桥梁加固维修技术的探讨

目前，我国桥梁加固维修技术尚不成熟、不系统，理论分析仍停留在新建桥梁的理论水平上。2004年交通部颁布的《公路桥涵养护规范》JTG H112004和2008年8月，交通运输部发布的《公路桥梁加固设计规范》(JTG/T J22-2008) 和《公路桥梁加固施工技术规范》(JTG/T J23-2008)，将我国桥梁的损伤评定分类和加固维修的设计和维修加固技术纳入了规范化管理。

2、桥梁维修加固原则

2.1根据不同桥梁的结构和材料特点，在成本可控的前提下，采用不同的加固维修方法，更换或修复损坏的桥梁构件，使桥梁整体恢复到原有的设计承载能力，保证桥梁的设计使用寿命。

2.2对一些通过加固维修不能恢复原有设计承载能力但又必须继续使用的桥梁，要确定好加固后桥梁的实际荷载等级和桥梁的剩余使用寿命。

2.3一般情况，不宜通过桥梁加固提高原有桥梁的设计承载能力;也不宜通过桥梁加固改变桥梁的结构受力体系。

2.4用于桥梁加固维修的材料必须通过国家权威检测机构检测认证、各项性能指标满足现行规范和设计要求。

3、桥梁加固维修的常用技术

3.1主动加固技术

方法：施加预应力、改变结构体系等，改变结构原有的受力行为。

特点：改善桥梁恒载的内力分配，增加全桥刚度，闭合裂缝，并调整变形。

涉及因素：结构原有内力的状况、原桥的施工工艺、混凝土的强度、预应力的损失、支座型式、加固的工艺等效果：方法得当可有效的改变结构损伤状况;方法失误可加重损伤，甚至垮塌。

3.1.1施加梁体外预应力加固

施加梁体外预应力加固可以较好的提高梁体的抗弯截面模量、减小梁体绕度、减小受拉区梁体裂缝、从而调整原结构的受力状况，提高刚度及抗裂性。由于自重增加小，减小了对墩台及基础受力状况的影响，可节省对墩台及基础的加固量。适用性：可在不限制通行的条件下进行加固施工，既可作为桥梁通过重车的临时加固手段，也可作为永久提高承载能力的措施。

施工工艺流程为：施工准备→放样确定转向块、锚固块的位置→钻孔、种植钢筋→绑扎钢筋、预应力孔道、立模浇筑混凝土→穿索、张拉、锚固→梁体病害修复→清理场地，竣工验收。

3.1.2 增加隔板加固

增加横隔板加固可以明显改善T型梁桥铰缝开裂病害，防止病害扩展。

优点：不影响桥下净空，对原桥景观基本无改变。

适用性：适用于因横向联系较差而降低承载力的桥梁上部结构。

增加横隔板加固只是将相对集中的荷载进行了分散，对桥梁整体承载能力并无实质性的提高。加固效果并不明显，需配合其他方法同时进行。

施工工艺流程为：搭设支架→确定新增横隔板位置→混凝土表面清理、凿毛→探测梁体钢筋位置→钻孔、植筋→连接横隔板主筋、绑扎箍筋→吊模灌注砼及养生→预应力张拉、锚固。

3.1.3 加大桥面铺装钢筋

采用加大桥面铺装钢筋直径的方法对绞缝开裂病害进行修补，是基于原桥面铺装钢筋网设计直径过小或网格过大，或由于施工质量原因造成的绞缝开裂病害而进行的维修方法。该方法全部在桥面施工，要求中断至少半幅交通。

适用性：适用于允许中断交通的小跨径T梁或板梁桥。

优缺点：施工时桥上交通受阻,不允许中断交通的桥梁不宜采用;将增加结构自重产生的弯矩,结构的承载力提高不显著。

施工工艺流程：交通管制→破碎拆除原桥面铺装层→结合面处理→种植钢筋→铺设桥面铺装钢筋网→浇筑桥面砼→浇筑桥面其它铺装层和恢复→完成加固施工恢复交。

3.1.4 增大截面与配筋加固

增大截面与配筋加固法一般采用在梁底面或侧面加大尺寸，增配主筋，以提高主梁截面的有效高度，从而达到提高桥梁承载能力的目的。适用性：适用于桥下净空较高，允许增加主梁高度的情况。

优缺点：加固效果比较明显，但施工工艺复杂，技术要求较高。对桥下净空限制的桥梁不适用。

施工工艺流程：施工准备→混凝土表面清理→钻孔种植锚筋→绑扎补强层钢筋网→浇筑(喷射)补强层混凝土→竣工验收。

3.1.5 扩大基础加固

扩大基础加固的主要内容为增大基础的受力面积来提高桥梁基础的承载力，防止桥梁基础进一步沉降。扩大基础加固对原基础基本不影响，施工安全性较高。施工工艺流程：施工准备→基础开挖→原基础混凝土病害及表面处理→钻孔、种植锚筋→绑扎新增基础混凝土钢筋→立模浇筑新增基础混凝土→基坑回填、完成加固施工

3.2被动加固技术

方法：主要是裂缝修补、粘贴碳纤维、钢板、补强普通钢筋等。

特点：不改变结构的恒载内力状况，方法灵活，可根据裂缝的位置方向随意设置。

作用：控制裂缝进一步开展，提高桥梁承载能力。

缺点：对已存在的裂缝需压浆封闭后再进行被动加固。适用范围：多适用于在恒载作用下承载力满足要求但活载作用下承载力不满足的情况，在中小桥和大桥进行加固时常采用。

3.2.1 修补裂缝

施工前应详细检查裂缝的走向、分布、缝宽及深度，数量，并进行分类、标记和记录，根据裂缝宽度，主要采取以下两种施工方法。

1)表面封闭法，其施工工艺：清理混凝土表面(打磨)→涂刷裂缝修补胶。

2)自动低压灌注法(壁可法)：施工工艺流程：清理混凝土表面→安装注入座→封闭裂缝外口→灌注材料称量并拌和→严格按程序注胶→注浆质量检验→表面清理、涂装。

3.2.2 粘帖纤维复合材料

粘贴纤维复合材料的加固方法是利用符合现行国家标准的《定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法》(GB/T3354)中各项力学性能指标的纤维片材(或布)，通过同样满足要求的粘结材料与混凝土结构结合紧密，剪力顺利传递而共同工作，提高混凝土结构的受力性能。

施工工艺流程：搭设支架→砼基底处理→涂底胶→涂找平胶找平粘贴面→粘贴纤维复合材料→自检粘贴质量→自然养护、表面涂装→检查验收。

3.2.3 粘贴钢板加固

粘贴钢板加固作用与粘贴碳纤维布的加固作用类似。粘贴钢板施工需待混凝土缺陷修补、裂缝修补完成后进行。

施工工艺流程：钢板制作及砼表面处理→砼粘贴面种植锚筋→钢板配套打孔并试配→配置钢板胶并涂覆与钢板、砼粘贴面→贴合钢板至砼粘贴面→加压锚固→粘贴质量检验→表面涂装。

3.3 关于部分常用加固方法的探讨

增大截面、体外预应力等加固方法都存在应力滞后的问题：加固前原结构已经承受荷载(即第一次受力)，特别是当承载能力不足时，加固前原结构的截面应力、应变水平一般都很高。新加固部分加固后并不立即承受荷载，而是在新荷载(即二次加载)下才开始受力。从而导致整个加固结构在其后的第二次受力过程中新加部分的应力、应变始终滞后于原结构的累计应力和应变。所以，混凝土结构加固计算分析不能够完全按普通结构概念进行。加固结构的承载力与新旧两部分的应力差值或应变差值直接相关，与原结构的极限变形值有关，与两部分材料的应力—应变关系有关。因此，改变结构体系的主动加固方法要慎用。

4、桥梁加固维修的几项关键技术

桥梁加固维修的目的一般是使桥梁恢复到原设计承载能力，通常需和前述的主动和被动加固法配合进行。

4.1斜拉桥拉快速更换拉索

斜拉索更换，其难点是旧索的拆除，由于早期斜拉桥设计及施工原因，旧斜拉索拆除困难甚至无法拆除。一般要求在不中断交通的情况下，用最快最安全的方法拆除旧斜拉索，进行常规的新索安装。实现快速换索，从而尽量减少交通枢纽的壅堵时间。其关键技术是设计用专用工具在斜拉索在还存在应力的情况下，将将要拆除的斜拉索的切割部位的拉索应力转换为零，强行割断，强行拔出，从而实现快速更换。

拉索更换施工工艺流程：施工准备→塔端松锚放张→梁端退锚、拆除旧索→清理索孔→(新索制备)梁端穿索锚固→塔端挂索→塔端张拉→下一组索更换→整体索力调整。

4.2拱桥吊杆和系杆更换

在拱桥中，一对吊杆或系杆对应一根横梁，缺任何一根杆件均不能保持桥梁原有状态，因此，吊杆(系杆)更换必须考虑原吊杆(系杆)受力的转移，即用另外的替代杆件作临时吊杆(系杆)，使原吊杆(系杆)的受力完全卸除，再予以成对同时更换。

施工工艺流程：施工准备→临时拉杆、分配梁加工制作→安装分配梁、穿临时拉杆→张拉临时拉杆，更换吊杆(系杆)→张拉新吊杆(系杆)，调节桥面标高→拆除分配梁、临时拉杆系→更换下一对吊杆(系杆)→竣工验收、开放交通。

4.3整体顶升法更换支座

桥梁整体顶升，是将桥梁的一联(可包含多跨)进行同步平行顶升或绕一点向上平转，其特点是不改变梁体的内力，对梁体不会造成二次伤害，是一种最为先进、科学的桥梁支座更换和梁体纠偏的施工技术。

施工工艺流程：施工准备→千斤顶支撑面处理→安装千斤顶、油泵油路、电路、监控仪器设备等→试顶、检查设备运行情况→(新支座准备)起梁、更换支座→卸载落梁、完成支座更换施工。

4.4顶升法进行梁体纠偏

整体顶升法进行支座更换，梁体位移方向是单一的竖向，而采用顶升法对梁体进行纠偏施工，梁体位移方向包括竖向、纵向和横向三个方向，施工工序较支座更换复杂一些。其施工工艺流程为以下：①在桥墩上均衡安装千斤顶做好整体顶升T梁的准备。②在桥墩和桥台上布设用型钢作成的滑轨，滑轨上按装四氟板。③利用连续钢构主桥和引桥的支座垫石作反力的着支点，用型钢设置桥梁整体位移的反力架，安装纵横移千斤顶。④同步均衡，整体顶升桥梁，将桥梁置放于滑轨的四氟板滑板上。⑤修复支座垫石，重新安装桥梁支座。⑥纵、横顶移桥梁，使桥梁归位。⑦整体落位桥梁安放在桥梁支座上，桥梁纠偏完成。⑧按以上步骤进行T梁逐联复位。

4.5伸缩缝快速维修

伸缩缝是桥梁路面中最薄弱的环节，也是最容易损坏的组成部分，在一些交通繁忙的道路(如市政道路立交桥、机场高速公路)上，一般不能中断交通，即使占道施工也具有一定的时间限制，通常的伸缩缝更换施工，由于混凝土的凝固时间较长，施工占道时间较长，不能满足繁忙交通的要求，因此，伸缩缝的快速修补显得尤为重要，意义非凡。且伸缩缝的修补整个过程不宜超过8个小时。

伸缩缝快速修补施工工艺流程：施工准备→放样、切割、破除伸缩缝砼→拆除原伸缩缝→修整槽口→新伸缩缝就位、焊接→浇筑快速混凝土→完成伸缩缝更换施工、开放交通。

5、对国内桥梁维护维修的思考

根据笔者对近几年国内垮塌桥梁的关注，发现以下特点：

1)预应力混凝土桥梁的病害主要是梁体下挠和开裂。而这种病害在刚刚成桥的检测和试验中无法体现，特别是梁体的下挠，在成桥荷载试验时，桥梁的承载力能够达到要求，但运营阶段，在荷载特别是活载作用下，跨中将持续下挠。这是由于有效预应力不均匀度过大造成的预应力损失过大，相当于有效预应力大的钢筋承受了本应该所有预应力筋承受的力，这样有效预应力大的钢筋在使用阶段逐渐屈服，梁体也随之下挠。而随着梁体下挠和开裂的不断发展，桥梁承载力将严重下降，甚至有断裂的危险。

2)钢结构桥梁，关键构件存在局部强度不足或缺损，是不少桥梁事故的重要原因，值得我们高度重视。笔者认为，重要桥梁的智能监控系统是现代桥梁设计的必要元素。需要采用可靠的手段和设备(传感器，GPS 等数据采集、数据评估分析、传输处理等设备)组成有效的桥梁智能监控系统，对桥梁整体和关键部位的应力应变、位移、荷载、损伤情况等进行监控，建立有效的桥梁预警和养护维修管理机制。保证桥梁在寿命基期内正常运营。同时，建立并完善各省市和全国统一的公路桥梁管理系统：根据历史的和已有的桥梁健康监测系统资料，将全国的桥梁状况进行数理统计分类，完善现行的养护和加固规范，桥梁的加固维修纳入统一的规范化管理。

6、结束语

我国的桥梁建设正由大规模兴建为主的时期逐步进入到建设和养护维修同时进行的时期。提高桥梁管理水平，保证桥梁的正常运营和延长桥梁使用寿命是桥梁管理维修相关工作者及政府职能部门的重要任务。开展养护维修技术的开发研究，是桥梁养护维修工作者面临的重要课题。桥梁维修加固施工技术发展很快，新材料、新工艺不断发展，交流、学习、引进、开发、总结桥梁的养护、加固、维修技术尤其是关键技术的工法，需要我们大家共同的努力。