浅谈城市桥梁的加固技术
2015-08-17
许多城市的桥梁，通过多年的运行，不少桥梁出现了这样那样的问题：桥面破损、结构裂缝、承载能力不足、倾斜、沉降严重等等，都严重影响着桥梁功能的正常发挥。因此，及时对城市桥梁进行加固、修复、改造、完善，对保证城市交通通行、人们财产、人身安全等具有十分重要的作用。
一、城市桥梁加固的特点
城市桥梁的加固不同于新建桥梁，它是一项极其复杂的系统工程，须以原有基础为立足点，综合分析其客观条件，此外，加固结构多为新旧组合结构，我们在设计计算时需要考虑其协调性和整体性，在加固施工时还要充分考虑到原有结构物的影响。问题桥梁的质量因含有不确定因素，很难深入检查其质量，施工起来不安全；桥梁加固施工常常缺乏广阔的场地，其施工现场总是较为拥挤、狭窄，这也给施工带来了不便；另外，还要重视现有交通的畅通性，即在工程的进行过程中，尽量不中断或少中断交通。
二、城市桥梁加固的基本要求
鉴于桥梁加固工程的客观特殊性，其实施过程应从多方面加以重视，遵循多方面的要求：经济上，为了使直接经济效益和间接经济效益更加明显，加固费用总体上低于新建结构的费用；尽量减小对城市交通方面的影响；还应该充分考虑环境因素，为了适应一定的景观要求，外观上协调新旧两部分；最为重要的，就是技术方面，因固定的客观条件，方案设计与施工组织，其技术要求都非常高，因此，要充分利用原有结构构件，尽量减少对原有结构的损伤，满足各项使用要求，保证工程的可靠、安全、耐久；施工组织和方案设计，要尽量保证施工便捷、快速；还要充分考虑结构强度的折减，以便在处理新旧结构时，保证两者的整体一致性。
三、城市桥梁加固的设计原则
城市桥梁结构若出现明显病害并影响行车安全，必须予以加固，其改造设计要遵循以下原则：首先要认真调查原桥的详实现状，分析其具体病害，评定其结构状态；其次，加固设计应紧密结合施工方法，确保新旧结构连接可靠，协调发展；严格遵照《公路桥涵设计规范》，使得加固后的桥梁在使用荷载时，新结构的刚度、强度、裂缝宽度限值等都满足各项规范要求；验算加固结构的承载力时，结构的截面积，即为实际有效截面积，因为加固部分的应变滞后，还应考虑结构载加固时的实际受力情况；若加固后结构重量增大，则应验算被加固结构及桥梁基础；结构计算取决于结构上的实际受力状况；若进行超静定结构承载力验算，则考虑结构变形、实际荷载偏心、温度等因素造成的附加内力。
四、城市桥梁加固的工作步骤及注意事项
维修加固旧桥的步骤主要有：调查桥梁的现状并分析病害；查阅桥梁的相关历史资料，并分析现有交通状况；提出维修加固方案，并对其予以分析比较；最后确定方案并将其实施。
加固维修城市桥梁的过程中，有几个问题需要注意：
（1）准确判断原有桥梁的实际承载能力，提供可靠的依据，更好地服务于技术改造设计；（2）认真分析承载力不足的病因及桥梁病害，以便采取更好的措施；（3）某些桥梁虽只做上部构造的加固，也要深入调查研究其下部构造的承载能力和现状；（4）加固后需要评定其承载力，对加固效果进行检验，并定期观测，认真做好每次记录，为今后更好地改造桥梁技术积累经验；（5）加固设计尽量保证通车便利，不中断交通，尽可能做到施工和通车同时顺利进行。
五、城市桥梁加固的手段
1.加固前的裂缝修补工作
结构的病害多发生在裂缝上，当结构出现裂缝后，其美观性和耐久性均受到严重影响。故裂缝的修补十分重要，常用的方法有：
（1）表面处理或表面喷浆法。在微裂缝的表面上涂抹防水材料和填料，如聚合物水泥膏、弹性涂膜防水材料及水泥填料等。若裂缝宽度发生变化，考虑到结构所处的环境，应使用延性大的材料；若裂缝表面经凿毛处理过，可以喷射一层强度高并且密实的水泥砂浆，该保护层可封闭裂缝，在喷射前，需除去结构表面的剥离部分，用水冲洗清洁后即可喷浆。
（2）填充法。填充法多适用于比较宽的裂缝（0.5mm以上），先沿裂缝凿一条深槽，再嵌补各种粘结材料到槽内。若钢筋砼结构已经发生锈蚀，要先除去钢筋上的锈，再涂抹防锈底涂料，最后充填密封材料。
（3）注浆法。当向裂缝中注入水泥或树脂类材料时，可用脚踏或手动式输液泵。为了更好地控制注入量，我们多采用低压低速注入法。为了增强裂缝部位的整体性，注浆法也可以与钢抓钉并用。
（4）粘贴钢板封闭法。若钢筋混凝土构件出现主拉应力裂缝，可在处理完裂缝后，在裂缝处粘贴钢板，并用膨胀螺栓在钢板上加压，注意使钢板的粘贴方向与裂缝方向保持垂直。
2.桥梁结构和构件的加固技术
（1）桥梁上部构造加固增强技术
①桥梁上部构造加固增强技术
根据桥梁的承载能力的减弱程度和今后的使用要求，梁桥上部构造的加固主要有以下几种方式：
a.扩大原结构构件截面。为了提高结构的刚度和强度，可以采取增大构件的截面面积，达到加固目的。
b.外部预应力加固法。在新增构件或原有的构件上施加适当的初始应力，达到加固目的。依据预应力材料不同，可分为外部预应力钢束法和预应力拉杆加固法。
c.改变原结构的受力体系法。为了减少梁内控制截面峰值弯矩、提高承其载能力，可以通过改变桥梁结构体系，达到加固目的。可以把简支梁桥变成连续梁桥，或是在简支梁下增设支撑与桥墩，还可以在梁下增设钢析架等叠合梁或加劲梁。
d.外贴粘贴法。为了提高结构承载能力，在结构构件外部，通过粘合剂把钢板、型钢、玻璃钢等材料粘贴加固。但需要保证结构受力的可靠传递，粘贴钢板、型钢或玻璃钢的中间不得断开，两端须有可靠锚固，表面需要涂刷防锈漆并用环氧树脂封闭。
e.增加主梁法。若桥梁的墩、台地基稳定，只是部分主梁的承载能力不能满足要求，或者是桥宽等几何尺寸不够，可通过增设刚度大和承载能力高的主梁，使之与旧梁共同受力，这样车辆荷载的横向分布系数就会降低。
②拱桥上部构造加固增强技术
a.套箍法。若拱桥主拱圈出现严重侧墙外鼓和纵向裂缝，则可以采用这种方法。即在拱圈上加设由钢拉杆和钢板组成的板筋箍套，具体的实施过程为：将带有螺栓孔的钢板紧贴在空腹式的拱圈侧面，拱腹和拱背增加两三根带螺丝的钢拉杆；为了克服下拉杆因自重而下挠，可多设几道U锚杆；而对于跨中实腹段，可将上拉杆布置于之前凿开的桥面层之下。上、下拉杆均安设好以后，即可收紧螺栓，侧墙和拱圈的套箍作用力会变大。
b.锚喷混凝土加固法。对于拱顶填料薄的实腹式拱桥和砖、砼、石钢筋砼空腹式拱桥可采用这种方法。实施之前，需除掉混凝土及其它浮层，再用凿毛处理并清洗干净，钢销打入后，布设钢筋网，喷射一层砼即可。
c.桥台后加孔减载和增设抗滑水平支撑加固法。对于修建在软弱地基上的双曲拱桥，若出现拱座沉陷位移，上部构造出现拱轴线变形，便可采用这种方法。此法可抵抗拱桥的水平推力，对受损部位进行修补，从而提高桥梁的强度。具体做法有：加强拱脚部位受损的拱圈（或拱肋）；修建台后支撑梁，以抵抗拱桥的水平推力；台后两端各增加小跨径引桥。
（2）桥梁下部构造加固增强技术
①扩大基础加固法。若基础埋置太浅或承载力不足，且墩台是砖石或砼刚性实体式，这种方法较为实用。为了扩大基础的承载面积，可以在刚性实体式基础的周围加石砌砼，需要注意的是：在拓宽范围内必须先打桩围堰；挖堰内土壤时，要保证旧墩台的安全，新旧基础结合要牢固，可以在施工时增设锚固钢筋。
②人工地基加固法。
若桥梁基础下面的天然土基松软，不易承受大荷载，或基础出现沉降，可采用人工注浆法或砂桩法。注浆法是在墩、台中心打入管桩或直向钻孔，通过管孔及孔眼，用力将各种浆液或加固剂注入土层中，浆液凝固会把原有松散的土结为防渗性能的整体，堵塞岩石裂缝。砂桩法加固既是将木桩或钢管打入基础四周的软弱土层中，拔出后再灌入干燥的粗砂，凝成砂桩。
③增补桩基加固法。为了增加基础稳定性，提高基础承载力，还可以在桩式基础周围打入钢筋砼预制桩或补加钻孔桩。此法适用于桩式基础加固的场合。对单排架桩式桥墩加固时，若在桩间加桩，就应对原有盖梁进行加固；若原桩距较小，可增加两排桩在原排架的两侧，成为三排式的墩桩。若桥台承载力不足，可在台前增加一排桩并浇筑盖梁，增浇的盖梁可单独受力，也可与旧盖梁、旧桩及新桩连接在一起，以分担上部结构传来的荷载。
六、结束语
总之，城市桥梁出现各种病害，不仅会威胁到行车安全，降低桥梁的寿命，还会影响市容环境，所以我们一定要充分重视对城市桥梁的加固改造工作。应在日常中加强对桥梁的检测和维护，及时发现问题，并采取经济合理的加固措施，提高桥梁的质量，保证城市交通的安全畅通。
