浅议旧桥加固技术
2010-05-18
随着经济的迅速发展， 交通量的迅猛增加，公路交通也实现了跨越式发展。我国的桥梁技术发展很快，近几年新建的大型桥梁数量已排在世界前列。截止2005年底，我国通车公路中有桥梁33.66万座，累计长度1474.75万延米，其中中桥7.17万座，393.74万延米，小桥24.07万座，422.53万延米。有近一半的中、小跨径桥梁是按1981年以前颁布的l13荷载等级技术标准设计建造的桥梁。这些荷载等级低的桥梁经过了近20年的使用，通过的大吨位车辆越来越多， 超载对桥梁的损害日趋严重，再加上由于地理环境、自然灾害、维修养护不及时以及人为因素的影响， 许多桥梁的耐久性受到严重影响。许多已或多或少的出现了整体承载力不足、混凝土露筋锈蚀、酥松剥落、老化、磨损、裂缝等各种各样的问题，已普查出危桥1.33万座，达46.89万延米， 已严重影响道路的通行能力。要全部拆除新建是不现实的，而通过对已有桥梁有计划的进行维修加固，不仅能满足现代交通运输的要求，而且能为国家带来巨大的经济效益和社会效益。
为解决上述问题，我国自20世纪70年代以来就开始研究结构加固技术，2008年国家出台了第一份行业推荐性标准《公路桥梁加固设计规范 和《公路桥梁加固施工技术规范》，使得桥梁加固终于不再各自为政的分散进行，有了共同遵循的规范。目前桥梁加固的主要方法有增大构件截面
加固、粘贴加固、体外预应力加固和改变结构体系加固四种方法。下面分述之。
一、增大构件截面加固技术
增大构件截面加固技术又可分为桥面补强加固、增大构件截面和配筋和增焊主筋加固。
1．桥面补强加固技术
将原有的桥面铺装拆除后， 采用一定的工艺和结构措施，在梁顶面(桥面)加铺一层钢筋混凝土面层，使其与原有主梁形成整体，共同受力，达到增加主梁高度、增大粱的抗压截面以及提高其抗弯刚度的目的，从而提高桥梁的承载力和抵抗变形能力。如哈尔滨市的安发桥。安发桥原桥面铺装就有三角垫层， 而新加铺的足钢纤维混凝土，抵消凿去的垫层厚度后新增加补强厚度很小，对原桥梁的自重和恒载弯矩影响很小，很适宜采用该方法加固。
2．增大构件截面和配筋加固技术增大主梁截而和配筋又可分为增焊主
筋法和增大截面法。增焊主筋是除去梁底保护层， 切断原箍筋，一般将新增钢筋焊接在原主筋上，通过增加抗拉钢筋数量来提高梁的承载力，再恢复箍筋和保护层。原桥梁的下缘主拉应力超过容许值导致承载力不足， 而桥下净空又受到限制时，适用该方法。增大截面法是将构件截面加宽加高以扩大截面，并在新混凝土截面中增设受力钢筋。
对T 形梁截面可采用底面及侧面同时加大和底部马蹄形加大两种加固形式。适用于原桥梁构件截面过小，主应力超过容许值导致承载力和刚度不足，而构件周围空间又不受限制时的加固，不仅可用于桥梁上部，亦可用于加固桥梁下部的盖梁和墩柱。
总体来说， 增大构件截面加固适用于钢筋混凝土和预应力混凝土受弯构件、钢筋混凝土受压构件。有较成熟的设计施工经验，多用于一般较小跨径的桥梁的加固，不足主要是构件截面增大导致体积增大， 自重增加，需要施工工期长、施工空间大。
二 粘贴加固技术
粘贴加固是用化学黏结剂或锚栓将补强材料直接粘贴锚固于构件薄弱部位的混凝土表面，使之与构件形成受力整体，从而提高结构的承载力和刚度。根据所采用的补强材料分为两大类，即粘贴钢板加固和粘贴纤维复合材料加固。
1．粘贴钢板加固技术
粘贴钢板加固应将钢板设计成仅承受轴向应力作用。适用于钢筋混凝土受弯、受拉和偏心受压构件的加固。粘贴钢板坚固、施工快速、构件外形基本不变，不足是施工钢板端部加强锚固时需细致， 使用中防腐养护任务突出。
2．粘贴纤维复合材料加固技术
目前桥梁加固用纤维的主要类型有碳纤维(CFRP)、芳纶纤维(AFRP)和玻璃纤维(GFRP)。适用于钢筋混凝土受压柱，以提高延性、耐久性的加固；亦可用于梁、板受拉、受弯构件的加固；不适用十素混凝土构件(含配筋率不满足最小配筋率的构件) 以及受冲剪作用和支座局部承载力不足的构件。纤维复合材料为承拉材料，应将其沿受拉方向或围束粘贴。纤维复合材料具有轻质高强、耐腐蚀、耐久性好、强度重量比大、施工便捷、加固后结构承载力明显提高等优点。不足是该材料一般各向异性、抗剪强度低、防火性较差、对施工要求严格，而且工程造价较高。
三、体外预应力加固技术
体外预应力加固是通过增设体外预应力索(包括钢绞线、高强钢丝束和精扎螺纹钢筋) 对既有混凝土构件主动施加外力，以改善原结构的受力状况的加固方法。主要南预应力钢筋(束)、锚同系统、转向块或滑块、水平束减震装置和梁体组成．体外预应力体系布置灵活， 可用于钢筋混凝上及预应力混凝土简支梁、连续梁及连续刚构桥的加固， 可改善构件的抗弯、抗剪性能，即可用于加固上郜的梁结构，也可用于加固桥墩及索塔等部位。尤其适用于采用一般方法无法加固或加固效果不理想的较高应力状态下的大跨径桥梁加固。体外预应力加固自重增加很少，就能较大的提高承重结构的刚度和抗裂性能，且对墩台基础受力的影响较小，通过合理安排，一般可在有限开放交通的情况下施工。不足是体外索要具有可更换性和很好的防腐性，体外索后期养护会产生一定的费用；体外索预应力损失的计算与常规体内预应力钢筋有所不同， 使用时应注意。
四 改变结构体系加固技术
改变结构体系加固是采用一定技术措施改变原结构受力体系，降低控制截面内力，以提高桥梁结构整体承载力，是一种变被动为主动的加固方法。它包括将多孔简支梁改为连续梁，将单孔简支梁改为支撑梁，将中、下承式拱改为拱 斜拉组合体系，将连续梁、连续刚构改为矮塔斜拉桥，将带挂梁T 形刚构改为连续刚构以及其他增设结构(杆件)而使原结构受力体系发生改变的方法。经常与增大截面法、粘贴加固法等综合使用。其中简支变连续加固和增设支承结构加固是传统而成熟的加固方法，而索塔组合体系加固、采用斜拉索体系加固梁式桥及其它外力体系加固桥梁等尚处于探索中，如需采用要进行专门的研究论证。
1．简支变连续加固技术
简支变连续加固是将相邻简支梁墩顶部位结构上缘纵向用普通钢筋或用预应力钢筋加以连接，并现浇接头混凝土形成结构连续体系。该法可提高结构承载力，增大结构刚度，减小挠度，加固效果好。需要注意的是简支变连续后应对中间支点梁段的抗剪能力进行验算，必要时对其抗剪区进行加固处理；支点连续构造的纵向受力钢筋(预应力钢束)要有足够的布设长度，而且此处桥面的防裂和排水也很重要。不足之处是一般会拆除并重新铺装部分桥面，增加了工程量和费用。加固效果受支点连续构造处的施工质量影响较大。
2．增设支承结构加固技术
增设支承结构加固是通过在原结构下增设支承结构及构件，减小被加固结构的跨度或位移，来改变结构不利的受力状态，以提高其承载力。按支承结构及构件受力变形性能的不同分为铰支加固和固结加固。铰支加固是主梁与新构件以铰形式联结，支座位置由该点主梁截而所容许承担的弯矩和剪力来确定。固结以支顶的方式直接将荷载传给基础，支顶新增构件需承受一定的弯矩，对新增构件基础要求较高。该法适用于对外观和使用功能要求不高的梁板等结构的加固，具有加固效果好、简便、可靠、易拆的优点，可临时性加固严重超载的桥梁，常用于抢险工程。不足之处在于桥下施工影响通航，加固后结构占用桥下空间，减小了桥下的净空。
采用改变结构体系加固前应对原结构的受力状况进行详细的检测分析和计算，在此基础上拟定采用的新结构受力体系转换方法以及施工工艺、措施，并对转换后的桥梁结构进行可靠的受力分析，准确讲它是一个系统加固范畴，应对加固过程中及后结构及相关构件并整体进行全面验算，以最终确定桥梁整体承载力提高幅度，判断是否满足设计交通荷载等级的需要， 并确保在加固施工及运营期间的安全性。
除上述加固技术外，常用的还有增设主粱加固、喷锚混凝土加同和增加横向联系加固等。一般要对加固后的桥梁进行检测和观察，以确定加固的效果。上部结构通常采用静载或动载试验，将试验结果与加固设计的计算结果进行对比，来判断加固成功与否；下部结构不便进行荷载试验，通过其频率变化来定量评估桥墩的加固效果。
桥梁需先经过技术状况评定及承载力鉴定确认加固能满足结构安全或正常使用要求后，要进行适当的经济技术方案比选，才能实施加固。桥梁加固技术因其经济、方便、快捷等特点，得到越来越广泛的应用。随着新技术、新工艺的不断推广应用，桥梁加固技术会有更广阔的发展前景。
