分析旧桥梁加固改造技术

【摘要】 对于桥梁的加固设计而言，其内容及过程与新桥设计有很大不同，新桥设计可以根据现有调查数据做出理论假定分析，进而进行下一步工作。而旧桥加固设计针对原有结构物，对其加固设计要根据现场实际，通过对其详细检测，对实测数据进行分析研究，从而确定加固设计方式。由于旧桥加固设计、加固工艺和分析评价涉及问题广泛，本文篇幅有限，无法面面俱到，故就桥梁加固设计中关键技术予以探讨，希望能够抛砖引玉，引起共鸣。

【关键词】 旧桥梁、加固设计、改进方法。

现役混凝土桥梁的损伤形式表现多样，例如钢筋锈蚀、混凝土结构损坏开裂、沉降变形、支座脱空等，这些损伤的出现，直接体现在结构裂缝的进一步发展和应变挠度的不断加大。容易造成桥梁结构整体安全度下降和结构承载力不能满足受力要求，引起这些现象的原因有多方面，需要对桥梁损伤结构进行详细的研究及分析评价。

1、概述

桥梁加固改造技术是一项重要复杂的工作，需要灵活运用桥梁专业知识，并且根据桥梁病害情况，将相关理论知识与病害进行实际结合，还要考虑其他方面所涉及到的问题。旧桥加固设计是一门综合学科，对于旧桥加固的施工工艺、加固方案和加固设计等，其复杂程度大于新桥的建设。

随着使用年限的增加，旧桥加固趋势变大，桥梁加固维修的目的主要是为了使桥梁承载力得以恢复或提高，改善原有桥梁结构的受力性能，满足其正常的通行能力，提高桥梁的安全性能。由于桥梁加固技术进一步提高，加固方法日趋成熟，一些新型加固材料和工艺也随之出现，并且经常用于一些旧桥加固的工程实践。以下就主要加固方法做简要评述。

2、旧桥加固方法

据不完全统计，桥梁常用加固方法根据不同分类有很多种，本文主要根据桥梁的结构类型对加固方法简要探讨。

（l）桥面板的加固方法

对桥梁上部结构混凝土桥面板而言，如果桥面出现碎裂、破损、孔洞等病害，需要进行局部范围的补强，先将表面破坏的地方凿除，然后浇筑新的混凝土。若混凝土桥面板表面出现严重的裂缝、剥落等现象时，旧的桥面板已不符合要求，需要铺设新面层。这样，桥面铺装层的加固不仅能增加桥面板的横向联系和整体性，还能提高桥梁整体的承载力。

（2）主梁的加固补强方法

①增大截面法。增大混凝土截面加固技术是在原结构基础上再浇筑一定厚度的钢筋混凝土，这是对钢筋混凝土桥加固的一种常用的改造技术。有两种常用方式，一是对桥面板进行加厚，二是增大主梁肋的宽度和高度。在桥梁结构下缘加设主筋，可以很好提高结构的承载力，此种方法适用于有梁肋的桥梁，尤其对小跨径的T梁桥更为适用。

②粘帖碳纤维。粘贴碳纤维加固技术是一种新型的桥梁加固改造技术。碳纤维材料抗拉强度极高，粘结剂采用环氧树脂，粘结剂作为碳纤维和加固构造物之间的中介，使其成很好的整体，碳纤维片与结构共同受力，很好地提高了结构的刚度、强度、抗裂性和延性，还可限制裂缝的进一步发展，提高了结构的抗剪和抗拉能力。碳纤维加固法对于钢筋表面锈蚀严重的桥梁，加固效果明显，对混凝土板桥和梁桥的抗弯抗剪加固非常适用。

③粘帖钢板加固法。粘帖钢板法是采用粘结剂或锚栓，在梁或板的主要部位，将钢板粘帖在结构受拉、压、剪的部位，使钢板与结构形成有效整体，共同承受荷载的作用。将钢板粘帖在桥梁结构的的受拉区，可以提高结构的正截面承载力;将钢板粘帖在桥梁结构的侧面，可以提高结构的斜截面承载力。粘帖钢板可以提高结构刚度和抗裂度，增强桥梁结构的抗弯及抗剪承载力。由于粘帖钢板加固法的施工工艺复杂，需要专业队伍。

④体外预应力法。相对被动加固法而言，体外预应力加固法是一种主动的加固方法。将预应力筋设置在混凝土构件截面之外的一种技术。由于其独特的优点，在自重不大的情况下，可以改善结构的承载力，对于桥梁上部结构的应力和变形更为明显。虽然体外预应力加固法具有一定的优越性，但是加固成本较高，施工工艺比较复杂，对大型桥梁的加固维修更为实用，比如大跨径连续刚构桥的加固。

⑤改变结构体系加固法。改变结构体系加固法，是指进行技术改造或增设附加的加固构件，是桥梁结构的受力体系和受力状况发生变化，可以有效减小桥梁构件的应力应变，有效改善结构受力性能，提高桥梁结构的承载能力。改变结构体系，也可以通过增设支点、柱、托架或托梁拔柱的方式，增设支点可以很好地提高桥梁结构的承载力，减小竖向挠度，限制裂缝的发展，也可以减小跨度，降低计算弯矩，但会缩小使用空间。对于托梁拔柱，是在上部结构尽量不动的情况下，对长柱进行拆除和更换的一种方法。

⑥锚喷混凝土加固法。采用锚喷工具，将混凝土组合材料，高压喷射到锚固有钢筋网的构件表面，形成新的钢筋混凝土层，对原有混凝土表面加以补强，以提高桥梁结构的承载力。

⑦更换构件法。对一些不能修复的构件，有严重缺陷的桥梁构件，用新的构件加以替换。例如对于桥梁支座经过一定年限后，不能满足使用要求，可以将支座更换;对于钢架拱桥的桥面板，当其破坏不能修复时，考虑其结构形式也可以更换。

除上述常用加固方法外，还有外包钢板法，即在构件的两角或四角外包型钢的加固方法，此办法优点是能有效地提高结构的承载力，对净空高度的要求不大，缺点是钢板用量较大，成本较高。增设辅助构件法，为改善原有桥梁结构的受力情况，在原有桥梁结构上增设新的受力构件，以满足结构受力的要求，如增设主梁、横隔梁或支点等。塞缝灌浆技术，即对桥梁表面裂缝的处理，利用水泥、水泥砂浆、环氧树脂等材料对裂缝进行补强，此方法被广泛采用，效果良好。

（3）墩台与基础的加固方法

①扩大基础加固法。扩大基础加固法就是增大桥梁基础底面积的加固方法，当地基土质结构比较坚硬时，如果桥梁基础出现不均匀的沉降，可以采用此法加固;当桥梁基础底部地基的承载力不能满足要求时，可以利用桩基，在基础底部打入部分桩，以提高地基的承载能力。扩大基础加固适用于基础承载力不足或埋置太浅，桥梁结构墩台为混凝土刚性实体基础或砖石的情况。对于扩大基础的施工工艺，注意的是要保证新旧基础混凝土的整体连接性，缺点是加固效果不易控制，加固费用比较高。

②增补桩基加固法。增补桩基加固法适用于以下情况：当桥梁墩台采用桩基础，桩的深度不够，或由于水流冲刷使桩发生倾斜时，当桥梁墩台基底下存在软卧地基层，受力不均导致墩台发生沉陷时，都可以采用此方法进行加固。此加固方法能很大地增强基础的稳定性，提高基础的承载力。

③钢筋混凝土套箍或护套加固法。对于桥梁墩台因施工质量控制不严，使桥梁墩台开裂或破损，对于基础的埋置深度不够，可采用钢筋混凝土钢箍或围带进行加固。如果桥梁墩台结构破损比较严重，出现大量裂缝、表面严重破损、混凝土表面剥落风化等病害时，可围绕整个桥梁墩台，设置钢筋混凝土护套对其进行加固。

（4）人工地基加固法

当基础下面的地基土松软而不能承受很大荷载，或上层土虽好但深层土质不良引起基础沉陷时，可采用人工地基加固方法，以提高基础的承载能力。此类加固方法有砂桩法、树根桩法、高压喷射注浆法和灌浆法等。其中高压旋喷注浆加固法，其作用过程是利用钻机，把带有喷嘴的注浆管旋转并以一定的速度提升，并钻入土层的预定位置，与此同时，以高压流的形式，将水和浆液从喷嘴里射出，人工地基加固法的原理，通过高压流切割土层，将土层搅碎并使土颗粒分散，其中部分土顺水和浆液流出钻孔，部分与浆液搅拌并凝固，形成一定强度和具有抗渗能力的固结体，人工地基加固法的用途比较广泛，其地基的加固质量效果好、可靠、成本低并且施工方便，人工地基加固法现已成为桥梁墩台基础的重要加固方法。

以上只是旧桥加固的一些常用方法，对于特殊情况，要采取相应的特殊加固方法，通常还需多种方法并用，以达到安全、适用、经济的目的。

随着新材料和新技术的应用及发展，很多新工艺和新方法被应用于旧桥的加固维修中，取得了很好的加固效果和经济效益。

3、旧桥加固设计问题探讨

在桥梁加固设计中，出现很多设计方面的问题值得探讨，对于设计中参数的取值，桥梁结构模型的建立，对模型的分析方法都要尽量符合桥梁的实际情况，以下就这三方面反应的问题做简要探讨。

（l）预应力锈蚀引起的预应力额外损失问题

对于预应力桥梁的加固，当然会考虑原桥结构的内力状况，二者紧密联系。对损伤结构而言，由于结构存在大量裂缝，随之出现钢筋锈蚀，混凝土的强度不能满足要求。特别是预应力混凝土结构，由于钢筋锈蚀问题，引起预应力额外损失，应引起足够重视。对于预应力额外损失的检测，目前还无法精确的判断其损失情况，所以要附加必要的计算分析。加固设计时，可先假设不同的损失度，然后计算结构的应力，与实测裂缝情况进行对比，来大致判定额外预应力损失度。如果对原桥结构损伤复杂时，加固设计应设定材料退化的上下限值，以便加固后桥梁结构在此范围内，可以满足相关要求。

（2）结构应力重分布

桥梁结构损伤后出现不同裂缝，在外荷载作用下，裂缝表面的应力释放会产生应力重分布。全预应力混凝土桥梁结构在损伤之前，其结构是全断面受力，结构开裂后，原有的内力会被释放。所以针对损伤比较严重的桥梁结构，特别是超静定结构，必须要认真考虑应力重分布的问题。

（3）损伤结构计算模型问题

桥梁结构损伤后会出现不同裂缝，会引起应力重分布问题，由于应力传递路线会发生变化，结构断面平面变形不能保持，按照平面杆系理论计算，计算结构会产生较大误差，所以要根据机构空间理论来分析桥梁结构受力，以便能尽量模拟结构裂缝带来的影响。

4、结语

桥梁出现的种种病害会带来很大影响，而且对行车的快捷、舒适和安全造成不利因素，必须要引起广泛关注。自从上世纪以来，有很多国家己经由桥梁的建设转向桥梁的维修加固中来，并多次召开国际会议，对旧桥的加固改造进行探讨和研究，随着对旧桥加固改造的重视，桥梁结构的损伤评估、加固方案优化及可靠性理论己成为重要研究内容。

参考文献

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