中小桥梁加固技术探讨

黄潮伟

（潮州市潮安区公路事务中心，广东潮州 515638）

0 引言

20世纪80年代以前建设的桥梁荷载标准普遍较低，桥梁的承载能力制约着通行车辆的荷载，此类桥梁无法满足沿线交通和经济发展的需求。同时，公路桥梁由于荷载的作用和材料老化，常发生各种病害。例如桥面破损、伸缩缝止水带缺失变形、桥头跳车、梁板或拱体裂缝、钢筋锈蚀、混凝土剥落、墩台基底冲空、桥头路基崩塌、桥底铺砌严重冲刷等，威胁着桥梁的运行安全，大幅缩短桥梁的使用寿命。本文从以下几部分对旧桥加固的方法进行探讨。

1 工程概况

X088线彩塘段改建工程中旧桥改造项目为空心板扩大基础桥梁，位于工程K3+240.5处，经检测旧桥技术状况较好，病害包括几处蜂窝麻面。为节约工程造价和利用原有桥梁，对旧桥进行单侧加宽利用并对旧桥缺陷进行修复。该桥梁加宽采用同种结构、相同跨径拓宽改造，桥基开挖时采用钢板桩对旧桥基础进行保护，并增设预制钢筋混凝土桩提升基础承载力。施工过程主要是控制新桥平面、高程和台位。

2 中小桥梁建设的基础资料

桥梁基础资料对桥梁养护和桥梁改造加固具有重要作用。早在20世纪80年代，中小桥梁建设除了荷载等级低、使用年限短的普遍特点外，还由于当时的制度不完善和施工人员对中小桥梁基础资料重要性的认识不足、档案管理水平不完善，部分旧桥存在地质资料和设计资料缺失的情况，导致桥梁管理过程中地质不明、基础埋深不明、隐蔽构件尺寸不明，对这部分桥梁需要进行地质补勘和基础检测，及时完善基础资料。

3 中小桥梁病害产生的原因

3.1 中小桥地基不均匀沉降

地基不均匀沉降是引起中小桥梁产生病害的重要原因之一，造成中小桥桥面各部位受力不均匀，轻则导致裂缝出现，重则桥面塌陷或者损毁。通常情况下，地基不均匀沉降由以下几方面原因造成：（1）工程项目在施工之前勘察与设计不合理。一个项目在开始建设之前，需要对其所在区域内的地质地形条件进行仔细的勘察，在此基础上制定施工组织设计方案，这两项工作是最基础和最重要的工作，缺一不可。（2）施工过程不规范。施工中应高度重视每一个环节，如果施工中存在偷工减料、管理不善的情况，都会在一定程度上为中小桥梁病害的产生埋下隐患。

3.2 混凝土碳化

中小桥梁出现混凝土碳化主要由自然原因造成。由于空气中的二氧化碳与混凝土中的氢氧化钙发生化学反应形成碳酸钙，导致混凝土出现碳化。已经炭化的混凝土中的pH酸碱度会不断下降，pH酸碱度过低的混凝土不仅不能起到保护钢筋的作用，还会加剧钢筋的腐蚀，大幅缩短桥梁使用寿命，引发安全事故。

4 桥梁加固前的准备工作

桥梁加固前需要对桥梁的使用状况进行全面检测，以了解现状桥梁的技术状况、损伤和缺陷，查明目前该桥梁存在缺陷或潜在损伤的部位、性质和严重程度，以及病害的发展趋势等，并结合现场实际情况和施工过程控制等因素，推断产生缺陷和损伤的主要原因，以便正确评价桥梁使用的实际情况。对技术状况等级为四、五类桥梁或拟提高荷载等级桥梁还应进行承载能力检测和荷载试验。同时，为更加全面、合理地了解桥梁安全承载能力和使用条件，荷载试验一般选择能够较全面地反映桥梁性能的试验，以了解桥梁的实际工作状态，为桥梁加固和改造提供参考依据。

5 桥梁上部结构的加固方法

旧桥加固一方面要求尽可能地不破坏或少损害原结构，另一方面要求加固补强的部分与原结构成为整体。根据对本桥梁技术状况检测、承载能力检测以及荷载试验检测，分析病害成因、加固目标、施工条件等，采用对当地交通、环境影响小，经过充分论证、工艺成熟、经久耐用的加固措施对桥梁进行综合加固改造。

5.1 粘贴钢板加固法

在混凝土构件上粘贴锚固钢板，使其与原构件形成一个整体、共同受力，以提高桥梁承载能力。承载能力不足、纵向主筋出现严重锈蚀、梁板桥的主梁出现严重横向裂缝等混凝土结构通常采用在受拉或薄弱部位粘贴钢板的方法，提高桥梁承载能力。但是，由于处理结合面会损伤原构件，无形之中增加了钢板防腐养护费用。

5.2 粘贴纤维复合材料加固法

将高强度纤维片材粘贴在钢筋混凝土受弯、大偏向受压、轴心受压及受拉构件表面，固化后的桥梁构件便形成了具有纤维增强效应的复合体结构，提高了构件的抗拉能力或约束力，从而达到加固目的。由于纤维复合材料对原构件的强度要求比较高，通常不建议采用配筋率小于0.2%的构件加固。受材料特性的影响，纤维复合材料容易氧化，而且，加固后桥梁体表面被覆盖，不利于结构检查。加之纤维复合材料主要依托胶粘剂与构件形成整体，受胶粘剂氧化的影响，使用一段时间后其粘合力会大幅降低。

5.3 增大截面和配筋加固法

增大截面和配筋加固法是在构件表面增加受力钢筋并加大混凝土尺寸，使其与原结构形成整体，从而增加构件的刚度，提高桥梁整体承载能力[1]。常用于梁（板）桥和拱桥拱肋的钢筋混凝土加固。加大构件截面后会使桥梁恒载增加，对原结构及基础承载能力有一定影响，通常用于跨径小且地质条件比较好的桥梁，由于构件尺寸的增大可能影响部分使用功能。

5.4 体外预应力加固法

沿着构件表面增设预应力钢筋，并施加适当的预应力，改善原结构的应力、变形状态，提高构件的承载能力和结构刚度，其能够有效控制原结构的裂缝和挠度。常用于提高正截面受弯承载能力、梁板刚度，控制受拉区产生的裂缝宽度、提高正截面受拉区钢筋锈蚀或梁斜截面受剪承载能力。但由于该加固法改变了原有的受力体系，在荷载作用下的新体系力学行为与原结构不同，会导致加固后旧桥出现复杂多变的病害；预应力钢筋转向块和锚固点的区域受力比较复杂，容易出现裂缝和破损等病害。

5.5 改变结构体系加固法

改变结构体系加固法是通过增设附加受力构件、连接构造和改变边界条件等方式进行技术改造，使桥梁的受力体系和受力状况发生改变，从而降低承重构件的应力，改善桥梁性能，提高桥梁承载能力[2]。在桥梁改造中，改变结构体系主要有以下五种方法。一是将简支梁桥改造为连续梁桥；二是对多跨简支梁桥的铺装层进行改造，变为桥面连续简支梁体系；三是采用增加辅助墩的方法缩短跨径；四是增设吊杆拱的方式将梁式桥转换为梁拱组合体系；五是将桥梁改为涵洞等。

简支梁改变为连续梁体系常见于原桥的地基条件较好，因多跨简支梁（板）配筋不足、截面尺寸偏小，导致桥梁跨中抗弯承载能力不足、出现下挠过大现象。该方法基础沉降对新形成的连续体系上部结构会产生不利影响，需对地基的承载力进行验算。改变体系后，桥梁伸缩量将发生变化，需重新计算伸缩缝的伸缩量。增加辅助墩法也见于梁（板）挠度过大、承载力不足的钢筋混凝土桥梁，要求重载通行而且进行临时加固的桥梁通常也是采用增加辅助墩法。由于新桥墩占用了桥下净空，影响了排洪或通航能力。改桥梁为涵洞用于跨径较小且不影响通航和排洪能力的桥梁，因为该方法明显缩小了过水断面降低原有排洪能力。

5.6 桥面补强层加固法

如果桥梁板的承载力和刚度不满足要求，或对出现单板受力的中小跨径装配式梁桥，可以在梁桥上加铺一层钢筋混凝土，使加铺层与原有结构形成整体，从而增大桥面板或主梁的有效高度和受压截面，增强桥梁横向联系和桥面整体刚度，提高桥梁承载能力。但该加固方式会增加桥面板或主梁恒载；加铺后桥面高程将有所增加，需对连接路面或桥面纵坡进行调整；或凿除原有的桥面铺装层，并对伸缩缝进行改造。

5.7 增加构件加固法

当桥梁状况较好时，旧桥上部结构也基本完好，但其承载能力或通行能力不能满足交通需求的桥梁需进行改造拓宽，通过增设纵梁、拓宽改造、增加辅助横梁等进行加固。但每一种加固法都会对旧桥梁产生影响，主要表现在以下几个方面：

（1）增设纵梁加固法凿除切割旧梁翼缘会对旧梁体带来一定损伤，拓宽改造需对墩台部分进行拓宽，会扰动原有地基影响旧桥基础的稳定性和对桥梁周边的管线产生影响。增加辅助横梁需对旧梁进行开凿，在构造上会对梁体产生损伤。

（2）在原有桥梁的基础上对桥梁进行拓宽改造，通过横向拼接加宽的方式拓展桥梁宽度形成整体桥面。能够最大限度地利用原有桥梁，减少构建物拆除，简化施工工艺，降低改建费用，提高桥梁通行能力。若采用新建结构连接原有结构，应对原有桥梁荷载能力进行验算，并建议采用相同的结构形式和跨径，以便最大限度地发挥结构抗力，加强桥梁横向联系。由于拓宽改造需要拓宽墩台，影响旧桥基础的稳定性，因此，通常采用对原有桥梁基础影响小的桩基或与原桥相同的基础形式。

6 桥梁下部结构加固

桥梁下部结构关系桥梁的稳定性，其加固涉及盖梁、墩台身和墩台基础三方面。

（1）盖梁加固。当盖梁出现裂缝时，桥梁的承载力和稳定性会大幅降低，通过对盖梁进行加固来提升桥梁的承载力。常见的盖梁裂缝有：底面钢筋配置不够造成盖梁抗弯能力不够而产生竖向裂缝、基础沉降不均匀使盖梁受力不均匀而产生裂缝、配筋不足产生斜向裂缝、桥头跳车导致汽车冲击力过大使盖梁形成竖向裂缝等。伸缩缝止水带破损造导致水渗入盖梁中，造成钢筋锈蚀膨胀，影响桥梁耐久性，需对盖梁进行加固。消除伸缩缝破损主要是更换伸缩缝或止水带，盖梁的加固方法基本与上部结构相同。

（2）墩台身加固。常见包括结构性裂缝和非结构性裂缝、墩台水平位移和倾斜。非结构性裂缝采用裂缝封闭方法进行修复，结构性裂缝、墩台水平位移和倾斜根据现场实际情况采用相应的措施进行修复。

（3）墩台基础加固主要是提高承载能力和稳定性。具体加固方法包括：一是原扩大基础的墩台，经探测地基土质比较坚实的，可采用扩大桥梁基础底面积的方法进行加固；二是原桩基或墩台基础埋置深度不足，由于河水冲刷或河沙开采，造成河床下切严重，基础外露。通过在原桩基的周围补充增加钻孔桩，或打入钢筋混凝土预制桩，通过扩大原承台与桩顶连接，提高基础承载力和增加墩台基础的稳定性；三是存在软弱地基或摩擦桩墩台加固，可以采用旋喷、注浆等方法提高基础承载力。

7 旧桥病害维修

根据对桥梁的检测结果，结合施工现场实际和损坏程度，对桥梁构造物进行功能性、结构性修复，以延长桥梁使用寿命。主要维修内容有：

（1）为防止水、空气、化学物质侵入，对桥梁构件的裂缝表面采取封闭处理。

（2）对比较宽的裂缝（宽度≥0.2mm）进行打磨，清理，露出清洁、坚实的混凝土表面，再沿裂缝凿成V形槽或U形槽进行压力灌浆处理。

（3）凿除露筋部位及周边剥落、疏松、腐蚀的混凝土并清理干净后[3]，对缺陷部位的外露钢筋进行除锈并采用环氧砂浆或高强度水泥砂浆抹平修复。

（4）对混凝土构件表面缺陷进行修补。

加固完成后，常规实测项目参照《公路养护工程质量检验评定标准》（JTG 5220—2020）、《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1—2017）相关规定进行检验，评定加固质量。

8 结语

随着公路运输业的发展，对公路桥梁通行能力和承载能力的要求越来越高，但旧桥梁荷载标准低、老化、破损，无法满足日益增长的交通需要。同时，为节约投资，对经济发展缓慢地区，桥梁加固改造利用成为主要方式，特别是不可替代道路、临时便桥的建设和维护费用较高的路段，通常采用旧桥加固利用的建设方案。本文主要对桥梁上下部结构的加固技术进行探讨，希望能为同类工程提供参考。