2018公路旧危桥加固设计要点分析及其应用
摘要：结合笔者从事桥梁加固设计的工作经验，对公路旧桥的加固、改造技术和方法进行了简要的概述。以某公路大桥为例，对该旧桥的病害进行了分析，根据病害及桥梁自身特点，合理地选择了改造方案。最后，对该大桥的加固设计进行了分析，提出了加固设计要点。http://
关键词：公路桥梁；旧桥；加固设计；工程应用
Abstract：With years experiences of bridge reinforcement design, the author, simply introduce the old bridge reinforcement, transforming technology and methods. Take some highway bridge as example, it will analyze the old bridge damage, according to the damage and bridge itself performance, the reasonable plan will be set. Lastly, it will also analyze the bridge reinforcement design and put forwards to the reinforcement design point.
Key Words：highway bridge; old bridge; reinforcement design; project application
中图分类号：U412.36 文献标识码：A文章编号：
引言
随着时间的推移，新建的桥梁终究都会成为旧桥。在桥梁存续期间内，由于车辆，持别是超重车辆行驶，以及外界各种因素作用和影响，导致桥梁结构产生病害、出现缺陷，严重影响到桥梁正常使用。为了保证交通畅通，就需要对桥梁进行维修、加固和改造。在旧桥加固改造工程中，尽管每座旧桥梁的情况各不相同，具有各自不同的特点，但也存在一定的共性。我们应遵循桥梁加固、改造工作的共性，结合具体桥梁的特殊性，在实践中发挥积极性和创造性，不断进取和探索，采用最先进的技术和材料，在旧桥利用、加固、改造工作中，创造和总结出多种切实可行的方法，为开辟一条新路打下坚实的基础，使旧桥继续发挥固有的使用功能，以保证公路交通畅通无阻。
旧桥加固、改造技术与方法
2.1旧桥上部结构加固、改造技术
（1）桥面补强层加固法。先凿除旧桥面，在梁顶上加铺一层钢筋混凝土层，使其与原有主梁形成整体，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）增大截面和配筋加固法。当梁的强度、刚度、稳定性和抗裂性能不足时，通常采用增大构件截面、增加配筋、提高配筋率的加固方法。这种方法是在梁底面或侧面加大尺寸，增配主筋，提高梁的有效高度和抗弯强度，从而提高桥梁的承载力。该法广泛用于梁桥及拱桥拱肋的加固。（3）锚喷混凝土加固法。借助高速喷射机械，将新混凝土混合料连续地喷射到已钳固好钢筋网的受喷面上，凝结硬化而形成钢筋混凝土，从而增大桥梁的受力断面，加固结构的整体性，使其能承受更大的外荷载作用；（4）粘贴钢板(筋)加固法。采用粘结剂及锚栓，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．达到提高梁的承载能力的目的。（5）改变结构受力体系加固法。通过改变桥梁结构受力体系，达到提高桥梁承载能力的目的。如在简支梁下增设支架或桥墩，或把简支梁与简支梁纵向加以连接，由简支变连续梁，或在梁下增设钢衍架等加劲或叠合梁等，以减小梁内应力，达到提高梁的承载力目的。改变结构体系的方法有多种，但往往都需要在桥下操作，或设置永久设施，因而减少桥下净空，或施工时会影响通航，所以必须考虑通航及桥梁排洪能力。（6）体外预应力加固法。对于钢筋混凝土或预应力混凝土梁或板，采用对受拉区施以体外预加力加固，可以抵消部分自重应力，起到卸载的作用，从而能较大幅度地提高梁的承载能力；（7）增设纵梁加固法(拓宽改建)。在墩台地基安全性能好并具有足够承载能力的情况下，可采用增设承载力高和刚度大的新纵梁，新梁与旧梁相连接，共同受力。由于荷载在新增主梁后的桥梁结构中重新分布，使原有梁中所受荷载得以减少，由此使加固后的桥梁承载能力和刚度得到提高。为保证新旧混凝土能够共同工作，必须注意做好新旧梁之间的横向连接。横向的连接力法，如：企口铰接、健槽联接、焊接及钢板铰接等，使新增主梁与旧梁牢固联接，可提高主梁之间的横向连接刚度，有利于荷载的横向分布；（8）拱圈增设套拱加固法。当拱式桥梁的主拱圈为等截面或变截面的砖、石或混凝土等实体板拱时，且下部构造无病害．同时桥下净空与泄水面积容许部分缩小时，可在原主拱圈腹面下增设一层新拱圈，即紧贴原拱圈底面上挠筑或描喷混凝土新拱圈，外形上就像是在原拱圈下套做了―个新拱圈。
2.2旧桥下部结构加固、改造技术与方法
（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式基础时的情况。（2）当桥梁墩台基底下有软卧层，或墩台基础末下至坚硬岩层时，墩台发生沉陷；当桥梁墩台采用桩基础，而桩的深度不足，或由于水流冲刷等原因使桩发生倾斜。这些病害都直接影响桥梁结构的正常使用和服务年限。对此，采用增补桩基加固法是一种常用且有效的方法。这种加固方法是：在桩式基础的周围补加钻扎桩，或打入钢筋混凝土预制桩，扩大原承台，以此提高基础的承载力，增强基础的稳定性。（3) 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，导致墩台开裂破损时，有时会出现贯通裂缝，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。每个围带的宽度，则根据裂缝的情况和大小而定，一般约为墩台高度的1／10，厚度采用10~20cm。当墩台损坏严重，如有严重裂缝及大面积表面破损、风化和剥落时，则可采用围绕整个墩台设置钢筋混凝土护套的方法进行加固；（4）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，在台背之后加建一挡墙，以抵御过大的土压力；（5）墩台拓宽方法。利用旧桥基础，靠墩台盖梁挑出悬行加宽部分，以便安装加宽的上部结构。此种情况为只加宽墩台上部的盖梁，墩台身和基础则不需予以加固。采用此法加宽墩台时，旧桥墩台基础必须完好、稳定，且需经过承载力验算后才能采用。否则，应在老桥的墩台旁，重新浇筑拓宽部分的墩台及基础。
工程实例分析
3.1工程概况
某公路大桥1970年竣工通车。大桥设计荷载原为汽-13，拖-60，桥面净宽为净-7+2×0.25m。上部构造为5孔45m的双曲拱，矢跨比1/6，横向6肋5波。下部构造为重力式实体桥墩和加后座的U型桥台。除一处桥台置于密实卵石层外，其余墩台均建于千枚岩基岩上。
3.2病害概况
1．主拱圈裂缝
1)主拱圈中波纵向裂缝。大桥横向中心线正处于第3拱波波顶处，检查时发现各孔中波波顶均存在纵向裂缝，裂缝宽度最大约0.4mm。2)肋、波连接处裂缝。在各孔拱波与拱助连接处，大部分都有裂缝，有的较细、有的十分明显，且有不少水泥砂浆脱落现象，也有不少处发生渗水现象。3)拱肋裂缝。各孔拱肋均有横向裂缝，这些裂缝多发生在拱顶前后10m左右范围内。
2．主拱圈轴线下沉
主拱轴线普遍下沉，拱顶下沉5~18cm，L／4点下沉0~9cm，而且上下游下沉量也不一致。
3．桥面变形及破碎
桥面纵向变形已呈波浪形，峰顶和波底之差虽不很大，但桥面破碎现象甚为严重，且集中在3、4、5孔及两台后座上。
4．桥台后座变形严重
两桥台后座挡墙与桥台连接处沉降缝，均增大至8~10cm(设计为2cm)，且从外部可见内部填料中的空洞。在横向桥台后座两挡墙均偏出桥台外缘5~8cm。
3.3大桥加固设计要点
通过对该桥进行检查及分析的情况来看，尚未发现墩台基础出现病害的反映，即使是置于非岩石基底上的桥台，亦未发现传移的迹象，所以大桥的加固主要针对上部构造和桥台后座。
1.主拱圈加固
原横系梁尺寸偏小，横向联系差，属薄弱构件，针对这一病害，将原横系梁由116cm x15cmx18cm加大截面尺寸至116cm x15 cm x50 cm，把拱顶部分三根横系梁改为横隔板l16cm x30cm x84cm，以加强横向整体性，使全拱宽共同受力。除端系梁外，其它横系梁原定用喷锚技术施工，后改为预制安装。
由于主拱圈受力大，裂缝多，采用拱肋及拱波部分外包钢筋网并喷射25号厚6cm混凝土加固拱圈截面，以提高各孔的整体刚度和承载力，锚固钢筋插入深度必须大于8cm．焊接长度应大于12cm，喷射混凝土按先两拱脚后拱顶顺序进行，其竣工后的外露面的凹凸差值不大于1.5cm。
2.桥面
原桥面缺乏稳定坚实的基层，整体性差，有必要将原桥面彻底清除，并挖除部分砂砾垫层，再加铺水泥稳定砂砾基层，厚15cm，其上浇筑20cm厚钢筋混凝土桥面。桥面低于安全带顶面24cm，施工时保证有半幅通车，浇筑桥面前在桥台及桥面伸缩缝位置焊接固定槽钢，以保证伸缩缝的设置。
3.桥台后座加固
将桥台后座上路面除去，改成30号钢筋混凝土单向简支预制板（厚35cm），支承于两侧墙上。用直径24mm的锚固钢筋使之与侧墙相接，锚固钢筋长95cm。其上铺装15cm厚30号混凝土桥面。钢筋混凝土板与后座填料间留有空隙，以使活载压力直接作用在侧墙上，从而减去了活载引起的对侧墙的土压力，并增加侧墙抗剪能力和基底摩阻力。施工时应先将后座侧墙上栏杆，安全带拆除，凿除原桥面及侧墙至帽石底面，浇筑钢筋混凝土帽石，并插入锚固钢筋。在帽石施工时，中间桥面可单向通车，钢筋混凝土帽石成型后，将原中间桥面清除至帽石顶面下10cm，施工中采用边清除原路面边铺设预制混凝土板，保证通车可采用临时跳板，预制板铺设完毕后，现浇15cm厚钢筋混凝土桥面。
4.其 它
立墙腹拱上的裂缝，仅选择裂缝宽度大于0.5mm的浆砌圬工裂缝进行压水泥浆修补，一般小裂缝作抹面处理。墩台裂缝较小，采用环氧树脂砂浆抹面。桥台及桥面伸缩缝均采用聚氨脂缝。
喷锚补强混凝土的补强效果分析及承载能力评定
4.1喷锚补强混凝土的补强效果分析
以挂车横向中载为准，拱顶截面原肋下缘钢筋实测应变影响线峰值在加固前为0.673，加固后为0.470，相对于加固前原肋钢筋的活载应力减小了30.2%，这充分说明喷锚混凝土的加固是有一定效果的。
4.2承载能力评定
1)在汽-超20主要组合荷载，挂-20附加组合荷载和特挂-150附加组合荷载作用下，预测各测点应力、变形和裂缝宽度，均满足规范规定的容许限值，团此本桥能够承受汽-超20、挂-120和特挂-150。2)本桥采用喷锚混凝土补强提高旧桥承载能力，达到了预期效果。3)本桥喷锚混凝土补强层与旧桥共同作用是不完全的。由于喷锚混凝土中存在空穴，结合粘结强度不高等原因，共同作用程度仅达65.6％。4)由于老桥收缩、徐变已基本完成，所以喷锚混凝土不承受原桥及自身恒载，在工作阶段仅承受活载，故喷锚混凝土强度不控制。
结语
工程实践表明，在旧桥加固改造工程中、尽管每座旧桥梁的情况各不相同，具有各自不同的特点，但也存在一定的共性。进行桥梁加固时应当遵循桥梁加固、改造工作的共性，结合具体桥梁的特殊性，在实践中发挥积极性和创造性，通过不同的工程特点，而采取桥面补强层加固法等桥梁加固措施，不但为节省加固费用，同时还有利于桥梁加固后的受力。
参考文献：
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