公路桥梁加固方法与应用分析
发布时间：2022-05-31
摘 要: 近 30 年来，我国交通运输行业高速发展，公路桥梁的数量也急剧增加，因此新的问题也逐渐表现出来，即公路桥梁的老化及病害。本文分析了桥梁使用过程中出现的常见病害及原因，探讨公路桥梁的加固方法，并结合工程实际案例研究分析公路桥梁加固的应用。以此对同类型桥梁的加固维修提供指导意义。
关键词: 公路桥梁; 桥梁病害; 桥梁加固; 加固应用
0 前 言
随着我国经济快速增长，公路里程也急剧增加; 2018 年年末全国公路总里程达 484. 65 万 km，其中四级及以上公路里程 446. 59 万 km，占公路总里程 92. 1% ; 二级及以上等级公路里程 64. 78 万 km，占公路总里程 13. 4% ; 高速公路突破 14. 26 万 km，占总里程的 3. 2% 。随着公路里程的增加，2018 年年末全国公路桥梁 85. 15 万座，其中特大桥梁 5 053 座，大桥 98 869 座[1]。如此庞大数量的桥梁，随着时间的推移并伴随着桥梁荷载的增加，特别是年代久远的桥梁，或多或少都会出现不同程度的病害，目前已有超过 10 万座桥梁为危桥[2]。因此，对既有桥梁的加固维修养护来维持其正常使用以及保证其使用安全，是道路桥梁工作者的一项艰巨任务。
1 公路桥梁常见病害及原因
1. 1 上部结构
1. 1. 1 梁体空洞
空洞病害产生的主要原因: ①在梁体或某些部位钢筋布置密集，钢筋间距过小使混凝土粗骨料被卡住导致混凝土无法下落，加之未能充分振捣混凝土，甚至漏浆进而形成空洞; ②钢筋与侧模板之间净距偏小，也会同样造成钢筋与侧模板之间的空洞。
1. 1. 2 梁体纵向开裂病害
该病害产生的主要原因: T 梁马蹄处横向尺寸较小、钢筋布置密集，导致梁、底混凝土较难振捣密实，从而成为薄弱环节，致使该部分混凝土抗裂性能差，而跨中段预应力离梁底距离最近，且预应力筋布置最密集，梁体预应力张拉时易产生纵向裂缝。加之在运营过程中，温差及活载引起的横向应力差，导致混凝土纵向开裂。
1. 1. 3 支座剪切变形病害
该病害产生的主要原因: 预制时对梁体变形考虑不周，施工时对支座垫石水平度及标高控制不到位，支座自身承载能力不满足现行荷载要求所致，此类病害主要是支座本身质量、选型不当和超载营运所致。
1. 2 下部结构
基础冲刷病害。该病害产生的主要原因: ①河道压缩导致局部河床过度冲刷; ②桥位处上下游存在其他建筑物，引起河床的局部冲刷。
1. 3 桥面系及附属构件
伸缩缝堵塞、橡胶条破损、锚固区混凝土开裂病害。该类病害产生的主要原因: ①橡胶条使用过程中难以达到设计预期理想状态; ②伸缩缝施工时未严格按照设计图纸施工; ③伸缩缝装置与路面层安装接触不充分; ④后期运营养护不足，使伸缩缝造成堵塞。
2 公路桥梁加固方法
公路桥梁实践中常采用增大截面加固法、粘贴钢板加固法、粘贴纤维复合材料加固法、体外预应力加固法、改变结构体系加固法等加固方法[3 - 8]。
2. 1 增大截面加固法
增大截面加固法是采用增大构件的截面积和配筋进行加固，也称外包混凝土加固法。该方法适用于钢筋混凝土和预应力混凝土受弯构件、钢筋混凝土受压构件。
2. 2 粘贴钢板加固法
该方法是将钢板通过环氧树脂或建筑结构胶粘贴于构件的抗剪或受拉薄弱部位，使之形成整体以提高结构的承载力或刚度来共同受力。
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2. 3 粘贴纤维复合材料加固法该方法是将纤维复合材料通过高性能粘接剂粘贴在建筑结构物表面，使其共同参与受力，从而增加结构物的承载能力。纤维复合材料应为连续纤维，如碳纤维、玻璃纤维及芳纶纤维，目前实际工程中通常采用碳纤维布作为加固材料。
2. 4 体外预应力加固法
该方法是在梁体外部布置预应力筋或钢绞线，然后进行张拉、锚固使之与加固构件连接为一体共同受力。
2. 5 改变结构体系加固法
该方法是指采用一定技术措施改变原结构受力体系，降低控制截面内力，达到提高承载能力的目的。
3 工程实例
3. 1 工程概况
真武堰 大 桥 位 于 成 都 市 高 新 区，该桥上部结构为 8 × 7. 0 m钢筋混凝土简支板梁桥，桥梁全长 72 m，横向布置 5 片梁，梁高 40 cm，底板宽 90 cm。下部结构采用重力式墩台，基础采用扩大基础。桥面铺装为水泥混凝土铺装，桥面两侧设置有栏杆。
根据桥梁检测报告显示，该桥全桥主梁均存在跨中段横向开裂; 8 # 桥台左侧侧墙存在 1 处竖向开裂; 全桥墩台砌体均存在风化; 桥面铺装共存在 4 条横向裂缝和 7 条纵向裂缝; 两侧护栏内侧的路缘石多处破损。两侧桥台基础及桥墩基础未见明显冲刷、淘空现象。桥梁技术状况的评定为: 上部结构技术状况为 4 类，下部结构技术状况为 2 类，桥面系技术状况为 3 类。其病害示意见图 1。
3. 2 主要维修加固措施
①M10 水泥砂浆封闭风化桥台;
②采用碳纤维加固主梁;
③采用沥青灌缝对桥面铺装破损开裂处进行修补，并用 C25 素混凝土修补护栏内侧路缘石; ④沥青填充伸缩缝。
3. 3 碳纤维布粘贴加固
碳纤维布加固技术是将构件采用碳素纤维布和专用结构胶进行加固，把抗拉性能优良的 CFRP 布用环氧树脂系列粘胶粘贴到混凝土结构表面，使其与原结构钢筋共同受力，达到提高结构承载力的目的。该技术采用的碳素纤维布具有重量轻、耐腐蚀性、基本上不增加构件截面等优点。
碳纤维片材主要用于混凝土桥梁主要承重的加固补强，以提高构件的抗弯承载能力、抗剪承载能力以及受拉构件的轴向抗拉承载力，提高构件的刚度及延性等，还可用以控制混凝土构件裂缝宽度的发展。
通过对空心板的验算表明，上部桥梁结构的刚度、强度、裂缝等满足要求，考虑到普通钢筋混凝土梁式桥主要是以裂缝控制设计，故采用提高抗裂性能较好且施工工艺简便的粘贴碳纤维布的加固方式。
本方案中，采用在梁底梁肋对应位置粘贴一层碳纤维布 ( 见图 2) ，在横桥向设横向压条，以保证碳纤维布材与梁体的牢固结合。
该桥已于 2020 年 7 月完工，在大交通量及重荷载下，目前桥梁运营效果和使用状态良好，达到了预期的加固效果。
4 结 语
1) 分析了公路桥梁常见病害及原因，公路桥梁常见病害主要为梁体空洞、漏筋、裂缝及下部基础冲刷。
2) 公路桥梁实践中常采用增大截面加固法、粘贴钢板加固法、粘贴纤维复合材料加固法、体外预应力加固法、改变结构体系加固法等加固方法。
3) 通过工程实例探讨粘贴碳纤维布对桥梁的加固。碳纤维加固具有工艺简单，施工周期短等优点。——论文作者：周青松，付政杰，赵光德，吴树乾，唐旖旎
参 考 文 献:
[1] 交通运输部. 2018 年交通运输行业发展统计公报[J]. 驾驶园， 2019，13( 8) : 49 - 55.
[2] 张彦秋，尤立霞. 我国危桥存在的主要问题及原因分析[J]. 科技致富向导，2013，21( 20) : 186.
[3] 叶 吉 军. 桥梁加固技术的研究与应用[D]. 上 海: 同 济 大学，2007.
[4] 中华人民共和国交通运输部. 公路桥梁加固设计规范: JTG/T J22—2008.[S]. 北京: 人民交通出版社. 2008
[5] 张斌. 粘贴钢板和粘贴碳纤维对比及其在桥梁加固中实际应用[C]/ /中国公路学会养护与管理分会第八届学术年会.
[6] 刘锋民. 桥梁加固方法与应用[C]/ /全国城市公路学会学术年会. 2007.
[7] 马亮，梁力，张树仁. 外加预应力加固技术在桥梁工程中的应用[C]/ /第 16 届全国结构工程学术会议论 文 集 ( 第 Ⅲ 册) . 2007.
[8] 席兴华. 连续刚构桥损伤敏感性分析及改变结构体系加固方法研究[D]. 济南: 山东大学，2017.
