常用桥梁加固方法浅析
2015-07-02
1 前言
对原有桥梁进行加固补强、改造翻新，最大程度利用现有资源，保证其使用安全，延长其使用寿命是当今国际工程界关注的重大课题之一。
2 桥梁加固常用的方法
桥梁加固常用的方法有以下八种：
2.1 桥面补强层加固法
在梁顶上加铺一层钢筋混凝土层，一般先凿除旧桥面，使其与原有主梁形成整体，达到增大主梁有效高度和抗压截面强度，改善桥梁荷载横向分布能力，从而达到提高桥梁的承载能力的目的。
2.2 外包混凝土加固法
外包混凝土加固法又称增大截面加固法，它是通过增大构件的截面和配筋，以提高构件的强度、刚度、稳定性并减少裂缝宽度。对于梁桥、拱桥、刚架桥、墩台、基础等，在条件许可的情况下均可采用该方法加固。外包混凝土将使原结构增加一部分恒载重量，因而在拟定外包混凝土尺寸时，应同时考虑外包构件以下的结构承载能力是否足够，这是外包混凝土方案是否成立的前提。
2.3 钢板粘贴加固法
由于交通量的增加，主梁承载力不足，或纵向主筋出现严重的锈蚀，或梁板桥的主梁出现严重横向裂缝，此时，可用粘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，以钢板代替增设的补强钢筋，提高桥梁的承载能力与耐久性。
2.4 喷锚混凝土加固法
首先是用植筋法将锚筋植入待补强部位的结构内，挂设补强钢筋网，然后再喷射一定厚度的混凝土，形成与原结构共同受力的组合结构。喷锚混凝土是借助喷射机械，利用压缩空气将新混凝土混合料，通过喷嘴高速喷射到已锚固好钢筋的受喷面上，凝结硬化后形成一种钢筋混凝土。
2.5 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。对于拱桥加固，可通过体系转换法将单纯拱的受力状态改变为拱梁组合体系受力状态，即将拱上建筑变为梁式结构，拱梁组合体系受力状态较单纯拱更为均匀。另外，对于拱式拱上建筑的旧桥，改拱式为梁式拱上建筑，所带来的恒载重量减少量是非常显著的。
2.6 体外预应力加固法
体外预应力加固法主要用于梁式桥（包括简支梁、悬臂梁、连续体系梁桥等）正常使用极限状态超限的结构，通过对旧桥施加体外预应力，能够达到减少或消除裂缝，减小梁体下挠，改善结构各截面应力状态的目的。其基本原理是通过在梁体外设钢质的拉杆或撑杆，并与被加固梁体锚固连接，然后施加预应力，强迫后加拉杆受力，从而改变原结构内力分布，并降低原结构应力水平，使结构承载力显著提高，且可减少结构变形，缩小裂缝宽度甚至闭合。
2.7 减轻拱上自重加固法
减轻拱上自重也是一种调整拱上恒载分布的手段，尽管它们的目的都是为了恢复和提高原桥的承载能力，但它们的出发点和适用场合却是不相同的。调整拱上恒载分布是针对主拱圈变形过大，通过调整拱上恒载的办法来调整拱轴线与压力线；采用减轻拱上建筑的自重，则主要是针对某些双曲拱桥的基础承载能力较低，通过这一措施降低对基础承载力的要求。
2.8 拱桥的拱圈和拱肋常用的几种加固方法
为了提高拱桥的承载能力，往往采用增加拱圈厚度和刚度，加大拱肋截面、增设新拱肋等方法，下面介绍不同情况下的不同加固方法。
（1） 砖石拱桥的拱圈内壁出现表层剥落、松散、老化等情况且不适应目前交通时，可采用在肋圈内壁挂钢丝网，并喷射水泥砂浆的加固法。
（2）钢筋混凝土拱圈内壁浇筑加固法。拱桥拱圈内壁损坏严重时可采用此法，具体做法与上述方法相似。
（3）原拱上增设钢筋混凝土拱圈加固法。此法是拱桥中较常用的加固法之一，它不仅加固了拱圈，且将原有开裂拱联结在一起，也利于桥面排水。
（4）拱桥钢板箍与螺栓锚固法。石拱桥可在拱圈的跨中和 1/4 处加设三道（或多道，视情况而定）钢板箍（钢板厚可用 6～8mm）或钢拉杆，用螺栓在拱底及拱侧钻孔锚固，并注意将锚固点设在拱圈厚度的 1/3 处，此法可提高拱桥的整体强度，达到较好的加固效果。
以上介绍的常用加固方法为传统的混凝土结构加固方法，虽然有效，但均受到一定条件的限制，存在以下缺点：对结构的外观及使用空间均有一定的影响；施工时的湿作业和大型设备对环境和生产有一定影响；在有的方法中新旧两部分的连接对原结构有一定的损伤；加固材料易腐蚀或脱落；增加结构物的荷重等。
3 采用在台后加孔的方法处理桥台
在软土地基上修建桥梁可能会造成软基病害，经常由于设计上压缩孔径过多、总体布置欠妥，地基土质松软及承载能力过低而致使桥台位移，特别是拱式体系上部结构，由于桥台位移而使主拱圈开裂等常有发生。尽管是梁式上部结构，也会因桥台位移而产生病害，有的时侯因台后填土过高且台后填土夯实不够，加之软土地基的影响，发生土体滑塌，甚至会出现桥台桩基剪断等事故。对于上述情况，如采用桥台后加孔减载的改造措施，尚可取得较好的效果。
某地区一座双曲拱桥，全桥建成后即发现原桥台明显下沉，致使拱顶3-4m范围内拱肋下缘开裂，拱脚处主拱圈和拱座脱开，裂缝宽度达9到13mm，呈上窄下宽状。分析原因，主要是由于桥位处土质较差，表层为淤泥，下为深2m的粘土，下层为亚砂土类粉砂且含腐植质杂质，经果大量地试验，在3米深处土基容许承载力仅为0.15MPa。最终确定采用台后加孔减载的方法进行改造，先拆除台后10m长的驳坎及填土，改为2孔5米的钢筋混凝土板桥。在拆除驳坎时要分两次进行处理，先拆掉其中一部分，待加孔的墩台基础间的混凝土支撑地梁浇筑完毕并达到一定强度以后，然后将驳坎拆除至与原桥台基础顶面相平。浇筑支撑地梁是，在拱脚肋座脱离处塞入三角形楔形铁块后进行。桥台处理后，对原拱肋可采用加大拱肋截面的方法进行补强。经过以上技术处理以后，桥台的沉降量增加甚少，效果十分明显。从以上的案例来分看，对于软土地基地区的桥梁，特别是高填土的情况，还要进行设计以确定桥梁的总体布置，这些因素都要慎重的进行考虑，不但要考虑到工程造价，还要对各种施工中可能给桥梁结构带来的危害的不利因素进行分析，以便在设计中引起足够的重视并采取一定的措施。
4、结论
桥梁加固可以采用的形式是多样的：如加大截面加固法、体外预应力加固法、外部粘钢加固法和粘贴碳纤维加固法等都能达到同一目的，只是加固途径、加固效果不同。如对裂缝的限制，体外预应力法是一种主动受力加固法，能将现有裂缝宽度缩小，并能将在运营状况下的裂缝宽度控制在规范以内；而外部粘钢或粘碳纤维加固是一种被动受力法，它能够约束裂缝扩展。这些方法都能达到加固目的，只是各有优缺点，在旧桥加固改造工程中，应根据桥梁的特点选取最佳的加固方法。
