桥梁钢筋混凝土加固技术研究

陈显文

（江西公路交通工程有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

改革开放后，我国大力兴建桥梁工程，以期为居民出行提供便利。但随着经济的发展，车辆载重、行车密度逐年增大，部分桥梁无法满足日常使用要求，栏杆断裂、桥面破损等问题时有发生，及时进行加固处理能有效延长桥梁使用寿命，提高桥梁工程的综合效益。基于此，有必要对桥梁钢筋混凝土加固技术进行进一步研究，以更好地保证桥梁安全运行。

1 项目概况

某三跨简支T 型梁桥梁总长度60m，单跨跨径为20m，包括6 片T 型梁，主梁1.3m 高，相邻主梁的距离为1.6m，梁肋0.18m 厚，翼缘0.1m 厚。该桥桥面宽度为10.6m，其中两侧人行道和混凝土栏杆宽度为1.8m，中间车行道宽为7m，横坡的坡度是1.5%。检测发现，该桥梁出现了以下问题：一是1～3#跨的主梁表面有斜向裂缝，裂缝最大宽度为0.3mm，最大长度达1.6m；二是2#、3#主梁底部有大量混凝土脱落，导致有效截面减小；三是4#、5#主梁内部钢筋暴露在空气中，表面有大量锈迹。

2 桥梁钢筋混凝土加固技术

2.1 基础冲空加固

某些情况下，桥梁基础会受到冲刷或其他因素影响，出现基础冲空的情况，进而降低桥梁整体承载能力，这种情况下需要采取恰当措施，对基础冲空进行加固[1]。加固桥梁前要评估桥梁基础，确定承载能力、冲空范围及程度，计算公式如式（1）所示：

式（1）中：Sd为荷载效应函数；γg为永久荷载结构对应重力安全系数；G为荷载结构对应重力效应；γq为荷载安全系数；Q为永久荷载与可变荷载；γb为结构工作条件对应系数；Rd为抗力函数；ξc为混凝土截面对应折减系数；Rc为混凝土标准强度；γc为混凝土安全系数；ξs为钢筋截面对应折减系数；Rs为钢筋标准强度；γs为钢筋安全系数；Z1为承载力对应检算系数；ξe为承载力对应恶化系数。

该项目中，相关人员按照公式对其结构进行验算，结果如表1 所示。

表1 计算结果

结果表明，桥梁存在承载能力不达标的问题，这也是主梁表面出现裂缝的主要原因。了解问题成因后，施工方需要按部就班地完成以下工作：

第一，按照预先设计的位置，在冲空区域周围钻孔，该环节需要保证钻孔深度超过冲空范围。

第二，通过钻孔向冲空区域内持续注入特殊的水泥浆液，酌情增设钢筋，提高基础强度。

第三，根据设计要求，绘制详细的示意图，指导后续施工。

第四，按照示意图进行加固施工，保证钢筋安装、混凝土浇筑施工效果。

第五，加固完成后，及时展开监测，以确保桥梁安全。

2.2 粘贴加固

粘贴加固的原理是在钢筋混凝土构件外表面粘贴抗拉材料，利用抗拉材料改善构件抗剪及抗弯能力。该技术的优点是施工影响范围小、流程简单、可保持桥下净空不变，常用的方法如下：

2.2.1 粘贴钢筋

当桥梁结构整体抗拉强度不理想，导致受拉位置出现裂缝时，可以采用粘贴钢筋的方法加固桥梁结构。这种方法具有快速成型和加固效果好等优点。加固施工步骤如下：首先，检查桥梁，确定结构强度、损坏程度和加固位置。其次，清理表面的老旧材料、杂物和附着物。再次，使用专用黏结剂将预制钢筋粘贴在受拉位置。在钢筋周围的空隙中注入补强浆料，增加桥梁和钢筋的黏结强度，使整体承载能力更接近理想水平。最后，等待补强浆料和黏结剂固化。

2.2.2 粘贴钢板

粘贴钢板的加固方法是利用由环氧树脂制成的黏结剂将钢板粘贴在钢筋混凝土结构的薄弱区域和受拉位置，使其成为一个整体，以改善结构的应力状态，使其刚度符合要求，避免裂缝进一步发展[2]。

在该项目中，施工方参考《钢结构设计规范》（GB 50017—2020），确定了粘贴加固方案。粘贴加固采用3 号钢板，在具体的加固施工作业中，要求基层混凝土的强度等级不低于C15。对受压区进行粘钢板加固时，优先考虑在梁侧粘贴钢板，并确保钢板的宽度低于梁柱高的1/3。为提高粘贴加固效果，项目参与人员还对锚固长度制订了严格的要求：对于受拉区域，当钢板厚度达到200t 时，锚固长度设计为600mm；对于受压区域，钢板厚度设计值不得低于160t，锚固长度需要达到480mm，并增加了U 型箍板[3]。

对矩形构件采取粘贴加固方案时，需要明确构件正面与截面的承载力。承载力计算如公式（2）所示：

式（2）中：γ0为桥梁结构重要性系数；Md为粘贴钢板加固后弯矩组合设计值；fcd1为加固结构混凝土抗压强度设计值；b为受拉粘贴钢板总宽度；h0为加固结构截面的有效高度，Esp为钢板的弹性模量；εsp为钢板极限压应变；Asp为钢板的截面面积。

2.2.3 粘贴碳纤维

作为新型建材代表，碳纤维凭借高抗拉强度、自重轻和耐腐蚀等优点，在建筑行业得到了广泛应用。用该材料加固桥梁，通常不会影响应力分布情况，能够通过共担拉力的方式使桥梁承载力得到提高。

2.3 更改构件截面

近年来，交通事业飞速发展，部分按照传统方案建设的桥梁易出现荷载等级、承载能力与要求不符的情况。为此，施工方可以酌情调整构件截面尺寸，以达到有效的加固目的。实际施工中，可供选择的加固方法包括如下几种：

2.3.1 喷锚加固

喷锚加固仅使用单面模板，能够有效整合运输、浇筑、捣固各施工环节，施工效率较高，施工过程中可借助软管在深坑、高空喷射。施工过程中可以酌情混入外掺料、外加剂，以优化混凝土性能。

通过喷锚方式加固桥梁时，为取得理想的施工效果，需要关注钢板与混凝土之间的黏结强度，根据不同强度的混凝土选择合理的设计值，相关强度设计标准如表2 所示：

表2 钢板与混凝土之间的黏结强度设计值（单位：MPa）

在实际加固施工中，若桥梁截面的面积有限，下缘承受的主拉应力会超出允许范围，导致桥梁出现裂缝。为此，需要先判断桥下净空大小，桥下净空满足相关要求方可通过喷锚方式加固，具体流程如下：首先，基于灌浆法对已经出现的裂缝加以修补；其次，沿下缘安装钢筋网；最后，按照要求喷射加固专用混凝土[4]。

2.3.2 加大混凝土截面

T 型梁极易由于截面面积有限、高度不足，致使整体承载能力无法满足要求，进而提高病害、安全风险的发生率。针对该情况，施工方可以通过增加下缘宽度、截面面积和加装受力主筋的方式，使桥梁得到有效加固。

2.3.3 增加桥面板厚度

如果桥梁存在截面面积偏小、整体承载能力不达标等情况，可酌情凿除原有铺装，增设补强层，以确保桥梁具有理想的刚度。为改善原有混凝土、新浇筑混凝土的黏结效果，施工方应做到以下两点：一是提前对原面板进行凿毛处理，仔细清理后，酌情设置柱形或是齿形剪力槽，保证相邻剪力槽间距相同。二是沿原有面板安装钢筋网，利用钢筋网提高面板抗压能力，避免补强层出现裂缝或是其他质量问题。需要注意的是，该方法仅适合跨径相对较小的板梁桥、T 型梁桥。

2.3.4 截面转换加固

在该项目中，为提升原有桥梁结构的抗弯刚度，有关人员采取了箱梁截面加固技术，即在主梁中部12m 范围内增设钢筋混凝土底板，并采取必要的封闭处理，其中加固底板的厚度为12cm。主梁部分则使用C40 钢纤维钢筋混凝土进行加固，并根据混凝土重量的1.5‰加入减水率在25%以上的高效减水剂。为全面提升截面转换加固技术的应用科学性，在加固施工期间，需要重点关注钢纤维钢筋混凝土箱型底板与原主梁是否共同受力。

具体施工步骤如下：

第一，按照计算获得的数据凿除保护层。

第二，在钢纤维混凝土底板表面增焊横筋。

第三，根据底板挂筋情况，增设主筋并封闭缺口。

第四，在垂直主筋的方向增焊横筋。

第五，浇筑混凝土，保证混凝土和原有梁的下缘平齐。

第六，进行为期7d 的养生。

若采取截面转换加固技术，需要对T 型梁体已有裂缝进行处理；裂缝宽度＜0.15mm，可采用环氧砂浆进行封闭；裂缝宽度＞0.15mm，应使用化学灌浆技术加以处理。针对一般性质的桥梁，通常使用E207DS灌注材料和E390 密封材料处理，其中，E207DS 灌注材料的抗压屈服强度应不小于50MPa，抗拉剪强度应高于20MPa；E390 密封材料的抗弯拉强度应不小于40MPa，抗屈服强度应不小于60MPa、抗剪强度应不小于11MPa、抗拉强度应不小于20MPa。

此外，在加固施工中，为确保钢筋混凝土加固技术应用达到理想标准，需要对加固梁裂缝的相关修正系数作出合理选择。加固前，若未出现倾斜裂缝，则修正系数取0；鉴定倾斜裂缝宽度低于0.2mm 时，则修正系数取0.835；鉴定倾斜裂缝宽度超过0.2mm 时，则修正系数取0.75，按公式（3）计算：

式（3）中：ψvb为修正系数；Aspv为箍板的截面面积；Esp为钢筋的弹性模量；Esv为箍筋的弹性模量；Asv为箍筋的全部截面面积；Asb为弯起钢筋的截面总面积；Esb为弯起钢筋的弹性模量。

采用截面转换加固方案时，技术人员还应关注钢筋混凝土弹性模量与抗拉强度之间的比例，通常情况下，钢筋具有较高的弹性模量与抗拉强度，这主要是由钢筋自身结构体系与受力原理决定的，一般二者之间的比值为10∶1～15∶1。

2.4 更改结构体系

进行桥梁加固时，也可采取更改结构体系的方案，即梁连续加固。以连续梁、简支梁受力情况为依据，以连接梁体为依托，通过更换支座的方式，使多跨简支梁变更为连续梁。为有效提升支座截面的抗剪承载能力，可采取粘贴钢板条的加固措施，要求腹板钢板条的净距为14cm、厚度18m。此外，还可以使用以下技术：

其一是梁+拱加固。如果桥梁现有承载能力不理想，需要更改荷载等级，则可采用梁+拱的方式加固。沿桥梁现有墩台增设新墩台，酌情加装预制排架或拱肋，使梁式体系变更成拱式体系，以便通过更改承重结构的方式，使桥梁具有更加理想的承载能力。

其二是八字撑架加固。该方法需要施工方先了解桥梁主梁情况，再在桥墩与主梁之间或承台上方加装八字斜撑，并沿主梁的托梁、下斜撑安装横梁，此后通过将简支梁加工成连续梁，改善受力情况。

3 结论

首先，粘贴加固是常用的桥梁加固方法，可通过增加钢板、钢梁的方式，提高桥梁强度。

其次，钢筋加固适用于对已有构件的加固，可以通过套筒、碳纤维，增加构件强度，提高整体性能。

最后，可通过填充材料、注浆等方式，对已经出现裂缝的构件进行修复。

需要注意的是，虽然上述技术均具有广泛的应用前景，能够提高桥梁的承载能力，但仍存在一些需要解决的问题。因此，未来有关人员应进行深入探索，完善加固技术及评估方法，从而更好地提高桥梁工程的稳定性。