中小跨徑梁橋常用加固方法研究

王 沖，王葆茜

（東南大學建筑設計研究院，江蘇 南京 210096）

0 引言

橋梁作為公路交通基礎設施的一個重要組成部分，對國家或某個地區有其必然的政治、經濟、軍事等意義。從公路管理的角度，橋梁加固是切實體現貫徹公路養護，以“預防為主，防治結合”的方針要求的一項重要工作。橋梁加固是為恢復或提高橋梁結構的承載能力或抗災能力，為滿足某種特殊需求而對橋梁的局部構造或整體結構進行加強或改善，是為確保橋梁安全使用、延長橋梁使用壽命的重要手段。橋梁加固是一項十分細致而又極具靈活性的工作，需要考慮的因素涉及到力學、材料學、結構工程學等多個學科［1］。

1 橋梁加固技術

橋梁的加固維修多是針對橋梁的上部結構進行的。在橋梁上部結構的各類加固方法中，包括了國內已經廣泛采用的傳統加固方法，如橋面鋪裝補強層加固法、增大截面和配筋加固法、錨噴混凝土加固法、體外張拉預應力加固法、粘貼鋼板加固法、改變結構受力體系加固法、增設縱梁或橫梁加固法、增加橫向聯系加固法，粘貼纖維布加固法等［2-5］。

1.1 橋面補強層加固

橋面板是橋梁構件中承受荷載和應力最大的構件之一，也是最早和最易出現破壞的結構。常見的病害有：磨耗、裂縫、露筋、銹蝕、剝離，嚴重時出現碎裂、脫落、洞穴和沉陷等。當采用橋面補強層加固法時，需將原橋面鋪裝全部鑿除或鑿毛，然后加鋪一定厚度的補強層，以增大主梁有效高度及改善橋梁荷載橫向分布能力，從而達到提高單梁承載能力或橋梁結構整體承載能力的目的。該加固方法實施的前提是原主梁具有足夠的配筋率且橋梁結構處于良好的工作狀態。該方法的缺點在于鑿除或鑿毛橋面鋪裝時一般無法采用機械化施工手段，因此，用工量大、工期長，并有可能對原結構（如主梁等）造成一定的損傷，因此，該方法一般是結合橋梁的整體加固同時進行，在較小跨徑的梁板式橋中比較適用，對較大跨徑橋梁加固效果則不明顯。

采用此法時先將原有橋面鋪裝層鑿毛處理，沖洗干凈后在梁頂部每隔一定間距設置柱狀剪力鍵，以增加新加橋面鋪裝層和主梁的連接能力和抵抗水平剪力，當采用此法進行加固時，可以不再重做橋面鋪裝，僅在表面加鋪瀝青磨耗面層即可。

1.2 增大截面與配筋加固

增大截面與配筋加固法是通過增大構件截面面積或配筋率以提高鋼筋混凝土梁承載能力的加固方法。該方法一般采用在梁底面或側面加大尺寸，增配主筋，以提高主梁截面的有效高度，從而達到提高橋梁承載能力的目的。既可以對全部主梁進行加固，當受資金限制時，也可以僅對部分主梁進行加固。為保證新老混凝土有良好的連接，并固定新加主筋，應將結合部位的混凝土表面鑿毛并沖洗干凈，每隔一定間距設置錨固用箍筋或短筋使新加主筋與原構件結合，當加大原構件下緣時，構件下緣截面擴大部分在靠近支座的梁端仍恢復成原截面。在設計計算時，應考慮結構分階段受力的特點，也就是原結構承受原有恒載及新加恒載，活載由最后的組合截面承擔。增大主梁截面所需的混凝土可采用懸掛模板澆注或采用噴射混凝土工藝進行，當受加固資金的限制時，也可根據計算情況僅對部分構件進行加固。在施工質量可靠的情況下，該技術的加固效果是比較理想，并且幾乎不需要后期養護［3］。

1.3 體外預應力加固

體外張拉預應力加固法是加固效果最明顯而施工工藝最為復雜的加固方法。它是采用預應力原理，在增設的構件或原有構件中，對梁的受拉區或受剪區施加一定的初始應力，以抵消部分自重應力，減少在活載作用下的應力增量，盡量避免梁上出現裂縫，提高結構的耐久性的一種加固方法，它分為下撐式預應力拉桿加固法和外部預應力鋼絲加固法。采用預應力補強加固橋梁構件，由于加固后預應力拉桿與原鋼筋混凝土構件組成一個整體共同工作，因此補強拉桿與原構件組成了一個新的復合體系，因此事先應進行必要的設計計算。用預應力法加固橋梁，其加固件一般采用鋼桿、粗鋼筋或鋼絲索等鋼材。施加預應力的方法有縱向張拉法、橫向收緊張拉法和豎向頂撐張拉法等。縱向張拉法在施加的預應力數值較小時可采用螺栓、絲桿、花籃螺栓等簡易拉緊器進行張拉。在施加的預應力較大時，可采用手拉葫蘆、千斤頂張拉或電熱張拉法。橫向張拉的基本原理是在鋼拉桿中部施加較小的橫向外力，從而可在鋼拉桿內獲得較大的縱向內力。

體外預應力加固法可在不增加橋梁自重的前提下有效增加加固后主梁的抗彎剛度并大幅度提高主梁的承載能力。由于不增加上部結構自重，減小了對墩臺基礎受力狀況的影響，從而降低了墩臺基礎的加固量。同時，在合理安排施工流程的情況下，該方法可最大限度地減少對橋上交通的影響，甚至可以在有限開放交通的情況下組織施工，因此近年來國內工程實例較多。盡管該加固方法具有上述優越性，但是加固后體外預應力筋的防腐問題一直是困擾公路養護部門的難題，降低了加固橋梁的可靠性，并一定程度上增加了后期養護費用。

1.4 粘貼鋼板加固

粘貼鋼板加固法是采用粘結劑和錨栓將鋼板粘貼錨固于混凝土結構受拉面或其它薄弱部位，使鋼板與加固混凝土結構形成整體，以提高構件的抗彎、抗剪能力，提高原結構的剛度，限制裂縫的開展，改善鋼筋與混凝土的應力狀態。當粘貼鋼板擬提高梁的抗彎強度時，鋼板粘貼在構件底面，鋼板和混凝土作為整體受力考慮，以鋼板與混凝土的局部剪切強度控制設計；當擬提高梁的抗剪強度時，鋼板可粘貼在構件側面，并與原構件內抗剪鋼筋方向一致。鋼板的規格宜薄而寬，厚度一般以4.5～6.0mm為宜。粘貼鋼板補強加固的合理設計應控制在鋼板發生屈服之前，混凝土不出現剪切破壞。為避免鋼板在自由端脫落，端部可采用夾緊螺栓固定或在鋼板上按一定間距用螺栓固定。

粘貼鋼板的施工工藝為：

a）待粘貼部位的混凝土表面應先鑿平順、堅硬干凈；

b）鋼板除銹要徹底，粘貼面盡量打磨粗糙；

c）應盡可能選擇質量較好的粘貼膠，配置環氧膠泥時，材料稱量要準確；

d）粘貼時粘貼膠要飽滿，一般在混凝土表面及鋼板表面分別涂刷一層均勻的環氧砂漿薄層，合計層厚約2mm，然后加壓密貼并使之固定；

e）粘貼前在混凝土上放樣鉆孔并安裝錨固螺栓（兼作固定件和壓緊件），要求埋設牢固，具有可靠的抗拔力，以保證粘貼鋼板時有效的加壓，同時還可以幫助鋼板克服剪切，有利于粘貼的耐久作用；

f）粘貼完成后，應對鋼板及被加固構件部位進行有效的防腐和外觀處理。

該方法具有基本不改變原結構的尺寸、施工簡單、技術可靠、短期加固效果較好且工藝成熟等優點。

1.5 改變結構受力體系加固

改變結構受力體系加固法是通過改變橋梁結構受力體系以達到提高結構整體承載能力的目的，是一種變被動為主動的加固方法。由于這種方法大部分要在橋下操作或設置永久設施，因而會影響橋下凈空，一般在不影響通航及橋梁排洪能力的情況下使用此法。

改變結構受力體系加固法主要包括：

a）簡支變連續加固法 將多跨簡支梁的梁端連接起來，變為多跨連續梁，以改善結構的受力狀況，提高橋梁的承載能力。當在原橋孔下架設支架或增設橋墩時，應對支點處進行受力驗算；

b）加勁梁或疊合梁加固法 采用應根據加固時結構體系轉換的實際受力狀態，分清主次，進行合理的抽象和簡化，得出計算圖示，進行補強計算，因實際結構比較復雜，各種結構部分存在多種聯系，而決定聯系性質的主要因素是結構各部分的剛度比值，故新舊結構體系可依據相對剛度分解為基本部分和附屬部分，以分開計算內力，并略去結構的次要變形，從而獲得比較簡明的力學圖式；

c）改橋為涵的加固法 主要針對跨徑較小的橋梁，在不影響通航和排洪能力的情況下，可采用此法。

1.6 增設主梁或橫向聯接

當橋梁結構基本完好而其承載能力不能滿足要求、需要提高荷載等級以及需要改善橋梁的橫向受力狀態時，一般可采用增加主梁或橫向聯系的方法。增加縱向承重構件，應在墩臺地基安全性能好，并具有足夠承載能力的情況下進行。由于荷載在新增構件后的橋梁中重新分布，使原有構件所受荷載得以減少。

主要措施有：增加縱向承重構件，新增加的構件一般設置在原有橋梁的兩側，當必須在中間增設時，可拆除個別原有構件或其部分，形成空位，然后再在空位上安裝強度和剛度都比原有構件大的新構件；增設（加強）橫向連接，對于無內橫梁或少內橫梁的T截面型、工字型截面梁式橋或橫向整體性差的橋梁，可采用在相鄰主梁間增設現澆混凝土橫梁或鋼橫梁的方法來提高橫向抗彎剛度。

1.7 粘貼碳纖維布（FRP）加固

目前，高強纖維復合材料（FRP）粘貼加固混凝土技術已廣泛應用于土木工程領域。由于該新型結構加固技術在施工方面所具有的無可比擬的優勢以及工程應用的日益廣泛，世界各國陸續頒布了相應的技術規范，如美國土木工程協會440 委員會（ACI Committee440）于1999 年推出了《粘貼FRP加固混凝土結構設計、施工指南》，日本土木工程學會（JSCE）于1996年正式頒布了《連續纖維材料補強加固混凝土結構物的設計及施工規程》，有效地促進了該技術的健康發展［4］。20世紀90年代初，粘貼碳纖維布加固技術正式引入我國，并于2003年5月1日正式頒布了《碳纖維片材加固混凝土結構技術規程》（CECS146）。

粘貼碳纖維布的施工要求具體如下：

a）被加固構件的基面要求混凝土強度不低于C15，同時要求被加固構件應具有良好的保護層，既基面平整且具有一定強度，對構件有剝落、起皮、腐蝕等劣化現象的，應先進行修復，并應將粘貼部位去除尖銳棱角和浮灰粉塵，防止碳纖維的局部剝斷破壞和粘貼失效；

b）碳纖維布宜采用薄布多層的粘貼方法，使其與粘接材料充分浸潤，確保粘接效果，對于受彎構件宜在受拉區沿軸向平直粘貼，并與主纖維方向的斷面進行附加錨固處理；

c）碳纖維布的搭接與截斷，碳纖維布一般不宜采取沿主纖維方向的搭接，尤其是對受拉構件和受彎構件受拉區的加固，若確需搭接時，其搭接部位應避開構件應力最大區段，搭接長度不應小于100mm，且搭接端部應平整無翹曲，多層搭接的各層接口位置不應在同一斷面，每層接口位置的凈距宜大于200mm；

d）施工時應注意氣溫不以低于5°C、無雨，并做好相關的安全保護等措施；

e）加固用碳纖維布及其配套粘接材料均應由廠家所提供的材料檢驗證明和合格證。

2 結語

橋梁作為公路交通基礎設施的一個重要組成部分，確保公路橋梁的安全運營對國家或某個地區有其必然的政治、經濟、軍事意義。橋梁加固技術是維護公路橋梁安全使用、延長橋梁使用壽命的積極手段。隨著新的橋梁加固材料、加固工藝的出現，公路橋梁的維修加固已遠遠不是簡單的修修補補，已發展成為一門涉及眾多學科的綜合技術。從某種意義上講，加固方案的擬定和設計計算以及具體方案的實施，其難度往往大于同類新建橋梁，因此應當引起各級公路主管部門的充分重視，積極引進新技術、新材料、新工藝，進一步落實橋梁加固方案論證制度，以保證加固方案的合理性、有效性、經濟性，最大限度地降低工程造價。

［1］張勁泉，王文濤.橋梁檢測與加固手冊［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［2］張勁泉，何玉珊，謝經緯.橋架結構狀況的檢測與評價技術［J］.中國公路，2002，（22）：42-44.

［3］周新剛，王尤選，曲淑英.混凝土植筋錨固極限承載能力分析［J］.工程力學，2002，19（6）：82-86.

［4］樓莊鴻.2001年全國公路橋梁維修與加固技術研討會論文集［C］.北京：中國公路學會，2001.

［5］胡釗芳，諶潤水，帥長斌.公路舊橋加固技術與實例［M］.北京：人民交通出版社，2002.