探究市政道路桥梁结构加固设计原则

李强

哈尔滨安装建设有限责任公司

一、引言

道路桥梁病害与结构形式、建材类型、修建年代及地域有很强的相关性。道路桥梁的损坏可以是先天原因引起，也可以是在使用后期诸多原因的综合作用所引起。道路桥梁的设计、施工、使用、养护等哪个环节的失误都会加快道路桥梁的损坏。而道路桥梁结构的维修与加固，是以恢复原设计荷载条件下的功能，采取一定的设术措施，结合规范加强抗震能力，改善结构受力性能，确保桥梁使用安全的重要措施。

二、市政道路桥梁加固改造设计的基本原则

首先在确定加固方案前必须通过科学的鉴定分析，确保拟利用道路桥梁构建处于弹性工作状态，区别疲劳构件，收集原设计资料并进行必要的地基勘探，结合现场调查，以区别原桥是否按图施工及有无设计图。其次在进行桥梁基础复核计算时，对于多年来受破坏的旧桥基础，可考虑其承载力的提高，承载力一般以1.5倍左右考虑，针对桥梁拓宽部分，严格控制地集重力，减小对原桥基础产生附加应力。最后，加固方案应与路线改造相结合，根据实际情况采用经济的方法或多种加固方法。

三、桥梁加固改造的基本原理

市政桥梁加固工作一般是以不更改原建筑形式为原则，借加大或修复桥梁构件来提高局部或整体桥梁承载能力的措施。因此旧桥改造是对桥梁的某些构件进行更换或改变原桥梁的结构体系，或对部分结构拆除重建，一般是采取仅加固仍不能足以适应交通运愉的需要，或有些构件严重损坏不能修复加固，则须进行改造。旧桥重建，是完全失去通行能力，或不能满足交通量的需要，对旧桥全部拆除，重新设计建造新的桥梁。综上所述，桥梁加固改造的基本原理：①通过结构性能改变以达到承载力的提高；②重新调整内力的分布，相对提高结构承载力。

四、市政桥梁结构裂缝的处理

混凝土结构的桥梁，裂缝是很普遍的病害，甚至预应力结构有些部位都会出现裂缝。当桥梁使用较长时间，由于各种外界因素、内部原因共同影响，一般都会出现裂缝。结构物一旦出现裂缝，其受力截面发生应力重分布，也就意味着有效受力截面变小，结构应力增大，承载能力降低。所以必须针对不同情况对裂缝进行处理。无论采用何种加固方法，只要是利用了原有结构，首先应对旧桥利用部分进行裂缝修补。钢筋混凝土构件中，受拉钢筋的应变总是大大超过混凝土的极限拉伸应变，所以裂缝的发生也是不可避免的。在初拉应力和弯曲应力作用下，混凝土的裂缝一般是较细较短的，这样的裂缝对梁的强度影响不大。按耐久性要求，如果裂缝细小，裂缝宽度已达稳定，且开裂处不易受雨水浸渗，不易受腐蚀，不再继续发展，且对结构的强度没有明显影响时，可不做处理。如果裂缝宽度为0.15mm或裂缝已经贯通时，说明裂缝处荷载产生的拉应力超过容许值，所以除采取压力灌浆法修补裂缝外(使力的传递尽可能恢复到原来状态)，还应采取其它加固措施：如粘贴钢板、加大截面等。

（1）表面抹灰修补裂缝

采用水泥浆、水泥砂浆、环氧基液及环氧砂浆等材料涂抹在裂缝部位的混凝土表面进行修补。

（2）表面喷浆修补裂缝

喷浆修补是在经凿毛处理的裂缝表面，喷射一层密实而且高强度的水泥砂浆保护层来封闭裂缝。根据裂缝的部位、性质、维修要求与条件，可分别采用无钢筋素喷浆、挂网喷浆等修补方法。

（3）压力灌浆修补裂缝

压力灌浆是通过施加一定的压力，将某种浆液灌入结构物内部裂缝中去，以达到修补裂缝，恢复并提高结构强度、耐久性和抗渗性能的一种修补方法。压力灌浆根据灌浆材料的不同可分为：水泥灌浆、沥青灌浆和化学灌浆。不同的灌浆液其用途、功效也不相同。桥梁结构裂缝修补采用较多的是化学灌浆。化学灌浆中以环氧树脂材料灌浆及甲丙烯醋类材料进行修补的结构物裂缝效果最好，应用也最广泛。

五、市政桥梁加固改造技术与方法

（1）上部结构加固、改造

旧桥加固比新建桥梁更复杂，因为旧桥经过长时间使用后，其构件、材料的力学性能不明确，难以判定，加固设计没有现成的规范，桥梁病害又错综复杂，病害原因也难以确定。所以如何根据具体情况采用适当的加固方案、方法，显得更为重要。比较常用、技术比较成熟的加固方法：

①增大梁截面加固方法。主要针对因受力钢筋和截面尺寸偏孝荷载等级偏低而导致承载力不足的缺陷，主要方法有增加受力主筋、加大主梁截面、加厚桥面铺设层（板）等。增加受力主筋法是在主梁板底面凿开保护层，露出主筋，再将新增钢筋焊与原主筋绑焊，并在梁的侧面增加箍筋以提高其抗剪能力，待钢筋植入后进行保护层的恢复。

②粘贴加固法。当交通量增加，主梁出现承载力不足时，采用粘贴加固法。具体方法是：采用高分子粘合材料将钢板（筋）或碳纤维布等高强材料粘贴在需加固构件表面，通过新增加的高强材料承担增加的通行荷载。

③预应力加固法。预应力加固法即利用预应力的原理，在构件中通过另加的高强构件施加一定的初始应力，以抵消部分自重应力，对构件起到卸载的作用，从而达到提高构件承载力的目的。

④增设纵梁加固法（拓宽改建）。在墩台地基安全性能好，并具有足够承载力的情况下，可采用增设承载力高和刚度大的新纵梁，新增梁与旧梁通过有效的连接，共同受力，使原有梁中所受荷载得以减少，从而使加固后的桥梁承载能力和刚度得到提高。当增设的纵梁位于主梁的一侧或两侧时，则兼有加宽的作用。

⑤改变结构体系加固法。这种加固改造方法是通过改变桥梁结构形式，以减少梁的拉应力。方法有减小跨度，如将已不通航的桥下填实，改成能满足泄水要求的涵洞；在单跨结构下增设新支点成为多跨结构；将多跨简支梁连接成多跨连续，或利用下部结构在梁下增设钢结构、型钢与梁板形成组合结构，以达到提高承载力的目的。

⑥拱圈增设套拱加固法。在原主拱圈腹面下增设一层新拱圈，即紧贴原拱圈底面上，浇筑或锚喷混凝土新拱圈。此法工程量较大，且拱桥结构抗震性差。因此，拱桥的加固改造宜多方面综合考虑后决定。

（2）下部结构加固改造

①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。扩大基础底面积应由地基强度验算确定。

②增补桩基加固法。当墩台发生沉陷、桩的深度不足或桩发生倾斜时，采用增补桩基加固是一种常用而有效的方法。这种加固方法是：在桩基的周围补加钻孔桩，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。

③钢筋混凝土套箍或护套加固法。当桥梁墩台由于基础埋深不够，或因施工质量控制不严等原因导致墩台开裂时，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

④桥台新建档墙加固法。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，在台背之后加设一档墙，以抵御过大的土压力。

⑤墩台拓宽加固。利用旧桥基础，靠墩台盖梁挑出悬臂加宽部分，以便安装加宽的上部结构。此种情况为只加宽墩台的盖梁，墩台身和基础则不需要予以加固。采用此法时，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。

六、结语

市政道路桥梁随着时间的推移会造成一定程度的损伤，因此桥梁结构的维修和加固是必不可少的项目，桥梁加固的方法要根据桥梁的设计荷载和有效的技术方法来进行，规范有效的加固可以改善桥梁的受力特性，从而提高桥梁的使用寿命。

参考文献：

[1]JTG/TJ22-2008，公路桥梁加固规范[S]

[2]湛润水、公路旧桥加固技术与实例[M]、北京：人民交通出版社，2002

[3]陈广任、浅谈石砌桥涵维修加固工艺[J]、山西建筑，2008，34（33）：335-336