桥梁加固

桥梁加固主要技术：

    对原有桥梁进行加固补强、改造翻新，最大程度利用现有资源，保证其使用安全，延长其使用寿命是当今国际工程界关注的重大课题之一。

1.桥梁加固改造基本要求。

1)采用加固方案之前，须先考虑经济效益好、功效快、不中断交通、技术上可行、有较好耐久性等方面的要求。

2)桥梁加固后，无论结构性能、承载能力，还是耐久性方面都能达到使用上的要求。

3)桥梁加固一般以不改变原有结构形式为原则，采用加大受力截面或者修复原来桥梁构件，或者采用其他措施来提高桥梁的承载能力。在兼顾经济性的前提下，只有在较复杂的情况下，才可考虑更改结构形式。

4)了解和判断桥梁下部结构的承载能力冗余度，以满足加固后所增加桥梁的自重和活载对基础的要求。

5)桥梁加固的方式，必须考虑旧桥现状、承载能力减弱的程度以及日后交通量，最好参考已经成功完成补强加固的桥梁的施工。6)在选定桥梁加固方案时，还应考虑到以下因素：加固设施的养护费用、加固时交通阻碍造成运输上的损失、加固技术的耐久性、施工安全性以及对环境的干扰程度等。

2.常用加固技术

2.1改变结构体系加固法

    这种加固、改造方法是通过改变桥梁结构受力体系，达到提高桥梁的承载能力的目的。它的基本原理是以减少控制截面的内力为目的进行加固。对于拱桥加固，可通过体系转换法将单纯拱的受力状态改变为拱梁组合体系受力状态，即将拱上建筑变为梁式结构，拱梁组合体系受力状态较单纯拱更为均匀。另外，对于拱式拱上建筑的旧桥，改拱式为梁式拱上建筑，所带来的恒载重量减少量是非常显著的。主要有以下几种方法：(1)八字撑架加固法：在简支桥孔设置钢制或钢筋混凝土制八字撑架，为原桥上部结构增设两个支承，使原一跨简支梁变为三跨连续梁。(2)连续体系加固法：将原多跨简支梁的梁端翼缘连接起来，使受力体系由原来的简支转变为连续，从而改善结构的受力性能。3)改桥为涵加固法：对于跨径较小的桥梁，在不影响通航和排洪能力的情况下，可用改桥为涵的方法加固。4）桥面补强层加固法：在梁顶上加铺一层钢筋混凝土层，一般先凿除旧桥面，使其与原有主梁形成整体，达到增大主梁有效高度和抗压截面强度，改善桥梁荷载横向分布能力，从而达到提高桥梁的承载能力的目的。该法用工量较大，工期较长，并有可能对原结构(如主梁等)造成一定的损伤。

2.2承重构件增减

通过增设纵梁或者拓宽桥面等办法分担原构件的活载，达到提高承载力的目的。包括新增加主梁、增设纵梁拓宽桥面等。拓宽的桥面不仅可以有效的减小单个主梁荷载通行的集度，同时新增纵梁和原主梁之间还可以通过增加辅助横梁来改善荷载的横向分布问题。减轻拱上自重加固法：减轻拱上自重也是一种调整拱上恒载分布的手段，尽管它们的目的都是为了恢复和提高原桥的承载能力，但它们的出发点和适用场合却是不相同的。调整拱上恒载分布是针对主拱圈变形过大，通过调整拱上恒载的办法来调整拱轴线与压力线；采用减轻拱上建筑的自重，则主要是针对某些双曲拱桥的基础承载能力较低，通过这一措施降低对基础承载力的要求。

2.3增大构件的截面

通常采用的增大构件截面的方法有以下几种：1)增大截面与配筋加固法是通过增大构件截面面积或配筋率以提高钢筋混凝土梁的强度、刚度、稳定性的加固方法。该方法一般采用在粱底面或侧面加大尺寸，增配主筋，以提高主梁截面的有效高度，从而达到提高桥梁承载能力的目的。但该方法会使上部结构恒载增加，在施工过程中全部的作业需在梁底进行，施工难度较大且施工质量难以控制，需要现场作业。2)锚喷混凝土加固法，较多用于加固砌体墩台、护坡等砌体工程。锚喷混凝土加固法是从隧道施工中转化而来的加固方法，但由于施工工艺要求较高且存在一个新旧混凝土的衔接问题，加上施工过程中需要封闭交通，施工过程对环境影响较大。

2.4外加预应力加固

体外预应力加固法主要用于梁式桥（包括简支梁、悬臂梁、连续体系梁桥等）正常使用极限状态超限的结构，通过对旧桥施加体外预应力，能够达到减少或消除裂缝，减小梁体下挠，改善结构各截面应力状态的目的。其基本原理是通过在梁体外设钢质的拉杆或撑杆，并与被加固梁体锚固连接，然后施加预应力，强迫后加拉杆受力，从而改变原结构内力分布，并降低原结构应力水平，使结构承载力显著提高，且可减少结构变形，缩小裂缝宽度甚至闭合。利用预应力所产生的反向预矩，能较大幅度地减小恒载下的构件变形与应力水平，属一种主动加固法。其优点是在自重增加很小的情况下，能够大幅度改善和调整原结构的受力状况，提高承重结构的刚度、抗裂性能。由于承重结构自重增加小，故对墩台及基础受力状况影响很小。可节省对墩台及基础的加固，对桥梁营运影响较小，可在不限制通行的条件下加固施工。缺点是会导致超静定结构发生内力重分布、转向块和锚固点存在着巨大的集中力、易受环境的影响，需要做防腐处理。

2.5增补加劲材料

采用经济梁高和经济配筋率的混凝土受弯构件，其受压区混凝土比受拉区钢筋具有更多的强度空间，可通过增补拉区加劲材料的办法来实现承载力的提高。传统的外贴加劲材料加固法主要指粘贴钢板法，随着碳纤维，预应力碳纤维材料的出现，采用高强轻质的材料进行外贴加固愈来愈成为工程加固的研究热点。这种加固方法的特点是：不需要破坏被加固的原结构的尺寸，施工工艺简单，施工质量较容易控制，施工工期短。

2.5.1碳纤维布加固的原理

用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能，其抗拉强度一般为建筑用钢材的十几倍；但是，碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各碳纤维丝很难完全共同工作，在承受较低的荷载时，一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态，以此类推，各碳纤维丝逐渐断裂，直至整体破坏。而使用粘结剂后，各碳纤维丝能很好地共同工作，大大提高碳纤维布的抗拉强度，故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作，因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键的作用，它既要确保各碳纤维丝共同工作，同时又确保碳纤维布与结构共同工作，从而达到加固的目的。

2.5.2碳纤维布结构加固技术

粘贴碳纤维结构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构件表面，使两者共同工作，提高结构构件的(抗弯、抗剪)承载能力，由此而达到对建筑物进行加固、补强的目的。

碳纤维增强聚合物(Carbon FibreReinforced Poly mer简称CFRP，也称为碳纤维增强塑料)是由环氧树脂粘高抗拉强度的碳纤维束而成的。使用碳纤维布加固具有以下几个优点：a、强度高(强度约为普通钢材的10倍)，效果好；b、加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性；c、自重轻(约200g／m2)，基本不增加结构自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，适用范围广；d、施工简便(不需大型施工机构及周转材料)，易于操作，经济性好；e、施工工期短(本工程实例仅用一周)；因此，碳纤维结构加固技术在混凝土结构方面已产生较大的效应。碳纤维加固技术适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、简体、壳体等结构，要求基层混凝土的强度等级不低于C15即可；另外，砖砌体的某些力学性能也可以用碳纤维进行加固。

    2.6钢板粘贴加固法

由于交通量的增加，主梁承载力不足，或纵向主筋出现严重的锈蚀，或梁板桥的主梁出现严重横向裂缝，此时，可用粘结剂及锚栓将钢板粘贴锚固在混凝土结构的受拉缘或薄弱部位，使其与结构形成整体，以钢板代替增设的补强钢筋，提高桥梁的承载能力与耐久性。

3.拱桥的拱圈和拱肋常用的几种加固方法

为了提高拱桥的承载能力，往往采用增加拱圈厚度和刚度，加大拱肋截面、增设新拱肋等方法，下面介绍不同情况下的不同加固方法。

（1） 砖石拱桥的拱圈内壁出现表层剥落、松散、老化等情况且不适应目前交通时，可采用在肋圈内壁挂钢丝网，并喷射水泥砂浆的加固法。

（2） 钢筋混凝土拱圈内壁浇筑加固法。拱桥拱圈内壁损坏严重时可采用此法，具体做法与上述方法相似。

（3） 原拱上增设钢筋混凝土拱圈加固法。此法是拱桥中较常用的加固法之一，它不仅加固了拱圈，且将原有开裂拱联结在一起，也利于桥面排水。

（4） 拱桥钢板箍与螺栓锚固法。石拱桥可在拱圈的跨中和 1/4 处加设三道（或多道，视情况而定）钢板箍（钢板厚可用 6～8mm）或钢拉杆，用螺栓在拱底及拱侧钻孔锚固，并注意将锚固点设在拱圈厚度的 1/3 处，此法可提高拱桥的整体强度，达到较好的加固效果。

以上介绍的常用加固方法为传统的混凝土结构加固方法，虽然有效，但均受到一定条件的限制，存在以下缺点：对结构的外观及使用空间均有一定的影响；施工时的湿作业和大型设备对环境和生产有一定影响；在有的方法中新旧两部分的连接对原结构有一定的损伤；加固材料易腐蚀或脱落；增加结构物的荷重等。

4.采用在台后加孔的方法处理桥台

在软土地基上修建桥梁可能会造成软基病害，经常由于设计上压缩孔径过多、总体布置欠妥，地基土质松软及承载能力过低而致使桥台位移，特别是拱式体系上部结构，由于桥台位移而使主拱圈开裂等常有发生。尽管是梁式上部结构，也会因桥台位移而产生病害，有的时侯因台后填土过高且台后填土夯实不够，加之软土地基的影响，发生土体滑塌，甚至会出现桥台桩基剪断等事故。对于上述情况，如采用桥台后加孔减载的改造措施，尚可取得较好的效果。

5.桥梁加固案例

某地区一座双曲拱桥，全桥建成后即发现原桥台明显下沉，致使拱顶3-4m范围内拱肋下缘开裂，拱脚处主拱圈和拱座脱开，裂缝宽度达9到13mm，呈上窄下宽状。分析原因，主要是由于桥位处土质较差，表层为淤泥，下为深2m的粘土，下层为亚砂土类粉砂且含腐植质杂质，经果大量地试验，在3米深处土基容许承载力仅为0.15MPa。最终确定采用台后加孔减载的方法进行改造，先拆除台后10m长的驳坎及填土，改为2孔5米的钢筋混凝土板桥。在拆除驳坎时要分两次进行处理，先拆掉其中一部分，待加孔的墩台基础间的混凝土支撑地梁浇筑完毕并达到一定强度以后，然后将驳坎拆除至与原桥台基础顶面相平。浇筑支撑地梁是，在拱脚肋座脱离处塞入三角形楔形铁块后进行。桥台处理后，对原拱肋可采用加大拱肋截面的方法进行补强。经过以上技术处理以后，桥台的沉降量增加甚少，效果十分明显。从以上的案例来分看，对于软土地基地区的桥梁，特别是高填土的情况，还要进行设计以确定桥梁的总体布置，这些因素都要慎重的进行考虑，不但要考虑到工程造价，还要对各种施工中可能给桥梁结构带来的危害的不利因素进行分析，以便在设计中引起足够的重视并采取一定的措施。

6、结论

桥梁加固可以采用的形式是多样的：如加大截面加固法、体外预应力加固法、外部粘钢加固法和粘贴碳纤维加固法等都能达到同一目的，只是加固途径、加固效果不同。如对裂缝的限制，体外预应力法是一种主动受力加固法，能将现有裂缝宽度缩小，并能将在运营状况下的裂缝宽度控制在规范以内；而外部粘钢或粘碳纤维加固是一种被动受力法，它能够约束裂缝扩展。这些方法都能达到加固目的，只是各有优缺点，在旧桥加固改造工程中，应根据桥梁的特点选取最佳的加固方法。

总之，桥梁加固是随着日益增长的交通运输业而产生并随其发展的新课题，它很好地处理了新工程与旧工程的衔接，是实现可持续发展的物质保障。因此，桥梁加固技术的发展意义相当重大。同时，各种新型材料以及粘结剂的发展，新方法的运用，使得桥梁加固的对象更广，施工更方便快捷，效果更明显，并推动着桥梁加固技术的不断成熟和完善。