橋梁加固與橋梁拓寬施工技術(shù)研究

鄒洋

（廣東恒泰公路工程有限公司，廣東 梅州 514087）

0 引言

改革開放以來，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公路橋梁所承擔(dān)的運(yùn)輸車輛荷載和人員通行壓力也不斷增長，使得我國早期建設(shè)的部分公路橋梁無法滿足現(xiàn)有的交通需求。因此，為了提高公路橋梁的服務(wù)水平，需采取措施延長橋梁工程的服役時(shí)間。若將舊橋拆除，重新建設(shè)新橋，不但影響交通出行、成本高昂，而且對(duì)生態(tài)環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生不利影響。如果可以將舊橋合理加固或拓寬，不但能避免以上不利因素，還可以使舊橋得以重新利用，帶來巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。綜上所述，橋梁加固與拓寬施工技術(shù)在公路橋梁領(lǐng)域具有顯著的應(yīng)用價(jià)值。隨著加固與拓寬技術(shù)理論研究和實(shí)踐的不斷發(fā)展，在鋼筋混凝土橋梁領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用。因此，針對(duì)橋梁工程開展加固與拓寬施工技術(shù)研究變得愈加重要。

1 工程概況

選取廣東梅州某大橋維修加固工程，該大橋建設(shè)于20世紀(jì)90年代，橋梁上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土T梁預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)，T 梁數(shù)量為6 片。橋梁服役十余年后，通過檢測發(fā)現(xiàn)橋梁承載性能不足，需采取措施提高橋梁構(gòu)件的承載力。考慮到現(xiàn)場的實(shí)際情況，采取的措施為：在舊橋外側(cè)架設(shè)與舊T 型梁結(jié)構(gòu)尺寸一致的T 型梁實(shí)現(xiàn)拓寬，采用的T 梁數(shù)量為5 片。同時(shí)，新舊T 型梁和新舊橋之間采用濕接縫、橫隔板進(jìn)行結(jié)構(gòu)連接。舊橋主梁為部分預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，新梁為混凝土全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。舊橋和拓寬后橋梁各指標(biāo)參數(shù)見表1，拓寬后橋梁結(jié)構(gòu)跨中斷面圖見圖1。

表1 舊橋和拓寬后橋梁各指標(biāo)參數(shù)

圖1 拓寬后橋梁結(jié)構(gòu)跨中斷面圖

2 橋梁加固施工技術(shù)

2.1 舊橋主梁加固法

根據(jù)工程實(shí)踐和監(jiān)測經(jīng)驗(yàn)可知，若對(duì)舊橋開展加固時(shí)，一般采取的措施為對(duì)主梁進(jìn)行加固。在這一過程中，可以提高人行道的寬度，同時(shí)通過在路面及橋墩上部架設(shè)人行梁的措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋面的拓寬和主梁的加固，從而提升橋梁整體的承載性能。

2.2 橋面整治加固法

提升橋梁工程的整體穩(wěn)定性是開展橋梁加固的首要目的。橋梁整治加固前，應(yīng)預(yù)先清理需加固的地方，清除雜質(zhì)。在對(duì)橋梁面層進(jìn)行加固的過程中，若發(fā)現(xiàn)填料中采用的砂石與橋梁不匹配，需對(duì)其中的雜質(zhì)進(jìn)行清除并換填適用的砂石材料。換填結(jié)束后，根據(jù)壓實(shí)度要求進(jìn)行夯實(shí)，同時(shí)提高砂石平面的平整度，有利于混凝土面層的澆筑。

2.3 封縫加固法

橋梁工程中最常見的病害為橋梁裂痕，一般采取封縫的措施進(jìn)行處理。具體施工工藝如下：第一，明確封縫的位置，對(duì)封縫處的雜質(zhì)進(jìn)行清除，然后采用壓縮設(shè)備將封縫位置處的廢棄物完全清除，從而為處理裂縫提供良好的工作面。第二，在清理過程中，應(yīng)注意灌漿底座的位置，便于下一步環(huán)氧樹脂的施工。第三，待環(huán)氧樹脂風(fēng)干后，應(yīng)采用樹脂膠進(jìn)行墊底預(yù)埋，灌漿封堵完成后，及時(shí)采取封口措施進(jìn)行處理，從而提升封縫加固的整體效果。

2.4 大截面加固法

以舊橋面為基礎(chǔ)，在橋面上方澆筑混凝土實(shí)現(xiàn)加固，采用同種材料來增大舊構(gòu)件的截面面積，從而達(dá)到提高構(gòu)件的承載性能和剛度的目的。采用大截面加固法有以下注意事項(xiàng)：一是對(duì)新舊構(gòu)件的結(jié)合面進(jìn)行處理時(shí)，需將混凝土的缺陷部分鑿除，露出粗骨料，構(gòu)件的結(jié)合面鑿毛凹凸差控制6mm 以內(nèi)；二是在舊構(gòu)件上植筋時(shí)，應(yīng)確保施工方法和技術(shù)滿足規(guī)范要求，新設(shè)鋼筋骨架和錨筋為一體。這一方法主要適用于以下兩種結(jié)構(gòu)類型：一種是需適當(dāng)提高橋面板厚度；另一種是需增大主梁肋寬度和高度。圖2為橋梁增大截面加固過程。

圖2 橋梁增大截面加固

2.5 粘貼鋼板加固法

采用樹脂材料、混凝土及粘貼鋼板等措施進(jìn)行橋梁加固的方法，被稱為粘貼鋼板加固法。該方法一方面可以縮短施工周期，不影響交通正常運(yùn)行，另一方面不會(huì)對(duì)橋梁原有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，影響程度低。然而這一方法的實(shí)際加固效果受粘貼技術(shù)影響較大，一般適用于濕潤環(huán)境下的橋梁加固。

3 橋梁拓寬施工技術(shù)

目前，針對(duì)混凝土橋梁拓寬的方法多種多樣，在選取拓寬方法時(shí)，應(yīng)綜合考慮橋梁的結(jié)構(gòu)類型、施工條件、工程地質(zhì)等因素。從結(jié)構(gòu)的受力情況分析，拼接方法和工序不同，拓寬后橋梁的受力體系也不同，拓寬方法對(duì)混凝土橋梁的受力性能和可靠度有著決定性影響。在當(dāng)前工程實(shí)踐中，主要采用以下幾種拼接拓寬方法。

3.1 增設(shè)邊梁拓寬法

增設(shè)邊梁拓寬法，即拆除橋梁兩側(cè)的欄桿或人行道板后，在舊橋結(jié)構(gòu)上采用與舊橋一致或類似的結(jié)構(gòu)對(duì)橋梁進(jìn)行拓寬，并且采用加設(shè)蓋梁或加寬橋墩的措施分擔(dān)豎向荷載。這一方法的優(yōu)勢在于增設(shè)邊梁將橋梁拓寬后，橋梁整體的剛度增大，舊橋的橫向分布系數(shù)隨之減小，進(jìn)而改善橋梁的橫向受力情況。在實(shí)踐應(yīng)用中，應(yīng)考慮蓋梁受力的情況，確保加寬后仍具備較好的受力性能。圖3為某高架橋采用增設(shè)邊梁拓寬法對(duì)舊橋拓寬。

圖3 某高架橋增設(shè)邊梁拓寬示意

3.2 增設(shè)懸臂挑梁拓寬法

增設(shè)懸臂挑梁拓寬法一般有兩種方法：方法一，若舊橋結(jié)構(gòu)的受力性能可以滿足拓寬后的要求，可以將橋面鑿除后再鋪裝鋼筋加以混凝土澆筑，并且在橋墩邊緣增設(shè)懸臂梁，滿足車輛和行人的通行需求，實(shí)現(xiàn)拓寬目的。圖4為某國道上一座T 梁橋通過該方法增設(shè)人行道的示意圖。方法二，采用拼裝整體式肋形蓋板作為橋面板，利用蓋板的外伸臂提高懸挑臂的長度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁的拓寬。與懸臂挑梁技術(shù)相比，采用肋形蓋板可以使橋梁剛度更大，加寬范圍也更廣，且無須新建橋梁墩，節(jié)省人力物力。根據(jù)工程實(shí)踐可知，采用該方法加固后的橋梁，不僅承載力滿足要求，而且在特殊情況下需要增設(shè)橋墩時(shí)，也具備較好的經(jīng)濟(jì)合理性。

圖4 使用增設(shè)懸臂挑梁拓寬法拓寬橋梁

3.3 SBWM 法

21世紀(jì)初，受到新建橋梁采用內(nèi)撐桿寬箱梁案例的影響，美國KSI Structural Engineering 公司提出采用增設(shè)斜桿支撐的措施拓寬箱梁，這一方法被稱為SBWM 法，如圖5所示。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以根據(jù)實(shí)際需求對(duì)箱梁進(jìn)行拓寬，具有較高的靈活性。

圖5 SBWM 法拓寬混凝土箱梁示意

3.4 新建復(fù)橋拓寬法

以上方法僅用于拓寬橋梁上部結(jié)構(gòu)，一方面拓寬能力受到限制，另一方面需要橋梁下部結(jié)構(gòu)不采取加固措施就可以滿足承載要求。一般而言，橋梁運(yùn)營多年后，下部結(jié)構(gòu)均存在一定的工程病害及損傷，部分承載力無法滿足加固的要求。除此之外，以上方法僅適用于橋梁兩側(cè)對(duì)稱拓寬的情形。對(duì)于上下行分離式的公路橋梁，兩側(cè)拓寬時(shí)路面銜接技術(shù)難度大，且橋梁中央的分隔帶寬度無法滿足同時(shí)拓寬的要求，一般多采取單邊拓寬的方法。考慮到以上兩點(diǎn)，對(duì)上下分離式的公路橋梁進(jìn)行拓寬施工時(shí)，一般采用的方法為：在舊橋外側(cè)新建一座與舊橋結(jié)構(gòu)相同或相似的橋梁，然后將二者銜接，這一方法被稱為新建復(fù)橋拓寬法。圖6為某混凝土T 梁橋通過新建復(fù)橋拓寬后的示意圖。

圖6 某混凝土T 梁橋通過新建復(fù)橋拓寬后的示意圖

按照新橋和舊橋上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)連接方式，可以將新建復(fù)橋拓寬法分為以下三類：第一類，上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)不連接，新橋和舊橋二者結(jié)構(gòu)獨(dú)立。這樣設(shè)計(jì)及施工難度小，然而在橋梁運(yùn)營期間，新橋和舊橋二者的上部結(jié)構(gòu)連接處容易開裂。第二類，上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)均連接，采取植筋、澆筑濕接縫的措施使新舊橋梁的上、下部結(jié)構(gòu)成為一體，提升橋梁的整體性能，有利于減小新舊橋梁二者基礎(chǔ)沉降差引起的變形。然而，由于沉降差的存在容易導(dǎo)致上下部結(jié)構(gòu)連接出現(xiàn)開裂情況，同時(shí)這類方法的工程經(jīng)濟(jì)性有限。第三類，上部結(jié)構(gòu)連接、下部結(jié)構(gòu)不連接。這類方法從保證新橋與舊橋上部共同受力的角度出發(fā)，在一定程度上減小舊橋的承擔(dān)荷載，同時(shí)降低了橋梁下部結(jié)構(gòu)之間的相互影響。根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，與第二類方法相比較，這類方法可以減少施工的工程量，提高施工的效率。基于此，這一方法得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)也是規(guī)范推薦的方法。綜上所述，可知第三類方法的應(yīng)用范圍廣、拓寬性能好，值得在混凝土橋梁拓寬施工中進(jìn)一步推廣。

4 結(jié)語

在橋梁加固和拓寬過程中，第一，應(yīng)注意新橋與舊橋的連結(jié)，使二者成為完整體，從而使橋梁具備良好的承載性能；第二，應(yīng)注意新橋與舊橋的剛度比例，不能出現(xiàn)新橋與舊橋的承擔(dān)荷載相差過大的情形。因此，橋梁加固與拓寬施工應(yīng)基于工程項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行。一方面，新橋結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量與舊橋結(jié)構(gòu)保持一致，同時(shí)考慮到現(xiàn)場的實(shí)際情況選擇其他結(jié)構(gòu)類型，提高工程的經(jīng)濟(jì)性；另一方面，在橋梁加固與拓寬施工過程中，要重視行車道等的構(gòu)造形式，確保新舊橋二者形式一致，整體協(xié)調(diào)美觀。