公路桥梁加固与维护实践研究

高德全

摘要：桥梁加固维修直接关系到道路的运营状况，加固效率的高低直接关系到道路中断运营时间的长短。为了适应公路交通运输事业发展需求，保证桥梁结构安全、满足使用功能、有效延长桥梁使用寿命，需要对大量的危旧桥梁进行改造、加固和维修。

关键词：公路桥梁；加固处理；施工方案；施工工艺

1公路桥梁加固的必要性

近年来，随着交通量的大幅度增加，特别是各种超限车辆的行驶对公路桥梁也造成了极大的伤害，同时，危桥的数量增长速度也逐步加快。交通量的大幅增长以及超重车、集装箱、大吨位车的急剧增多，环境污染、极端的自然环境的日益加重，加快了桥梁的破损，也造成了桥梁自身加速老化，寿命缩短。因此对现有桥梁进行检测、鉴定、加固是十分必要的。

桥梁加固，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，也就是要针对桥梁所发生的不能满足继续使用的状况进行处理。通过桥梁加固后，可以延长桥梁的使用寿命，用少量的资金投入，使桥梁能满足交通量的需求，还可以缓和桥梁投资的集中性，预防和避免桥梁坍塌造成的人员和财产的损失。

2公路桥梁加固的目的和原因

（1）桥梁加固的目的

增加桥面的宽度，提高交通运行能力，提高技术等级，增加桥梁的承载能力，满足现代化运输的要求，特别是大型重型车的与日俱增，对于提高技术标准和承载力，在旧桥加固与维修中成为首要考虑的因素。桥梁加固能满足现代人的需求以不损害后代人满足需求的能力，是经济、社会、资源和环境保护协调发展。

（2）桥梁加固的原因

①使用荷载超限。随着城市道路运输量的大幅增加，车辆荷载的超限现象非常普遍，货运机动车单车重量已远远超过当时设计规范的设计值，这将直接导致桥梁关键部位承受超过设计允许的荷载而使梁体出现较大裂缝，因此该立交桥腹板等部位出现较多裂缝与大量超载车辆通行有直接的关系。

②施工存在着弊端。桥面板间伸缩间距的施工误差，后浇柱填料老化，伸缩装置安装的不好，桥头前后桥面凸凹不平。普通钢筋混凝土本身是带裂缝工作的，加上周边空气湿度等外界因素的影响，部分保护层厚度不够的钢筋就会产生锈蚀，使原本未超标的裂缝继续扩大，给桥梁带来各种病害。桥面浇筑不良，支撑台做的不好。

③自然或人为灾害影响。由于自然灾害等不可预见的原因，使得桥梁直接超出其设计的承载能力，发生变形、断裂等。人为的原因如涉及施工中存在缺陷，或者因为氯离子侵人、酸侵蚀等原因使得桥梁结构的混凝土及钢筋腐蚀严重以及超出设计的洪水、泥石流、浮冰、冰冻、地震、强风、船舶撞击，在遇到自然地质灾害时，就会使桥梁结构遭到毁坏。

④设计的缺陷。在最初桥梁设计的时候，并没有进行长远的考虑，在设计桥梁的时候都是按照当时的设计要求。在使用了几十年之后，设计出现了变更，其中最主要的桥梁荷载设计规范已经从6级-8级——到现在的超20级，很明显以前的规范设计的桥梁已经不能满足日益变化的车辆要求。随着使用材料的不断进步发展，以及组织施工设计的更新，桥梁的负载量正在日益加大。除了桥梁的荷载发生变化之外，桥梁的通行能力表现为不足。具体说来桥面宽度不足、桥梁平面线形、纵断面线形标准太低；桥上通车净空或桥下通车净空不足。

3公路桥梁的主要病害

路桥的主要病害主要有3个方面：

1）使用状态。梁体主要受拉区在荷载作用下开裂或原有裂缝有扩张趋势，钢筋应力较大，结构使用状态出现问题，但梁本身受拉区未破损，受拉筋未损失，结构的极限强度并未减小；

2）极限状态。梁体主要受拉区在荷载作用下，截面应力较小，梁体在荷载作用下没有开裂或原有裂缝稳定，没有新的扩张，结构的使用状态没有问题；但梁体由于被撞而造成钢筋或预应力钢丝断裂，使梁体现有配筋与原设计相比减少，结构的极限强度降低；

3）其他状况。如钢筋混凝土桥梁的混凝土剥落、蜂窝、漏筋、麻面、空洞、磨损、锈蚀、老化、锥坡沉降开裂等。具体病害及其形成原因如下：

①支座病害。支座存在变形、橡胶保护层老化开裂（见图1）、与梁板脱空（见图2）等问题。橡胶支座在桥梁使用较短时间内出现老化，将会大大缩短支座使用寿命，随着时间延长，橡胶支座橡胶体将失去原有的弹性，从而导致橡胶支座不能正常工作，失去橡胶支座应有的传递梁体伸缩位移和转角的功能，严重时将使板式橡胶支座因满足不了梁体转动而大面积脱空，给桥梁的正常使用带来不利影响，增加高速公路使用期的养护和运营成本，严重时还将危及到桥梁的使用安全。

图1 橡胶支座老化、开裂图2支座与梁板脱空

②底板或腹板病害。桥梁底板或腹板处有空洞，钢筋及波纹管外露锈蚀（见图3）等问题。由于浇制混凝土时振捣不实以及钢筋网太密，使得底板及腹板处出现空洞，造成钢筋及波纹管外露。桥梁本身便处于潮湿的环境中，因而钢筋和波纹管极易发生腐蚀，使得混凝土结构的耐久性以及桥梁的承载能力降低。

③梁体病害。梁体存在裂缝、渗水、混凝土盐碱化等问题。裂缝是钢筋混凝土桥梁中普遍存在的一种缺陷或主要的病害。裂缝一般分为两种类型：一种是由于桥梁结构的荷载产生的，有纵向裂缝和横向裂缝两种；另一种是施工时质量缺陷或环境改变而出现的裂缝。裂缝是桥梁的重大病害之一，不管是哪一种裂缝，只要裂缝的宽度超出规定允许的范围和限度，都会导致结构恶化，影响桥梁的承载能力和使用寿命。导致混凝土裂缝产生的主要原因是混凝土中的拉应力超过其极限抗拉强度或者混凝土构件的变形受到约束造成的，此外还受混凝土材料的质量、施工养护条件、外界环境等的影响。桥梁渗水，会加速混凝土的腐蚀以及其内部钢筋的锈蚀。混凝土的腐蚀一般是指混凝土材料的碱-骨料反和盐腐蚀。混凝土的腐蚀是混凝土桥梁破坏的主要原因，受力构件往往因为受压区混凝土腐蚀而破坏。

图3 钢筋、波纹管外露锈蚀图4横隔板下部连接钢板外露、锈蚀

④横隔板病害。部分横隔板存在下部封闭不严，连接钢板外露、锈蚀，连接钢板脱落等问题（见图4）。横隔板是为保持截面形状、增强横向刚度而在桥梁之间设置的构件。它对桥梁上分布的活荷载起作用。若横隔板下部密封不严，钢板外露锈蚀甚至脱落，会影响桥梁侧向荷载的传递，同时桥梁的横向刚度也会受到影响，对桥梁整体造成危害。

⑤桩基病害。河床下切使桩基外露，被流水冲蚀，部分桩基箍筋外露锈蚀（见图5）。河床下切是指现有河床比设计时河床基准面下降，其下切按成因可分为冲刷产生河床下切和人工挖沙产生河床下切。一方面，桥墩和桥台的修建使原来的河槽过水断面缩小，造成河道水流流态发生改变，局部增大了河水流速，对桥基产生强烈冲刷。在水流的冲刷下，把河床中的松散沉积物局部或全部冲走，进而导致桩基础埋置深度不够，直接影响桥墩自身的承载能力，威胁整个桥梁的安全。另一方面，从河中抽砂（采砂）是多年来获取砂料的传统方法，但长期人为无序地抽砂致使河床下切，直接影响到采砂河段桥梁墩台基础的承载能力。基桩的外露，使基桩失去侧支撑力及摩擦力，影响桥梁的稳定性及耐震性；且外露的基桩易受滚石、漂木撞击，造成桩体裂缝甚至断裂或使桥墩受损。

图5河床下切，桩基外露

⑥伸缩缝病害。伸缩缝锚固区混凝土有剥落、破损现象，部分伸缩缝橡胶体破损、脱落。桥梁伸缩缝指的是为满足桥面变形的要求，通常在两梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置上设置的一种伸缩装置。桥梁伸缩缝设置在梁端构造薄弱的部位，直接承受车辆荷载的反复作用，又多暴露于大自然中，受到各种自然因素的影响以及设计不周、伸缩装置本身构造刚度不足、伸缩装置的后浇压填材料选择不当、施工不当、连续缝设置不够完善等原因，使伸缩装置成为易损坏、难修补的部位。伸缩缝的破坏使得雨水等下渗严重，加剧了混凝土的腐蚀、钢筋的锈蚀，特别是橡胶支座的老化、变形、开裂等问题。

⑦临时支座未拆除。在桥梁施工中，因施工工艺和工序的需要，梁体架设施工中有时要设置临时支座放置梁体，在一联的湿接缝和预应力张拉完成后，再采取特殊方法将梁体放置到固定支座上，这样才算完成了梁体的架设工作。但在梁体架设完成后必须将临时支座拆除，否则会影响梁体的移动和规定范围内的变形，使得梁体受力不均，造成桥梁破坏。

⑧桥下空间被占用，个别桥下堆积可燃物，存在火灾隐患。

通过对桥梁病害的分析可知：支座病害、梁体病害、桩基病害、伸缩缝病害主要是由于环境或材料因素造成的，可归类为自然病害；底（腹）板病害、横隔板病害、临时支座未拆除、桥下空间被占用等病害主要是由于施工不当或养护管理不及时造成的，可归类为人为病害。统计分析显示，人为病害占了较大的比重。

3公路桥梁加固维修原则

我们在进行加固设计时，考虑到桥梁结构特征和使用功能的不同，对各种加固补强方法进行综合应用，制定了加宽与加固相结合的方案，以确保加固措施的合理性、经济性和安全性，在加固过程中我们遵循了以下原则：

（1）考虑到桥梁结构相互长期作用，产生失效或损伤，经检测不能满足正常使用时，必须进行加固，并要求加固后的桥梁结构恢复到原设计的桥梁寿命。

（2）桥梁加固设计应与施工方法相结合，充分考虑新老结构的连接可靠，以保证它们协同工作。

（3）对大桥其主要承重构件需要加固补强时，应进行方案比选和经济评价，并对主要承重构件做相关结构设计。

（4）为保证原桥结构的合理性、经济性和安全性，在加固设计及施工中尽量不损伤原结构，保留具有利用价值的原构件，避免不必要的拆除。

（5）在加固施工过程中，尽量考虑通行车辆及人对施工干扰，做到尽可能减小干扰和对周围环境的污染。

（6）在施工过程中，若发现旧桥结构或相关隐蔽工程部位有缺陷时，应采取有效措施，弥补缺陷，方可进行下道工序。

（7）加固施工过程中，建立健全安全监测措施，保证人员及结构安全。

4桥梁加固维修技术探讨

4.1公路桥梁加固

（1）桥跨结构加固

a）粘贴钢板加固方法适用于受弯、受剪和受拉构件，或纵向主筋出现严重的锈蚀，或梁板桥的梁出现严重横裂缝时，用黏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，提高桥梁承载能力。

b）外包钢加固方法适用于提高受压为主构件的承载力、刚度及延性，具有施工简便、效果明显、成本低的特点，通过不显著增大构件截面尺寸和自重来提高承载能力。

c）粘贴碳纤维片加固法适用于混凝土梁桥、板桥的抗弯和抗剪加固，具有轻质高强，操作简单，易于粘贴，不锈蚀的优点。

d）桥面补强层加固法适用于中、小跨径的桥梁，通过在桥面板加铺一层钢筋混凝土层，使其与原有结构形成整体，增大桥面板高度和受压截面，增加桥面整体刚度，提高桥梁承载力。

e）增大截面和配筋加固法适用于梁（板）桥及拱桥拱肋的加固，通过在构件表面加大混凝土尺寸，增加受力钢筋，使其与原结构形成整体，增加构件刚度，提高桥梁的整体承载力。

f）预应力加固法适用于截面受弯和梁斜截面受剪承载力不足，正截面受拉区钢筋锈蚀及梁抗弯刚度不足，而造成梁挠度和受拉区裂缝超过规范规定。这种施工方法工艺简单，投入少，工期短，经济效益明显，对原结构损伤小，能较大幅度提高或恢复桥梁的承载能力，但需进行可靠的防腐设计。

g）增加构件加固法适用桥梁承载力不能满足要求或者桥面加宽时需通过增设纵梁来提高承载力以及适应拓宽改建要求时，进行的墩台加宽，但需要计算各纵梁的受力，根据各受力设计确定新纵梁的配筋。

（2）墩台与基础加固方法

a）扩大基础加固法适用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基础时的情况，采取在扩大部分打入一定数量的桩以提高地基承载力，所增加桩的数量需根据地基变形计算加以选定。

b）增补桩基加固法适用于地基承载力不足或桥梁采用桩基础拓宽扩大面面积的项目，通过增设基桩，扩大原承台面积，使墩台的压力部分传递至新桩基来提高地基承载力。

c）高压旋喷浆加固法适用于处理淤泥、淤泥质黏土、粉土、黄土、砂土、人工填和碎石土地基，用于增加地基强度，挡土围堰及地下工程建设，增大摩擦力及固着力，减少振动防止砂土液化，降低土的含水量，防止洪水冲刷和防渗帷幕等工程，具有使用范围广、施工简便、浆液集中流失少、固结体形可控制、强度高、耐久性好、材料低廉、管理方便、生产安全无公害等特点。

4.2公路桥梁日常养护维修

（1）桥面系的养护维修

a）桥面铺装应保持平整，无车辙、推移、波浪现象，应经常清扫桥面，及时排出积水和积雪，保持桥面坚实，平整清洁。如出现泛油、拥包、裂缝、波浪、坑槽等病害，应将破损部分凿除，沿铺装层内钢筋方向凿成方形或矩形，及时修复，损坏面较大者，可进行局部翻浆或全部凿除，重铺新的铺装层，但不能在原路面上再加铺桥面，以免增加桥梁恒载。

b）桥面的泄水管如有堵塞，应及时疏通，避免雨水不能及时排出而侵蚀钢结构并影响行车安全。

c）伸缩缝应经常养护，清除缝内沉积物，使其能够自由平顺伸缩，若出现破损、脱落、漏水或橡胶老化、断裂等现象，则应及时更换伸缩缝。

d）桥梁内外侧护栏及防撞墙应经常保持完好状态，若有损坏应及时修复，定期检修。

e）桥上的交通标志和标线应经常保持完好、色泽鲜明，反光标志的反光膜和反光漆如有缺损或圬垢，应及时补漆和清理。

（2）上部结构养护维修

a）主要承重构件要定期检查和维修。

b）结构混凝土如出现超标裂缝应及时予以填充和封闭，查明原因，采取加固和补强措施。

c）混凝土缺陷要及时修补。

d）外露钢结构防护要检查和修复。

e）圬工砌体勾缝剥落、碎裂时应及时修补。

f）索、吊（系）杆防护体应维护，油脂定期更换。

g）支座定期除尘和清理周围杂物，支座附近应保持干燥、洁净，支座如有损坏需及时修复或更换。

（3）下部构造及附属设施养护维修

a）对桥梁上下游各1.5倍桥长，但不小于50 m的河床应适时地进行疏通，树立警示牌，禁止任意挖砂取土、倾倒垃圾等；

b）不得随意在桥址附近修建对桥梁有害的水工建筑物；

c）保持拱座墩结构表面整洁，及时清除杂物，当表面发生侵蚀剥落、蜂窝麻面、裂缝等病害，及时修补。

5结论与建议

桥梁的病害原因除了施工因素、环境因素以及材料因素外，桥梁日常养护管理的疏忽也是一大主要因素，对此提出几点建议：一是增加桥梁管养的力度，增大桥梁检查频率，重视对桥梁的检查，将桥梁检查分为经常检查、定期检查及特殊检查3个层次来进行。二是配备专职桥梁养护工程师和专业养护队伍，力求使养护管理工作决策及时、采取措施得当，确保桥梁安全和延长使用寿命。三是建立健全完善的桥梁档案，为以后桥梁的维护提供资料支持。四是加大桥梁维修加固费的投入，为公路桥梁发展提供资金保证。

[1] 赵金敏.混凝土桥梁结构裂缝与处治对策[J].建材与装饰，2005.

[2] 高明永，田伟平，王栋，等. 高速公路桥梁检测分析评价与维修加固措施[J]. 2012，（1）：51-54.

[3] 栾庆志.桥梁工程常见病害分析及维修加固措施[J].中国 科技信息，2008（5）：19-20.

[4] 刘亚昌.浅谈桥梁的检测与维修加固[J]. 交通科技，2009（1）：33-34.

[5] 《公路养护技术规范》.

[6] T.Martin and I.A.Macleod. The Tay Rail Bridge disaster revisited. Bridge Engineering.