公路桥梁加固施工技术的研究

朱卫群 易会勇

（宜春市公路勘察设计院， 江西 宜春 336000）

1、公路桥梁加固的原因和基本原则

1.1 公路桥梁加固原因

①随着经济的发展、交通量增大，载重等级发生变化。

②早年设计的指导思想注重于材料的节省，安全度低。一般来说造成断面单薄、安全储备低，其中最典型的就是双曲拱。

③桥梁耐久性差和年久老化，如砖拱桥等。

④近年修建的桥梁，因设计失当或者施工质量差，也存在着加固的问题。

1.2 加固原则

加固设计以原桥为基础,在不改变原桥结构型式的前提下,对原桥主要受力构件进行加固,加固设计必须考虑以下几个重点：

①下部结构具有足够的潜力。

②加固后必须要达到能通过重吨的单车的要求。

③因为下部是航道,所以在跨中腹板和斜腿加固过程中,应尽量保持原有净空,不得使下部空间削减过多。

④对各开裂构件的表面进行修补,保证构件表面光滑而连续。

⑤在补强的同时,应注意加固物本身自重对原桥的影响。

⑥加固后保持桥梁的整体美观。

2、加固理论计算

为了从整体上把握桥身在加固前各个部分在外部荷载作用下所产生的应力分布特征,找到最不利截面,为加固方案提供详细的理论依据,特利用大型有限元计算软件ANSYS对该桥梁结构进行了数值模拟分析。

2.1 计算模型采用数据

主跨、边跨型梁截面基本尺：T梁全高；H=800MM，上翼缘宽：B1=1250MM，翼缘高度：T=220MM；T梁下宽：B=250MM。

斜腿支点附近矩形截面基本尺寸：截面高度：H=500MM，截面宽度：B=250MM，材料特性：C30混凝土强性模量：E=3.0*10MPA；混凝土泊松比：V=0.1667。钢材泊松比：V=0.3。

2.2 有限元模型建立

全桥横向共由六榻梁组成,各棍梁的形态结构均一致,因此,先对单榻梁以及斜腿建立有限元计算模型。考虑到主梁结构复杂,斜腿截面沿纵桥向变化,为了能更真实的反映结构的空间特性,采用8节点的solid45空间实体单元进行模拟共划分节点6868个单元,4202个离散。

2.3 支承条件

由于加固将改变整个桥梁的支承条件,即将中跨跨中的铰接改回原设计方案中的固接,同时,将斜腿趾部的铰接改为固接,这会导致整个刚架片的应力重分布,而后的加固正是针对应力重分布后的结构进行处理的,因此,在有限元模拟加固前的结构应力分布时,各截面尺寸虽然按照加固前计算,但支承条件,在中跨跨中和斜腿趾部按照固接计算,而其他部位按铰接算。

3、加固实例

某公路桥梁建于20世纪80年代，全长187.8m，上部结构为8孔21.5m的钢筋混凝土刚架拱桥，矢跨比为1/6，桥面总宽度32.0m+2×1.25m，设计荷载为汽-超20、挂120。桥跨横向设14片拱片，每孔以2道横隔板、13道横系梁和12道微弯板以及6cm钢筋混凝土桥面铺装进行连接。下部构造为单排10根直径为1.2m的钻孔灌注桩，梯形盖梁，群桩基础组合桥台。由于该桥使用年限较长，加之交通量很大，大吨位车辆通过频繁，并受当时设计及施工条件限制，大桥存在较多问题，为确保交通安全，满足道路使用功能，亟待进行维修加固。

3.1 加固前病害调查

通过对旧桥现状进行综合检测，掌握桥梁的损害及老化程度，病害情况如下。

①主拱片开裂：大、小结点混凝土均出现斜向裂缝，最大宽度达0.2mm；实腹段跨中5m区域存在竖向受力裂缝，最大宽度达1.0mm，裂缝间距20cm～40cm。

②弦杆、横系梁、微弯板开裂：弦杆存在较多竖向裂缝，最大宽度达0.5mm，间距20cm～60cm。约有20%的横系梁出现混凝土竖向裂缝，最大裂缝宽度达1mm；10%的横系梁与主拱片的接头部位混凝土开裂。60%的微弯板存在沿纵桥向的开裂，部分微弯板底面严重网裂、混凝土破碎，微弯板加筋肋存在多条竖向裂缝，最大宽度达1.2mm。

③桥面系病害：在新旧桥结合部位的桥面铺装层出现纵向开裂。5#孔桥面局部沉陷，面积约为6.0m2。伸缩缝严重损坏，TST填缝料沿横桥向开裂，缝宽最大达3.5mm，且伴有跳车现象。个别泄水管缺失，多数泄水管外壁渗水，导致泄水直接侵蚀到主拱片混凝土。人行道板及栏杆混凝土有较为严重的损坏。

3.2 加固方案

根据检测结论、原设计文件、工程地质资料，经综合分析比较后，提出如下的加固处治方案。

①主拱片加固：对主拱片实腹段以及上弦杆上的混凝土裂缝进行修补处理，裂缝宽度＞0.2mm时，用化学灌浆法修复；裂缝宽度＜0.2mm时，用环氧树脂修复。

裂缝修补后，采用粘贴碳纤维布法对主拱片实腹段进行加固，以提高实腹段的截面抗力；采用粘贴钢板法对主拱片上弦杆、斜撑湿接头以及大小节点加固，先钻孔注胶种植锚固螺栓，再用环氧胶泥粘贴钢板。

②横系梁、横隔板及主拱腿加固：采用增大截面法进行加固。首先对与拱片连接部位有开裂的横系梁恢复原有联结，再采用植筋挂钢筋网，然后现浇混凝土对部分横系梁、横隔板及主拱腿进行加固。将横系梁更换为横隔板，加强截面强度，提高桥跨结构的横向刚度及承载能力。横桥向钢筋需钻孔穿过实腹板、上弦杆混凝土，钢筋钻孔安装完毕后采用压力灌浆的方法进行灌注结构胶锚固。

③全桥面加固：拆除原有微弯板，更换为钢筋混凝土连续行车道板；铺筑1层4cm厚沥青混凝土磨耗层以改善桥面行车舒适性，外侧设50cm宽的墙式混凝土防撞护栏；桥面设双向1.2%横坡，并重新设置排水管，加强桥面的防排水能力；将现有TST伸缩缝更换为毛勒伸缩缝。

④凡构件中存在钢筋锈蚀、混凝土胀裂脱落以及其他混凝土裂化损伤的部位均采用环氧砂浆、NSF改性砂浆、粘贴玻璃丝布等方法进行修补处理。

3.3 加固效果

为检验加固效果，通过工后荷载试验评估加固后的主体结构是否满足设计荷载状态下的正常使用要求。试验结果表明：加固后在试验荷载作用下桥跨结构可达到设计荷载，能够保证正常行车使用。。

结束语

公路桥梁加固施工工艺相对较复杂，要求桥梁加固工程取长补短,不仅延长了原桥的使用寿命,同时还增强了原桥的承载能力。因此,加速我国旧桥加固或改造技术的研究,不仅能更好地、及时地为现代交通运输服务,而且能为国家带来巨大的经济效益和社会效益。

[1]张建仁，王磊.既有钢筋混凝土桥梁构件承载力估算方法[J]中国公路学报，2006年2期.

[2]罗伟.桥梁加固技术综述[J].黑龙江交通科技，2005(10).