桥梁维修与加固方法及应用
2015-07-20
加固，简单来说，就是通过一定的措施使构件乃至整个结构的承载能力及其使用性能得到提高，以满足新的要求。这些措施包括直接针对整个结构的，如体外预应力，改变了结构的应力状态，使其回到原设计状态或者更适应新的要求；有些措施是针对截面的，即通过提高截面某一方面的承载力强度（如抗剪强度），从而改善整个结构的承载力水平。根据桥梁的加固原因、加固部位以及现有桥梁本身桥型方案的不同，应采用不同的加固方法。目前，桥梁上部结构常用的加固方法有：体外预应力加固法、体系转换加固法、增加构件加固法、粘贴钢板加固法、碳纤维加固法、桥面层补强加固法等；桥梁下部结构常用的加固方法有扩大基础加固法、高压旋喷注浆加固法等。
一、桥梁维修与加固总体概况
1、桥梁加固的步骤与基本原则桥梁的加固与桥梁的设计一样，除了应满足设计规范，符合技术可行、经济合理、结构安全的原则外，还必须经过一定的程序和步骤，这就是所谓的加固概念设计。
1.1 桥梁结构由于结构失效或损伤经评估不能满足结构安全或正常使用要求时，必须进行加固。加固设计的内容及范围，应根据评估结论和委托方提出的要求确定，可以包括整体桥梁，也可以是指定的区段或特定的构件；
1.2 建立既有桥梁维修、加固、重建的经济分析模型，通过分析比较，选择技术可行、经济合理、对现有交通干扰较小的方案实施，以保证改造后的桥梁能安全运营；
1.3 根据需要改造桥梁的评估结论及经济分析，当得知现有桥梁可以通过加固、维修达到使用要求的结论后，再提出桥梁加固的设计方案；
1.4 对于大桥、特大桥，其主要承重构件需要加固补强时，加固设计方案应≮2个，进行方案比选和经济评估，选择最佳加固方案；
1.5 加固设计及施工尽量不损坏原结构，并保留具有利用价值的构件，避免不必要的拆除或更换；加固设计应与施工方法紧密结合，并采取有效措施，保证新老结构连接可靠、协同工作；加固设计应按结构实际损坏情况进行计算；
1.6 在加固施工中，应尽可能减少对桥上和桥下的通行车辆及行人的干扰，采取必要的措施，减少对周围环境的污染；在施工过程中，若发现原结构或相关工程隐蔽部位的构造有严重缺陷时，应立即停止施工，会同加固方案设计者进行研究，待采取有效措施处理后，方能继续施工；加固施工中，应采取安全监测措施，确保人员及结构安全。
桥梁加固的方法
2.1 桥梁上部结构加固
2.1.1 体外预应力加固法 体外预应力法的加固原理是在梁的下缘受拉区设置预应力材料，通过张拉对梁体产生偏心预应力，在此偏心压力作用下，使梁体发生上拱，抵消部分自重应力，减小了结构变形和裂缝宽度、改善了结构受力，能够较大幅度的提高结构承载力。与通常的预应力混凝土结构相比，力筋与原结构只在锚固点与梁连接，类似于无粘结预应力结构。这种方法在自重增加很小的情况下可大幅度的改善和调整原结构的状态，提高结构刚度、抗裂性。此法既适用于通行重车时的临时加固，也可作为提高桥梁承载力的永久加固措施。该方法主要适用情况有：当混凝土梁中预应力筋或普通钢筋严重锈蚀及其它病害造成结构承载力下降；需要提高桥梁的荷载等级；用于控制梁体裂缝及钢筋疲劳应力幅度；适用于高应力状态下的结构，尤其是大型结构的加固等情况。
2.1.2 体系转换加固法改变结构体系加固旧桥通常是指增设附加构件或进行技术改造，使桥梁的受力体系和受力状况发生改变，从而起到减小承重构件的应力，改善桥梁性能，达到提高承载能力的目的。这种技术具有提高结构承载力，增大结构刚度，减小挠度等优点。常使用的方法有：拱桥转换为梁拱式拱上建筑法；梁桥转换为梁拱组合体系法；简支转连续法；多跨简支梁转为先简支后桥面连续体系法；增加辅助墩法等。
2.1.3 增加构件加固法 增加构件加固法主要是指增设纵梁提高承载能力或拓宽改建，增加横隔板加强横向联系。当墩台地基安全性能好，并具有承载能力，上部结构也基本完好，但其承载能力不能满足要求，同时要求加宽桥面时，一般采用增加承载能力高和刚度大的新纵梁使新旧梁互相联结共同受力。对于要进行拓宽改造的则还需要对墩台进行拓宽。
2.1.4 粘贴钢板加固法 粘贴钢板加固是采用粘结剂将钢板粘贴在钢筋混凝土结构物的受拉边缘或薄弱部位，使之与结构物形成整体，从而提高梁的承载能力是一种加固方法。若使用锚栓将钢板锚固在梁体上，则又称锚栓钢板法，这时钢板可适当厚一些。钢板固定于受拉混凝土表面可以增加混凝土结构抗弯刚度，使结构挠度减小，限制了裂缝的发展。并且施工时可以根据设计需要进行裁切钢板，有效的发挥粘钢构件的抗弯、抗压和抗剪的性能，受力均匀，不会在混凝土中产生应力集中现象，除此以外，该方法还具有施工简便，快速，不影响结构外形，加固费用低，不减小桥梁净空以及增加荷载不多等优点。不足之处是粘结剂的质量及耐久性是影响加固效果的主要因素。
2.1.5 碳纤维加固法 粘贴碳纤维加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构物表面，当结构荷载增加时，两者共同工作，提高构件承载力，从而达到加固补强的目的。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。由于碳纤维具有高强、轻质、耐腐蚀、耐疲劳等优异物理力学性能，以及施工速度快，施工工期短，粘贴质量容易得到保证等优点，因此是旧桥加固补强的理想材料。碳纤维加固法中粘结材料的性能是保证碳纤维与混凝土共同工作的关键，也是两者传力途径的薄弱环节，因此粘结材料应有足够的刚度与强度保证碳纤维与混凝土间剪力的传递，同时应有足够的韧性，不会因混凝土开裂导致脆性粘结破坏。与其它加固方法相比，采用碳纤维加固旧桥能最小程度的改变原有结构的应力分布，保证在设计荷载范围内与原结构共同受力。
2.1.6 桥面层补强加固法 桥面补强层加固法是通过在梁顶（桥面）上加铺一层钢筋混凝土层，使其与原有主梁形成整体，从而达到增大主梁有效高度和抗压截面，增加桥面整体刚度，提高桥梁承载能力的一种常用且有效的方法。为了减小补强层增加的恒载，常将原有桥面铺装层凿除，而且能使新老结合良好，共同受力。
2.2 桥梁墩台与基础加固
2.2.1 扩大基础加固法 桥梁基础扩大底面积的加固方法，称为扩大基础加固法。此法适应于基础承载力不足或埋置太浅，而墩台又是砖石或混凝土刚性实体或基础时的情况。当构造物基础具有较大的不均匀沉降，并且地基土质比较坚实时，可以采用扩大基础法进行加固。
2.2.2 高压旋喷注浆加固法 高压旋喷注浆，就是先利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻入土层的预定位置，旋转并以一定的速度提升，同时将浆液或水以高压流的形式从喷嘴里射出，冲击破坏土体，高压流切割并搅碎土层，使其成颗粒状分散，一部分被浆液和水带出钻孔，另一部分则与浆液搅拌混合，随着浆液的凝固，组成具有一定强度和抗渗能力的固结体，从而对地基进行加固的一种加固方法。旋喷注浆加固法，用途广泛，加固地基的质量尚可而且效果好，成本低，加固效果明显，且施工便捷，目前已逐渐成为我国常用的对桥梁墩台基础处理方法之一。
2.2.3 粘贴钢板加固法、碳纤维加固法，桥梁墩台的加固改造也可以采用粘贴钢板加固法、碳纤维加固法增加墩台的刚度，提高墩台的抗弯、抗压和抗剪能力，其加固方法、加固机理与2.1.4及2.1.5一致，在此就不再详述。
公路旧桥的加固比新建桥梁还难，因为旧桥的维修加固，没有现成的规范，更没有可供使用的标准图，桥梁的病害又错综复杂，病害原因难以确定，因此，应充分重视公路旧桥的管理工作，加大资金投入，使其保持良好的工作状态，确保公路运输的安全。
结束语
桥梁的加固维修问题已经成为世界普通关注的课题，采取加固的方法提高桥梁承载力、抗弯能力、抗剪能力、荷载等级等是最经济、最简单和最适用的措施，依据不同的桥梁现状和加固要求可以采取不同的方法。确保危旧桥的改造工作科学合理、经济安全。
