浅析桥梁加固的思路和方案
2015-08-04
随着公路交通，近年来，特别是快速发展的高速公路，与国民经济的同步上升的汽车保有量，汽车日益重型化、大型化，公路运输量不断增长， 越来越大的公路桥梁压力，已有不少桥梁发生裂缝、老化、破损等现象。为保证正常运营，旧桥的加固和检测工作显得特别重要。
一、桥梁加固的目的
为确保正常运营， 桥梁建成以后，检查维修与养护必须加强经常性的进行。随着重载车辆和交通量不断增加， 交通运输的发展，因此要求进行合理而有效的加固对原有桥梁，来提高通过荷载和能力标准。
（一）桥梁加固的主要目的
1、提高原有桥梁的承载能力与通过能力。
2、确保桥梁工程的完整、安全、耐久与适用。
（二）桥梁加固的基本要求
1、完善基础资料， 掌握桥梁结构状况，为加固提供必要条件。
2、经济费用。一般来说，为新建费用的10% ～30%的加固费用，即加固应优先考虑。
3、尽量减少中断交通或不中断交通。
4、要一次性加固好， 对已发现的缺陷，不留后患。应按规范进行加固设计。
5、应尽可能减至最低对原有桥梁结构的损伤。
6、耐久适用、技术可靠、养护方便。
二、桥梁加固的思路
（一）桥梁加固的基本概念
一般来说，包括日常养护加固、维修和改建三个内容的桥梁加固工作。桥梁维修和加固养护所起的作用是不同的，桥梁保持正常运营状态的预防性和保护性的工作是维修养护， 而从承载受力的角度加固来进行处理的。不能满足桥梁继续使用的要求，有三种情况如下：
1、使用一定年限之后， 桥梁出现结构陈旧破损、老化，影响到它原有设计能力而不能正常运行，为了使之恢复承载能力到原有设计，必须予以修补。
2、由于当初设计标准低， 虽然桥梁基本完好，交通发展经过一段时期后，桥下净空或荷载标准对新交通的需要不能满足，为了适应新的交通需对其加强。
3、桥梁结构基本完好，设计标准合理。但如果有某种特殊要求，桥梁原设计没有包括在内的结构变化或荷载，而临时需要加强的。
（二）桥梁加固的工作步骤
一般可采用如下的步骤，对旧桥进行加固：
1、检查桥梁损坏情况及现状。
2、调查桥梁现有交通状况及历史技术资料。
3、进行分析比较并提出改建或加固方案。
4、付诸实施确定的方案，即进行改建或加固施工。
三、桥梁加固方案
一般来说桥梁加固方案，可以考虑增大截面抗力或减少内力的方法。
（一）上部结构桥梁的加固方法
1、桥面补强层加固法
钢筋混凝土层加铺一层在梁顶上，一般先将旧桥面凿除，使其与原主梁形成整体，达到增大主梁抗压强度和有效高度，横向分布系数桥面荷载改善，从而桥梁的承载能力的目的得到提高。
2、增大配筋和截面加固法
当梁的刚度、强度、抗裂性和稳定性能不足时，通常采用增加配筋、增大截面、提高配筋率的加固方法。在梁的侧面和底面这种方法是增配主筋，加大尺寸，提高梁的抗弯强度和有效高度，从而使桥梁的承载力提高。
3、锚喷混凝土加固法
使用高速喷射机械，到已锚固好钢筋网的受喷面上将新混凝土混合料喷射，钢筋混凝土凝结硬化形成，从而增加桥梁的补强钢筋和受力断面，结构的整体性得到加强，使其承受更大的外荷载作用。
4、钢板（复合纤维） 粘贴加固法
主梁承载能力不足， 当交通量增加，可采用锚栓及粘结剂等， 在混凝土结构的薄弱部位或受拉缘将复合纤维或钢板粘贴锚固，使其与结构形成整体，代替增设的补强钢筋以复合纤维或钢板，主梁的承载能力达到提高的目的。
5、受力体系改变结构加固法
此法是桥梁承载能力的目的达到提高，通过受力体系改变结构。如现浇混凝土简支梁的墩顶处，变为连续体系，承载力提高，主梁的内力减小。
6、体外预应力加固法
此法实质是作为施力工具用钢绞线、高强度钢丝或粗钢筋等钢材，施加体外预应力对桥梁上部结构，抵消部分外荷载产生的内力用预加力产生的反弯矩，从而达到其极限承载力提高并旧桥使用性能改善的目的。该法显著加固效果，有较强的适应性， 经济效益明显，桥梁加固正在被广泛的应用。
7、纵梁增设加固法
具有承载能力足够的情况下，并安全性能好在墩台地基，旧梁与新梁相连接， 可采用增设承载刚度大和能力高的新纵梁，共同受力。在新增纵梁后由于荷载的重新分布在桥梁结构中，使所受荷载原有梁中得以减少，由此使加固后的桥梁刚度和承载能力得到提高。当位于原梁的两侧或一侧增设的纵梁时，则还有加宽的作用。
8、增大拱圈截面加固法
当为变截面或等截面的石、混凝土或砖等实体板拱的拱桥主拱圈时，且下部构造基本完好，同时泄水面积与桥下净空容许部分减少时，可采用锚喷或浇注混凝土的方法在原主拱圈底面增设一层新拱圈，使结构的承载力得到提高。
（二）结构加固桥梁下部的方法
1、扩大基础加固法
当基础埋深太浅或承载能力不足，而墩台又是混凝土或砖石刚性实体基础时，可以考虑加固基础采用扩大基础底面积的方法，使基础的承载力提高。
2、桩基增补加固法 当桩的深度不足，而基础采用桩基础时，均能采用桩基增补加固法，均是一种有效的加固方法；另外当墩台基础未下至坚硬层，或墩台基底下有软卧层时，墩台发生沉陷。
3、墩台拓宽方法
靠悬臂加宽墩台盖梁部分， 利用旧桥基础，以加宽安装的上部结构。只加宽墩台上部的盖梁， 采用此法墩台加宽时，旧桥墩台基础必须稳定、完好，且需经过验算承载能力后才能采用。
四、桥梁加固后的检测
加固后需要对桥梁进行观察和检测，才可以对加固的效果评估。常规的检测方法是利用动载试验和静载试验，将加固设计的计算结果与试验结果进行对比，对加固成功与否进行判断桥梁。
（一）动载试验方案
使运用检测车在不阻断交通的情况下，采用跑车、跳车法对该桥梁进行受迫振动或激励振动，量测桥梁的振动频率或固有振动频率、振幅、阻尼；在无荷载的情况下，对该桥梁的固有振动频率、阻尼、振幅量测采用自然脉动法；设置垂直传感器和水平横向传感器于主桥的中跨位置的一侧，然后量测主、副桥的固有振动阻尼、振幅、频率采用自然脉动法；在交通阻断的情况下，设置垂直传感器和水平横向传感器于主桥的中跨位置的一侧，量测主、副桥的固有振动频率、振幅、阻尼、动力系数采用跳车、跑车法，如表2。
（二）静载实验方案
利用检测车对主桥对称性测试，主要测量边跨最大正弯矩工况，第 2 跨最大正弯矩工况，4号墩最大负弯矩工况。
静载测试截面应变实测值与理论值如下图所示，截面梁底应变实测平均值为 40.7με，理论值为 54.5με，相应校验系数为 40.7με/54.5με≈0.747，符合规范的要求；最大的应变测点（2号测点）的相对残余应变约为 8.1，符合规范的要求。
截面最大正弯矩工况挠度的实测平均值与理论值如下图所示，满载时挠度实测平均值为3.78 mm，理论值为 4.70 mm，相应校验系数是 3.78 mm/4.70 mm≈ 0.804，符合规范的要求；挠度最大测点（2号测点）的相对残余变形为3.9，符合规范的要求。
总之，近年来随着我国快速发展的公路运输，一个研究桥梁维修、养护和加固的热潮已经出现，为了避免旧桥出现失修、老化，甚至是发生塌桥事故，桥梁加强养护，桥梁加固中的技术难题长期不懈地研究，做好桥梁加固这项难度高、系统性强的工作，现在已经显得尤为重要。
