谈几种桥梁加固新技术及其发展应用

【摘要】市政工程桥梁较之于其他工程项目来说，具有重大的社会性、服务性和交通影响性等功能。本文对于几种桥梁加固的施工工艺及其特点进行分析探讨，对于我国市政工程桥梁建设具有一定帮助。

【关键词】桥梁施工；桥梁加固；施工工艺；加固方法；比较

中图分类号：U445文献标识码： A

桥梁加固一般是指：通过对构件的补强和结构的性能改善，以恢复或提高现有桥梁的承载能力，延长使用寿命，适应现代交通运输和通行的要求。梁式桥梁的主梁受力状况Eh--个要素决定，即荷载产生的内力(弯矩)、主梁截面决定的几何特性以及主梁材料的自身强度。当桥梁荷载增加或超重，使得桥梁引起的内力超过材料强度的允许范围，势必造成主梁受拉部位开裂、破损、承载力下降，成为旧危桥；随着桥梁使用年限的增加，各种外界因素也会导致材料性能降低、强度降低，也将造成桥梁承载力下降，成为旧危桥[1]。结构或构件加固是一项复杂的工作，要考虑的因素很多。加固方法应从施工方便、不影响生产、经济合理、效果好等方面来选择，一般原则如下[2]：1)加固应尽可能做到不停产或少停产，因停产的损失往往是加固费用的几倍或几十倍。能否在负荷下不停产加固，取决于结构的应力应变状态。一般构件的内应力小于钢材设计强度的80％，且构件损坏变形等不是太严重时，可采用负荷不停产加固方法。2)结构加固方案要便于制作、施工和检查。3)结构制造组装应尽量在生产区外进行。4)连接加固应尽可能采用高强螺栓或焊接。目前，国内外对于桥梁进行加固改造的技术途径主要有加强薄弱构件、增加辅助构件、改变结构体系、减轻恒载和加固桥墩基础等等。

一、加强薄弱构件加固方法

在桥梁上，对于有严重缺陷的部位，或者因要通行重型车辆而不能满足承载要求的部位，如梁的跨中部位、支座部位、承受负弯矩的部位等等，以及其他变截面处等，采取加强措施，进行补强。在桥梁结构中，特别需要注意的是：桥梁的薄弱处一般在受拉区域，受压区域则比较少。所以，对于薄弱处补强方法，往往采用增大截面面积、粘贴加固，增设预应力钢筋等等。

目前，国内有相当一部分桥梁由于在修建年代时，荷载等级仅适应当年的要求，因此在当前的使用中表现出承载力不足的缺陷。如果病害不断产生和发展，就会成为危桥。对于这部分桥，可以采用增大构件截面的方法，特别是在截面突变处或截面薄弱处。增大构件截面的途径有：增加受力钢筋的面积、加大梁的截面以及喷锚等方法。例如扬州市诵河涧桥在检测中发现跨中部位有少许裂缝，采用加固方式为在梁底板加焊Φ=22mm钢筋，荷载试验证明加固后完全满足规范要求，全部费用加在一起约9500元，经济节约且效果好。

但是对于交通流量较大的桥梁而言，增大构件界面的施工措施可能会导致将作业面设置在交通要道上，影响了桥梁的通行能力。更有甚者可能会因为要加焊钢筋或喷涂混凝土等施工要求而导致整座桥梁结构陷入封闭状态。

粘贴加固方法以其施工方便、影响范围小等优点已广泛应用于建筑结构中。钢板粘贴法是采用环氧树脂系列粘结剂，将钢板粘贴在结构的受拉区域或薄弱部位，使之与结构物形成整体，提高其刚度，限制裂缝开展，以达到补强的效果。随着加固技术的改进，粘贴加固法的材料也有了很大的改进。近几年来，玻璃纤维(CFRP)、碳纤维(CFRP)和芳纶纤维(AFRP)。纤维复合材料的力学特点是其应力应变量完全线弹性，不存在屈服点或塑性区。由于碳纤维材料具有高强、轻质、耐腐蚀等优异物理性能，以及现场施工便捷，成为旧桥加固的理想材料。近年来，省市利用碳纤维粘贴加固法对市政工程的人行天桥、通车桥等进行了大量的加固，施工效果良好体外预应力加固法也是当前较为普遍的一种的加固措施。预应力加固是指运用预应力原理，在增设构件或原有构件中，施加一定初始应力的一种加固方法。采用对受拉区域以预加应力的加固方法，可以抵消部分自重应力，起到卸载作用，从而提高梁的承载能力。

体外预应力加固技术对于施工的要求比较高，前期计算也需要进行系统的分析，工作量比较大。体外预应力加固技术对于桥梁下净空高度有较大的影响，且加固外形需要做精心的设计，特别是针对市政工程时，外观要求更为重要。

二、桥梁病害诊断与评估

针对以上提到的我国现有桥梁存在诸多影响正常使用的问题，我们首先要开展桥梁的病害诊断和评估。

1. 检定现有桥梁的实际承载能力，为桥梁的使用及维修加固提供必要的依据。由于现有道路上的桥梁营运使用多年，主要部位出现缺陷，如裂缝、错位、沉降等，通过对现有桥梁进行检查，了解其各部位损坏的程度，核定其承载能力，为桥梁的维修加固提供必要的依据。

2. 建立和积累必要的技术资料，建立桥梁养护数据库。现有桥梁大多资料不全，尤其是早期建造的桥梁，更是缺乏资料，需要通过检查，重新建立和积累技术资料，系统地收集这些桥梁技术数据，为加强科学管理和提高桥梁管养技术水平提供必要条件，并能指导今后的桥梁养护、加固、与维修工作。

3. 检验桥梁的结构质量，确定工程的可靠度，推动和发展旧桥评定及新结构的计算理论。通过对现有桥梁的检查，对于一些重要的大桥或特大桥梁，在建成之后，可评定其设计及施工质量，确定工程的可靠度；对采用新型结构的桥梁，可验证理论的实践性和可靠性，进一步发现问题，总结经验，以便对结构设计理论及结构形式加以改进，使其更臻完善；对经过维修加固的桥梁，可检验维修加固质量，并验证加固方案的合理性与可靠性。

三、改变结构体系加固方法

改变结构体系加固，实际就是通过改变桥梁结构体系以减少梁内应力，例如：在简支梁下增设支架或桥墩；或把简支梁与简支梁加以连接，从而由简支梁变为连续梁；或者，在梁下增设钢桁架等的加劲梁等，以提高桥梁的承载能力，减小梁的跨中挠度。

在梁下增设支架使简支梁变为连续梁的加固方法中，需要注意梁的内力重分布，支撑与梁连接处为负弯矩处，需要对构件进行强度分析，必要时也可结合加固薄弱构件的方法，采用粘贴钢板、碳纤维等措施进行。

四、碳纤维加固施工工艺介绍

为确保老桥梁的柱体和受压部位能够和碳纤维加固施工后的碳纤维同步工作，应尽量使碳纤维紧粘至受力区域，这样可以减少受力物体的应力差值，盖梁加固时需考虑卸载措施，最好的是使得旧式桥梁的原建筑体和碳纤维各自进入最大受力状态，这样桥梁的的总体强度将明显得到提高。

首先对被加固建筑体表的打磨清理作业，主要是为了去除灰尘，保持建筑体表的清洁，便于碳纤维布粘贴。 然后在涂抹树脂涂时，仔细平均将漆涂抹到建筑表面的各个地方上，不得有任何的漏刷处。等涂刷的树脂漆凝固到不粘手的时候，进行树脂漆的找平作业，将凹凸平地方补平，以便碳纤维布的粘贴。

将碳纤维单向布拉展伸平后铺在树脂漆上，从一个方向向另一个方向铺，不要两边同时铺，一定要让碳纤维布完全伸展，铺设好后，使用专门的后处理工具，对已铺设的碳纤维布进行处理，主要是保证碳纤维布中间没有任何的气泡。待碳纤维布加固层铺设好后第7天，就可以在碳纤维布防护层的外面刷防护或装饰外用面漆。

在针对老式桥梁这种混凝土建筑加固时，目前粘贴碳纤维布补强加固是首选的施工方案，因为碳纤维布质量轻，同时施工时操作简单，不需要太大的作业空间和大型的施工设备，同时又可以适应复杂多样的建筑结构，因此对于老式桥梁加固首选碳纤维加固技术。

对于桥柱粘贴高强度，高韧性碳纤维布的办法，其实取得的加固效果类似甚至超越了钢板加固的加固效果，同时桥柱本身的建筑结构没有发生任何改变，还可以在加固后的碳纤维布上再次涂刷美化漆，这样还可以在施工后对建筑结果进行一定的装饰。

五、结语

随着我国经济建设的高速发展，城市中不仅车辆数量急剧增加，而且行人的通行要求也越来越高。城市基础设施中的桥梁结构的建设、维修和养护工作问题突出。据资料统计，旧桥的加固费用一般仅为建设新桥梁的10％~20％，若能提高加固技术，同时改进对加固方案优选的方法，必然能有效的节约城市基建费用，达到可持续发展的目的。

参考文献：

[1]朱正伟, 刘东燕, 彭文轩. 体外预应力技术在桥梁加固中应用的思考[J].重庆建筑大学学报, 2005,27(2).

[2]翟飞格, 张建仁, 王磊. 桥梁加固前后对环境影响的评价[J]. 中外公路, 2010,30(1).