旧桥评估与加固方法探讨

2010-07-27孔德仁

中国新技术新产品 2010年3期

孔德仁

（广东省长大公路工程有限公司，广东广州 511431）

1 概述

省内某一级公路于1997年11月建成通车，至今已运营12年，路线全长214.67km，有大、中、小桥及天桥共计105座。既有桥梁的上部结构主要形式有钢筋混凝土空心板、预应力混凝土空心板、预应力混凝土I型梁、现浇钢筋混凝土连续箱梁等结构形式。主线桥梁设计荷载等级为：汽－超20，挂－120；桥面铺装采用刚性桥面。

桥梁在车辆荷载作用下，由于设计、施工、水流状态、气候条件及其它环境因素的变化和影响，钢筋混凝土桥梁出现损伤，须进行桥梁评定确定维修加固方案。

2 桥梁评估方法

2.1 常用桥梁评估方法

对旧桥进行评定的工作远比新设计桥梁复杂。多年来，国内外的桥梁工作者一直致力于解决该问题，在工程实践和研究中相继提出了各种旧桥评定的方法，各有特点与不足，因此，在决定采用哪种评定方法之前，应分析评估的目的，以便对桥梁的技术状况作出符合实际的评价。目前较常用的几种评定方法如下：

（1）外观调查评定方法

由有经验的桥梁技术人员通过旧桥外观所表现出来的现象，根据《公路养护技术规范》（JTJ073-96）直观地判定桥梁质量是否适应现有交通运输，推定桥梁实际技术状态。该法目前只能对桥梁的一些基本构件使用状况进行简单的定性分析，对所见桥梁的损伤提供大致印象，可能因人而异，主观随意性较大，常常会带来较大的误差，评定结果不尽合理。

（2）分析计算评定方法

先对桥梁进行详尽的外观调查，然后根据桥梁结构加以理论分析计算，以其结果对旧桥结构进行评定。这是目前在桥梁结构评定中运用较多的一种方法。该方法的优点是既尽量考虑旧桥实际情况，又能通过理论计算公式得到对旧桥承载能力和使用状态的定量值，对旧桥的评定较为确定。同时，通过计算分析，不仅能判定旧桥是否具有原设计能力，而且还能判定旧桥是否具有更大的承载能力，故而成为目前旧桥评定方法研究的重要方面，得到不断发展。

（3）荷载试验评定方法

对桥梁进行外观调查和粗略评定后，施加试验性荷载从而对桥梁结构进行评定的方法。其主要优点是直观、比较可靠，多用于新结构的研究和桥梁质量的评定。在旧桥评定中，较多用于桥梁实际工作状态不明确情况下的评定与研究工作，以弥补前述两种方法的不足。

2.2 该实例工程采用的旧桥评估方法

鉴于上述常用桥梁承载力评估方法均具有一定的片面性，单独使用时会造成评定结果的较大差异，在确定桥梁评估目标和方法时，一方面依据《公路旧桥承载能力鉴定方法》，根据桥梁调查、检算及荷载试验情况，采用旧桥检算系数Z1、Z2对检算结果进行适当的修正。同时，依据桥梁结构材质状况检测结果、结构固有模态参数测定以及荷载调查分析情况等，确定检算系数Z1、折减系数、恶化系数以及活载修正折减系数的合理取值，并将其反映在结构抗力的表达式中，然后借助桥梁设计或竣工资料，通过结构检算分析，进行荷载效应和抗力效应的比较，对桥梁承载力作出评定。其评定体系框架如图1所示。

图1 旧桥承载力评定新体系

3 桥梁加固方法

3.1 常用桥梁加固方法

桥梁维修加固的目的主要是确保桥梁工程的安全、完整、适用和耐久，提高原有桥梁的通过能力与承载能力等。在桥梁加固中目前比较成熟且应用较多的方法有增大截面加固法、粘钢加固法、预应力加固法、体系转换法以及新兴的粘贴纤维复合材料加固法。

3.2 扩大截面加固法

3.2.1 桥面补强层加固法：在桥面上加铺一层钢筋混凝土，使其和各梁形成整体，达到加厚梁高度和增大梁的抗压截面强度，改善桥梁荷载横向分布能力，从而达到提高桥梁承载能力的目的。

3.2.2 增大梁截面和配筋加固法：当梁的强度、刚度、稳定性和抗裂性能不足时，通常采用增大构件截面、增加配筋，提高配筋率的加固方法。这种方法是在梁受拉边缘面或侧面，加大钢筋砼截面（增配主筋）使梁的有效高度和抗弯截面加大，提高梁的承载力。该法广泛用于梁桥及拱桥拱肋的加固。其加固示意如图2所示。

图2 增大截面加固法示意

3.3 粘贴加固法

借助化学粘贴剂将抗拉强度高的材料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，可以提高构件的抗弯、抗剪能力以及减小裂缝的扩展。其最大优点在于施工简便，基本上不减小桥梁的净空且对桥上交通影响甚小。常用粘贴加固法包括粘贴纤维加固法和粘贴钢板加固法。

图3 粘贴加固示意

3.4 改变结构体系法

目前，体系加固法在简支梁板中的应用主要表现为简支变连续加固法，在简支梁下增设支架和桥墩，或把简支梁与简支梁纵向加以连接，由简支变连续梁，或在梁下增设钢桁架等加劲或叠合梁等，以减小梁内应力，达到提高梁的承载力的目的。其主要工作原理如图4所示。

图4 简支变连续加固示意

3.5 增设纵梁加固法（拓宽改建）

在墩台地基安全性能好，并且有足够承载能力的情况下，可采用增设承载力高和刚度大的新纵梁，新梁与旧梁相连接，共同受力。由于荷载在新增主梁后的桥梁结构中重新分布，使原有梁中所受荷载得以减少，从而使加固后的桥梁承载能力和刚度得到提高，当增设的纵梁位于全梁的一侧或两侧时，则兼有加宽的作用。为保证新旧混凝土能够共同工作，必须注意做好新旧梁之间的横向连接，可提高主梁之间的横向连接刚度，有利于荷载的横向分布。

3.6 体外预应力加固法

对钢筋混凝土梁或板，采用对受拉区施以体外预应力加固，可以抵消部分自重应力，起到卸载的作用，从而较大幅度地提高梁的承载能力。该方法具有自重增加小、明显改善承重结构的刚度和抗裂性能、对墩台及基础影响小、对桥梁营运影响小等优点。

3.7 清连高速化改造项目中采用的主要桥梁加固方法

鉴于桥梁结构形式不同，不同类型桥梁承载潜力不同、桥梁损伤状况不同，在确定桥梁承载力评估体系基础上，确定采用以下加固方法。

（1）简支空心板桥

对于20米以下空心板桥，在对主梁损伤修复的前提下，确定采用桥面增厚补强法进行加固。即拆除原结构整体化层和铰缝构造，桥面植筋，加强桥面钢筋网，重新浇注并增厚桥面混凝土。

对于20米以上的无粘结预应力混凝土空心板桥，确定采用去梁增肋加固法对其进行全面加固，去掉个别主梁，剩余主梁在原桥梁宽度范围内均匀分布，主梁之间新增预应力混凝土梁肋，新肋与旧梁通过新增桥面铺装形成横向刚度，张拉新梁预应力，调整原主梁应力状态，达到改善桥梁横向分布，增强横向刚度，提高承载力或改善正常使用阶段受力状态的目的。加固后的荷载试验结果表明，该方法能够明显提高桥梁承载能力，提高结构的整体刚度，改善原结构受力状态，提高了桥梁的可靠性和耐久性。

（2）工字组合梁

全线工字组合梁数量较多，外观检测结果表明，工字组合梁桥梁肋无明显病害，主要损伤出现在桥面板上。这主要是由于原设计桥面板设计标准与当前实际运营荷载不符造成的。检算评估结果也表明，在对桥面板进行适当改造后，其承载力能够满足清连高速化改造后的荷载标准。因此，确定对工字组合梁桥采用更新桥面板的方法进行技术改造，以提升桥梁承载能力，满足改建后的荷载要求。