公路桥梁加固技术浅析
2015-04-14
0 引言
随着国民经济的发展，作为快捷运输的公路，也日新月异地发生着变化。作为连接道路的桥梁，起着至关重要的作用。公路桥梁是公路的咽喉，更是跨江河、山谷及线路(公路、铁路、水渠)等碍的重要结构物，近十年来我国桥梁建设进入了最辉煌时期，建成了一大批构新颖、技术复杂、现代化品位的桥梁，设计和施工水平己跻身于国际先进平。公路桥梁造价昂贵，因此，人们在桥梁建设过程中，总是采取各种措施，千方百计确保工程质量。尽管如此，公路桥梁长期在自然环境（大气腐蚀、温度、湿度变化）和使用环境（荷载作用与频率的增加、材料与结构的疲劳）的作用下，总会逐渐产生损坏现象，这是一个不可逆转的过程。
现役桥梁中，建于20 世纪 80 年代以前的占有很大比例，经多年超负荷使用，致使桥梁存在严重的病害，降低了桥梁的现有承载力，因此在交通运输中制约了车辆的顺利流动。若全部重新建造这些桥梁，不仅需要大量的资金，建设周期长，并且在施工中交通不畅，造成严重的社会经济损失。因此，维修和加固旧桥便成为一个亟待研究解决的问题。
1 桥梁加固原因
1.1设计荷载标准偏低，承载能力不足
旧桥梁原有的设计标准低，不能满足经济日益发展及车辆通行要求。公路桥梁的设计荷载已由汽车―6级、 汽车― 8级、 汽车―13级发展到汽车―15级、 汽车―20级及汽车―超 20级，并且仍有继续增大的趋势。随着交通量的增加和荷载等级的提高，原有桥梁己经无法满足现今交通的需要，绝大多数桥梁处于“带病”工作状态，急需进行加固改造，提高设计荷载标准，适应重载交通需要。
1.2通行能力不足
通行能力不足主要表现在桥面宽度不足；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。公路网中半永久性桥梁临时性桥梁为数不少，承载能力普遍偏低，抵抗自然灾害能力差，急需进行改造。
1.3 超负荷使用
按路线等级或者预期设计荷载等级来说，这一部分设计荷载等级并不低， 但由于一些特殊的原因，桥梁使用荷载大大超出设计荷载，致使桥梁长期在超重荷载作用下运营。
1.4 人为及自然因素引起结构的损坏
比如超出设计的洪水、泥石流、冰冻、地震、强风、船舶撞击，河道不恰当开挖等，引起桥梁结构的局部损坏。
1.5 设计、施工缺陷
有些桥梁设计上不是很合理，在早期的运营阶段其缺陷并不明显，运营一定时间后，病害逐渐显现出来。由于受施工质量、施工技术、施工手段等方面的影响，使桥梁存在一定的技术缺陷，随着运营时间的增加，其病害也逐渐在发展。
1.6 养护维修及加固措施不当
有些桥梁的技术缺陷是由于养护维修不恰当引起的。比如桥面维修增加过大的恒载，致使桥梁负担加重；又如支座维修不当，约束了承重结构的变形等。有些桥梁则是加固不当引起的。比如加固施加的预应力大小或者位置不恰当，引起结构的二次病害；又如结构体系改变不合理，致使结构的关键部位应力超限等。
2 桥梁加固原则
2.1 经济适用性原则
采用加固方案应考虑耗费少、功效快、不中断交通、技术上可行、有较好耐久性等方面的要求。
2.2 整体性原则
无论采取哪种方法加固，都应特别注意新加部分与原有部分的结合，要采取相应的措施使其结合为一个整体，共同承受外部荷载作用。
2.3 安全美观性原则
补强加固是通过加大或修复桥梁构件来提高局部或整座桥梁承载能力的措施。因此桥梁加固一般以不更改原结构形式为原则，在兼顾经济性的前提下，只有在较复杂的情况下，才可考虑更改结构形式。
3 桥梁加固常用方法
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。这些措施包括直接针对整个结构的，如体外预应力，改变了结构的应力状态，使其回到原设计状态或者更适应新的要求；有些措施是针对截面的，即通过提高截面某一方面的承载力强度（如抗剪强度），从而改善整个结构的承载力水平。
3.1 上部结构加固
3.1.1体外预应力加固法
当梁式桥需要对桥梁主要受力结构进行加固时，可在梁体外部设置钢筋或钢丝束，并施加预应力，以改善桥梁的受力状况，达到提高桥梁承载能力的目的。该方法主要适用情况有：当混凝土梁中预应力筋或普通钢筋严重锈蚀及其他病害造成结构承载力下降；用于控制梁体裂缝及钢筋疲劳应力幅度；适用于高应力状态下的结构，尤其是大型结构的加固等情况。
3.1.2 增大截面和配筋加固法
增大截面加固法又称外包混凝土加固法。它是增大构件截面和配筋，提高构件的强度、刚度、稳定性和抗裂性，也可用来修补裂缝等。加固中应将新、旧钢筋焊接，或用锚杆连接补强钢筋和原构件。该方法广泛用于梁桥及拱桥拱肋的加固。
3.1.3 改变结构受力体系的加固法
这种加固、改造方法是通过改变桥梁结构受力体系，达到提高桥梁的承载能力的目的。它的基本原理是以减少控制截面的内力为目的进行加固。改变结构体系加固常用的方法有：在简支梁下增设支架或桥墩；把简支梁和简支梁加以连接，即简支梁结构改变为连续梁结构；在梁下增设钢桁架等加劲或叠合梁；在拱桥上增设钢梁等。
3.1.4 粘贴复合材料加固法
粘贴复合材料加固法是用粘结剂将具有高强、轻质、耐腐蚀、耐疲劳的符合材料粘贴到桥梁需要加固的部位上，以提高桥梁承载力和刚度的一种加固方法。粘贴复合材料加固法具有以下的优点：
(1) 复合材料有很高的抗腐蚀能力和对被加固结构的保护能力，提高了结构的耐久性。
(2) 复合材料强度高，外粘贴加固用量少。
(3) 复合材料质轻，几乎不改变原有结构的外形和尺寸。
(4) 施工周期短，操作简单。
(5) 加固时噪音小、灰尘少，对结构使用环境影响较小。
该方法已经被视为梁式桥加固补强、提高承载能力，尤其是当高度受限制时的首选加固方法。其中碳纤维布(片)加固方法是此类加固方法中工程使用最为广泛的。
3.1.5 桥面补强层加固法
桥面补强层加固法是将桥面上原有的桥面经过处理后，重新浇筑钢筋混凝土补强层，使其与原有桥跨结构形成组合结构。此方法既能修补已有裂缝、车辙、 臃包等损坏的桥面板，又能增加原先梁板的有效高度，增加梁板的抗弯能力，改善铰结梁板的荷载横向分布，提高桥梁的荷载能力。
3.2 桥梁墩台与基础加固
3.2.1扩大基础加固法
桥梁基础扩大底面积的加固，称为扩大基础加固法。此法适用于基础承载力不足或埋深太浅，而墩台又是砖石或混凝土刚性实体基础时的情况。扩大基础底面积应由地基强度验算确定，当地基强度满足要求而缺乏仅仅表现为不均匀沉降变形过大时，采用扩大基础底面积的加固，主要由地基变形计算来加以选定。扩大基础加固法施工比较简单，缺点是它必须使新老基础连成一体共同承受上部荷载，故加固费用较高，而且加固效果也不易控制。
3.2.2 筋混凝土套箍或护套加固法
当桥梁墩台由于基础埋置深度不够，或因施工质量控制不严等原因，导致墩台开裂破损，可采用钢筋混凝土围带或钢箍进行加固。加固时一般在墩身上中下分设三道围带，其间距应大致相当于桥墩侧面的宽度。
3.2.3 桥台新建辅助挡土墙加固法
由于桥台台背水平土压力过大，引起桥台倾斜，应设法采取平衡桥台后壁的土压力处理，在台背后面建一挡墙，以抵御过大的压力。
4 结论
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，需要对大量的危旧桥梁进行改造或加固。随着研究的不断深入，旧的加固方法更加完善，同时新的加固技术不断涌现，为桥梁加固方案的选择者提供了更广阔的空间。遵循桥梁加固、改造工作的共性，结合桥梁的特殊性，改善桥梁的服务性能和延长其使用寿命，使旧桥继续发挥其固有的使用功能，以保证公路交通畅通无阻。
