。

檢測單位與加固設計對橋梁關注點不完全一致。如某分幅橋梁，分幅處現狀為鏤空，為拓寬道路需將鏤空處增設板梁，按檢測單位測量數據，鏤空處凈寬1.2 m，實際吊裝板梁時發現板梁為矩形，鏤空形狀為梯形，但肉眼無法分辨，而造成返工。類似問題還有老橋相關高程或高度測量，對于檢測單位該數據不重要或者測量較粗糙，但對于設計單位該數據將決定橋面線形是否平順。

2.1 病害分析案例1

上海某橋為一座南北走向的單跨簡支預應力混凝土小箱梁橋，橋梁全長為28.6 m，單跨跨徑為23.0 m，為正交橋梁。下部結構采用重力式橋臺，橋面總寬為32.0 m，兩端橋臺處橋面均設型鋼伸縮裝置。橋面鋪裝采用0.09 m 瀝青混凝土鋪裝層+0.08 m鋼筋混凝土鋪裝層，橋面兩側采用混凝土花板欄桿。

經檢測發現，南端橋臺與接坡范圍存在明顯高差（接坡較橋臺臺背頂面高）：（1）存在高差的范圍。橫向范圍為機動車道、非機動車道及機非分隔帶，縱向范圍為距南橋臺臺背后緣約12 m 范圍內。目前該范圍內除機非分隔帶外均有明顯的翻修痕跡，見圖1。（2）高差量為53 ～119 mm，最大高差位于東側非機動車道近機非分隔帶處，見圖2。

圖1 南端橋頭接坡路面

圖2 南端橋臺接坡路面與橋臺間存在高差

病害產生可能有兩種原因：（1）橋梁橋臺承載能力不足，橋臺下沉。（2）臺后填土隆起導致高差。

根據最終綜合病害檢查及標高測量結果，確認該橋南端橋臺相對北端橋臺未發生明顯相對沉降，但南端橋臺產生了較為明顯的縱向水平位移及橫向水平變位（兩邊幅橋臺）。這是由于南端橋臺位于原舊河道中，施工時臺后填料中存在大量的吸水膨脹性填料，填料吸水后向四周及上方膨脹，見圖3。導致南端橋臺縱向向跨中方向、兩邊幅橋臺橫向向遠離橋梁中心線的方向發生水平變位，同時導致接坡（含橋頭搭板）向上隆起；南端橋臺向跨中方向變位后，橋臺臺背與主梁梁端頂死，導致橋臺背墻正面、橋臺兩側面斜向開裂；支座下端隨橋臺向跨中方向變位，導致兩端橋臺大部分支座產生剪切變形，其中南端橋臺部分支座因變形量過大而嚴重開裂。

圖3 橋臺臺后填土中膨脹填料向周圍擠壓橋臺

若判斷橋臺處高差由基礎沉降引起將導致不同的維修方案。綜上，該橋維修方案為臺后填土挖除后換填。

2.2 病害分析案例2

上海青浦區某橋梁為一座東西走向的三跨簡支混凝土空心板梁橋，跨徑組合為：13.0 m+20.0 m+13.0 m。橋面總寬為16.6 m，上部結構每跨均由14片空心板梁組成，下部結構采用漿砌塊石重力式橋臺，樁柱式橋墩，橋面采用鋼筋混凝土鋪裝，橋臺處設型鋼伸縮裝置，橋墩處橋面連續，目前兩端橋頭設有“15 t”的限載標志牌，交通狀況一般。

檢查病害：（1）0#和3#橋臺漿砌塊石臺身水平向開裂，其中3#橋臺裂縫延伸至橋臺側面，見圖4。（2）0#橋臺南側及3#橋臺北側臺背擠壓開裂，見圖5。（3）3#橋臺北側人行道臺背頂面斜向開裂，見圖6。三處病害相互關聯，為橋臺臺背與梁端擠壓所致。維修方案為鑿除兩端橋臺臺背重新澆筑，保留部分臺背鋼筋，重新綁扎鋼筋后，采用C40 混凝土澆筑，主梁與橋臺臺背間保留足夠間隙滿足主梁的伸縮。

圖4 3#橋臺臺身漿砌塊石水平向開裂

圖5 3#橋臺臺背北側面開裂

圖6 北側人行道臺背頂面開裂

該加固改造方案需要設計單位動態設計。施工時，先挖除人行道橋臺附近面磚并清理至板梁頂面，由設計院現場確認梁板與臺背頂死范圍，根據頂死范圍確定臺背鑿除重筑長度。根據圖6 的臺背頂開裂方向，可判斷梁端與靠車行道側臺背頂死，故先從該處開挖以判斷頂死區域，如開裂斜裂縫方向與圖6 方向相反，則應從人行道外側局部開挖或鑿除臺背以確定臺背與梁端頂死區域。

3 板梁間鉸縫維修

目前，上海大量在役板梁橋病害主要為鉸縫受損導致的橫向整體性降低的相關病害。（1）橋面對應鉸縫處出現縱縫甚至碎裂帶。（2）鉸縫滲水。若橋面有縱縫且對應縱縫處梁間勾縫伴通長滲水，說明板梁間剪力鉸已受損，則應對鉸縫進行維修加固［2］。

鉸縫維修時需鑿除橋面部分混凝土鋪裝，補種剪力筋，修復梁間損壞的剪力鉸，然后用C40鋼纖維混凝土重筑橋面鋪裝，適當增加橋面混凝土鋪裝層的配筋量，恢復板梁間的橫向聯系，在鑿除橋面鋪裝混凝土過程中特別要注意對主梁的保護，在澆筑橋面鋪裝混凝土前務必將板梁頂面做鑿毛處理。

鉸縫維修注意事項：（1）鋼筋網片定位準確，鋼筋要與混凝土完全包裹，特別是底部鋼筋需防止鋼筋位于新老結合面上導致整體性差。（2）新、老鋪裝結合界面處理（強力清掃、加剪力鋼筋）。（3）鋪裝層還有防水功能，需明確采用防水混凝土及相應的防水等級。（4）植筋膠要防止焊接時失效，要注意距離、焊接方法及降溫。（5）鑿除老橋鋪裝時，注意避免鑿傷板梁，且采取措施避免邊梁傾覆。

4 其他注意事項［3］

（1）黏貼碳纖維布不宜整塊板滿貼，如有氣泡很難擠出，后期碳纖維布易從氣泡處脫落。碳纖維布不能貼在疏松混凝土表面，需打磨至堅硬混凝土層；板梁底有滲水時，需先鉆孔泄水，待水流盡后方可黏貼碳纖維布，且鉆孔部位不宜黏貼，以保持后續泄水通道。（2）板梁抗剪加固方法選擇時，若經檢算抗剪承載力相差不多，可采用黏貼鋼板加固，若相差較多，需采用加大截面方法加固。（3）墩臺不均勻沉降導致的病害，若病害不嚴重，可加強監測，待沉降穩定后加固為宜。（4）設計要明確養護時間、加固時是否容許橋面通行。（5）橋梁銹蝕破損部位因為新、老混凝土電位差原因鋼筋較其他部位更容易生銹，宜使用阻銹劑。（6）新、老混凝土結合面需加強處理，有條件時可采用界面膠。

5 結語

（1）橋梁加固設計需明確加固后使用荷載，宜根據現場實際交通并結合規范確定使用荷載。（2）橋梁加固設計需現場調查研究，根據實際橋梁病害采用針對性的加固維修方案。（3）橋梁新、老部位結合面處理是橋梁加固設計的關鍵。（4）橋梁加固后應根據橋梁養護相關規定明確限載噸位。