关于桥梁加固的探讨
2016-08-22
1 我国公路桥梁的现状
桥梁是公路建设中的重要结构物，肩负着跨越海峡、江河、沟谷的连接功能，以及上跨公路、铁路的连接通道，同时担负着城市立交和高架桥的使命，是保证全线通车的咽喉。近20年来公路建设得到大力的发展，据不完全统计，目前我国建设好的桥梁已超过了60万座，跻身于世界桥梁大国行列。由于以前桥梁设计标准偏低，在自然环境影响下，超期、超载服务，大部分桥梁处于带“病”使用。根据20世纪90年代末的统计，中国只有40%的桥梁使用年限在25年以上，如今也不会乐观，而桥梁的设计使用年限为100年。桥梁的修建跟当时经济、环境等因素相关，我国20世纪60～70年代修建的双曲拱桥，因其耗钢材少，预制装配成桥，造价低，施工方便；但是接缝太多，形成薄弱环节，钢材投资又严重不足，如今正常使用的太少。近30年来大量修建的钢筋混凝土箱型拱桥，桥道系病害较多。近20年来修建的预应力混凝土连续刚构桥，普遍出现收缩徐变完成后，跨中仍然持续下挠，腹板、底板、顶板开裂。还有现代化城市发展的城市立交桥，高架桥，排水不畅，桥面损坏，车辆日益增多，负荷加重，病害发展加快。总之许多桥梁都存在不同程度的病害，正需要加固维修。
2 病害情况和原因分析
2.1 病害情况
由于桥梁的类型多样，所处的地理位置、自然环境差异性较大，承受的使用发展变化性更大，故桥梁的病害较复杂多样。主要有桥面排水失效，桥面铺装、栏杆破损、残缺，伸缩缝老化、损坏失效，支座老化、变形、开裂失效，桥梁结构开裂、破损，钢材透蚀，桥梁下挠，桥梁强度、刚度、稳定性满足不了使用安全的要求。
2.2 原因分析
（1）设计结构原因。设计时没有充分考虑到桥梁“最不利”状态的情况，没有计入一切可能出现的不利因素，使设计存在缺陷或不当，设计的可靠性不能全面满足各种使用状态。
（2）施工原因。施工单位为了追求最大化的利益，没有严格按照设计要求组织施工，没有细化施工工艺，没有按设计和规范要求控制施工全过程的质量；施工管理人员和技术人员的知识水平和责任心不够强。（3）材料原因。混凝土在强度发展过程会不断的产生收缩徐变，特别施工周期较短的混凝土结构，施工结束后收缩徐变较大。（4）车辆超载。车辆超载超限严重，且数量发展较快，特别重载车高速冲击，加速了病害的发展。（5）养护不到位。养护意识不够强，日常检查、维护不到位，使病害发展加快。
3 桥梁加固的必要性
根据我国经济和交通运输的发展要求，桥梁设计载重标准经历了从汽-10、汽-13、汽-15、汽-20、发展到如今的汽-超20标准，其中载重标准在汽-20以下的桥梁占多数；验算荷载也经历了拖-30、拖-60、拖-80及挂-100、挂-120的发展过程，这样许多桥梁的原设计规范标准过低。现在交通量日益增加，车辆超限超载现象泛滥，相应的公路桥梁的负荷不断加重，一大批桥梁出现不同程度的病害，如变形、破损、开裂、结构老化等，因此造成桥梁的荷载能力明显下降，有相当一部分成为危桥，安全状况值得高度重视。
桥梁建在自然环境中，既受自然环境影响，又受使用环境影响，若把有病害的危桥都将其拆除重建，不仅要耗费大量资金，而且工期也较长，同时阻断交通，增加运输困难，造成大量的经济损失；若有计划、有步骤的对现有桥梁进行加固改造，桥梁加固后，可以提高承载力，延长了桥梁的使用寿命，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，为国家带来巨大的经济和社会效益。所以加固桥梁是增加桥梁的稳固性能，提高桥梁的承载能力，避开桥梁的薄弱段产生坍塌事故，是减少交通事故和经济损失的必要途径，也是可行有效的方法。
4 桥梁加固原理和原则
4.1 桥梁加固原理
（1）现场收集的数据真实可靠，相关参数选择合理，评定方法科学有效，确定病害级别，加固可行。（2）加固方案可靠，便于施工控制质量，满足恒载要求。（3）加固后产生的二次应变在有效范围，且与原桥结构能共同工作，变化、变形基本同步。
4.2 桥梁加固原则
（1）恒载应力原则。桥梁在运营过程中，随着材料的老化、风化，承载结构裂缝的开展，截面尺寸的破损以及永久性变形的增大，桥梁本身在恒载作用下其承载能力不能满足要求；另外，桥梁加固后，由于加固层增加了原桥的负担，还应验算桥梁在本身恒载与加固层恒载作用下结构应力是否满足强度要求。（2）组合应力原则。在各种最不利荷载组合作用下，原桥结构应力必须满足强度要求，桥梁加固的精髓在于新、老结构层能够协调变形，，共同承担活载作用。（3）极限承载力原则。在最不利荷载组合作用下，桥梁加固后其强度和稳定性均要满足要求，也是体现提高桥梁承载力幅度，加固效果是否显著的原则。
（4）方便检查原则。桥梁加固在满足以上三条原则的情况下，尽量留出方便加固后对原结构层的检查点或检查面，以便经常观察加固效果，及时发现新增病害，快速判断并采取处理措施，避免垮塌事故。
5 加固效果评估
因桥型多样，建设时的年代和条件不同，桥梁产生的病害也不同，导致选择的加固方案各异。加固效果主要跟加固设计方案的针对性、深度以及施工单位在施工过程中的质量控制情况相关。加固施工完成后，按照设计要求和技术规范进行静、动载试验，根据试验结果与设计比较，然后评估加固效果。主要指标就是承载力、安全性、耐久性的提高。
6 经济效益分析
（1）一般桥梁加固的费用约为初建时的10%～30%，桥梁经过加固后安全储备提高，使用寿命得到延长，节约了拆除重建的大笔资金。（2）避免了旧桥拆除重建时阻断交通，增加了运营困难和带来的经济损失。
7 结语和展望
（1）桥梁初建设计时，要坚持全寿命成本最低的桥梁设计原则，同时注重安全、耐久、经济、美观、环保，要不断更新设计理念，提高桥梁设计的可靠性，延长或减少桥梁的加固周期。（2）加固设计要综合考虑，加固方案既能保证施工质量的控制，又方便加固后的日常检查。（3）提高工程技术人员的知识水平和责任感，坚持精细化施工，过程可控，保证施工质量的可控性和可靠性。（4）注重运营桥梁的检查和养护，加大投入，避免桥梁垮塌事故。（5）对中、小跨径梁板桥承载力的提高，多采用主动加固方案，如预应力钢丝加固。（6）增加加固后的监控观测费用，可以发现加固后的效果和还存在的缺陷问题，研究改进加固方法，发展更好的材料，探索更有效的工艺技术，如纤维复合材料的预应力施工；使桥梁加固的适用性、经济性、安全性、耐久性更大提高。
