公路桥梁加固设计的技术要求探析

史立新

（安庆市公路管理局，安徽安庆 246002）

公路桥梁加固设计的技术要求探析

史立新

（安庆市公路管理局，安徽安庆 246002）

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62－2004）（以下简称《公路桥规》）和《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60－2004）的规定，结合近些年来安徽省在公路桥梁加固设计、施工、组织与管理方面的新成果和新经验，提出了公路桥梁加固维修应遵循的基本原则。在此基础上，针对公路桥梁的实际受力情况，提出了在加固设计、施工过程中应满足的基本要求，可有效指导今后公路桥梁的加固设计与施工。

公路桥梁；加固设计；基本原则；技术指标

0 引言

随着全国通车公路里程的迅速增加与城市建设规模的不断增大，桥梁总数大大增加，危旧桥数量也在不断增长。因此，如何确保现役桥梁的安全运营是公路养护管理部门的难题之一。从20世纪90年代初开始，安徽省每年投入专项资金对于沿线公路危旧桥梁进行加固改造。然而，由于我国在桥梁加固基本理论方面的研究还不完善，所做的加固设计大多是参照现行桥梁设计规范进行的，鉴于新旧桥梁在使用状况上存在的巨大差异，造成部分加固维修存在较为严重的盲目性、片面性，甚至危及桥梁的安全运营［1］。为使今后的加固设计、维修工作有章可循，经过全省公路工程技术人员和科研工作者的不懈努力，安徽省在桥梁检测评价、维修加固、施工工艺和新技术、新材料的研究应用等方面也积累了许多宝贵经验，总结出了在桥梁加固设计中应遵循的基本原则与技术要求，为今后公路桥梁的加固维修提供了依据。

1 桥梁加固设计的基本原则

桥梁加固是为恢复或提高桥梁结构的承载能力或抗灾能力，或为满足某种特殊需求而对桥梁的局部构造或整体结构进行加强或改善。桥梁加固是一项十分细致而又极具灵活性的工作，它所需要考虑的因素涉及到力学、材料学、结构工程学等多个学科。一般情况下桥梁加固维修方案的拟定，首先要根据桥梁现有的技术状况和通行车辆荷载的要求仔细论证，对加固维修的必要性和加固方案实施的可行性做出判断，然后对各种可能的加固设计方案的技术经济指标进行分析比较，从中选出合理的方案。以上工作均涉及到一个方案论证、判断的总原则问题［2］。

根据《公路桥规》的要求，新建公路桥涵的设计应符合技术先进、安全可靠、耐久适宜、经济合理的原则，这一基本原则在桥梁加固工作中赋予了新的含义。结合现役公路桥梁的使用状况和《公路桥规》的要求，确定桥梁加固维修方案时应遵循如下原则：

（1）技术先进的原则。该原则要求加固方案应满足设计理论、加固材料和施工工艺的先进性。随着国内外对桥梁加固理论、加固技术研究的不断深入，该技术的科技含量越来越高，并已呈现出明显的学科交叉现象。近年来，桥梁加固中采用的加固材料与施工工艺已远远超过了同类新建桥梁，如粘贴碳纤维布加固法已应用于桥梁加固领域，并快速、有效、可靠地解决了一大批桥梁加固维修问题。最近，SRAP加固法（高强钢丝增强氧化铝聚糖树脂砂浆）加固桥梁的关键技术也已正式进入了研究阶段。类似上述的加固技术的共同特点是快捷可靠，对原结构损伤小，因此，在桥梁加固方案确定中必须优先考虑采用可靠的加固理论、先进的加固材料和加固工艺，在确保加固效果的前提下，最大限度地降低对原结构的损伤［3］。

（2）安全可靠、适用耐久的原则。安全性、适用性和耐久性是工程结构可靠性设计的基本内容，它保证了工程结构在设计使用期内具有足够的承载能力、正常的使用性能和不需要过大维修而保持其自身性能的能力。耐久性不足不仅产生外观上的各种病害，还会导致结构承载能力降低，影响结构使用。桥梁加固的根本原因是构件或整体抗力的衰减，而导致抗力衰减的原因又是复杂多样的，包括因氯离子侵蚀、碳化导致的钢筋锈蚀、恶劣环境下的混凝土劣化、设计施工造成的先天性缺陷等原因。统计数据表明，耐久性不足或失效是近年来桥梁结构加固的主要原因。因此加固设计不但要有效恢复或提高桥梁结构或构件的承载能力，满足规定的使用性，还要可靠保证加固后构件的耐久性能，以维持其承载能力和使用性能不降低［4］。关于恢复或提高桥梁或构件的承载能力。采用的设计方案必须要保证加固后结构或构件的耐久性能，尽量避免不当加固对原有构件造成新的损伤或留下隐患。

（3）经济合理的原则。桥梁加固是一项较为复杂和繁琐的事情，首先要进行桥梁检查、检测和检算分析，当通过桥梁调查检测与检算分析尚不足以鉴定桥梁承载能力时，可采用荷载试验测定桥梁在荷载作用下的实际工作状况，结合桥梁调查、检测与检算来评定桥梁的承载能力，然后进行加固设计方案比选和加固设计，最后进行加固施工。由上述工作过程可以看出，桥梁的加固工程规模不一定很大，但是涉及的事项却远远多于新建一座桥梁，这无形中增加了加固维修的成本［5］，所以加固设计和加固成本的计算要考虑周全。如果加固成本接近或超过新建一座同等规模桥梁的造价时，一般是不能接受的，其结果往往要考虑改造方案。根据近几年的加固实例的统计资料，如果不考虑社会效益的因素，公路桥梁加固成本在新建成本的50%～60%以下是可以接受的。

（4）以人为本的原则。这项原则包含两层意思，一是从行车安全和长远效益的角度考虑，一旦发现桥梁病害，有关决策人应该及时计划立项、及早组织实施加固。这是因为桥梁病害的发展随时间呈加速的趋势［6］。二是桥梁加固施工时，要制定周密的施工组织设计，既要首先保证施工质量和施工人员的安全，又要考虑尽量减少施工对正常交通的影响，同时还要考虑避免施工污染周边环境或损害施工人员的身体健康，即要满足有利环保的原则。随着社会经济技术的迅猛发展，环保问题已引起社会各个领域的普遍关注，桥梁的加固维修工作也不例外。以碳纤维的粘贴加固施工为例，不论是施工过程、碳纤维材料还是粘贴胶均对环境和施工人员的健康构成较大威胁，因此，施工过程中必须做好碳纤维、粘贴胶的回收处理工作，粘贴现场应采取有效的通风措施［7］。

2 桥梁加固设计的技术要求

为保证桥梁加固工程符合以上设计原则，确保加固质量，加固维修中尚应满足以下基本要求：

（1）加固设计应有针对性，确定加固方案前首先应通过检查、检测等技术手段查找损伤部位，全面分析损伤原因，针对不同的损伤状况确定加固方案。

同样结构形式的公路桥梁在不同的外界环境、车辆荷载作用下损伤形态、损伤原因是不同的，因此，公路桥梁的加固设计时必须进行桥梁的现场调查、检测，对其实际技术状况作出评估，这是确定加固设计、施工方案的基本依据。例如，对于某些由于因下部结构或基础的不均匀沉降而导致上部结构的损伤，或由于其他偶然因素所引起的结构损伤，在制定加固方案时必须全面考虑采取消除、减小或抵御这些不利因素的影响，以免在加固后结构继续受这些因素的破坏，达到根治桥梁病害的目的。当仅依据桥梁结构或构件的设计、竣工技术资料、调查检测资料以及结构检算分析结果不能确定桥梁结构的承载能力时，可辅以荷载试验鉴定的方法。一般来说，荷载试验是桥梁承载能力鉴定最直接、最有力的手段，也是成本最高的桥梁检测项目，它往往要涉及到搭设检测支架、加载车辆调度、交通管制等工作。根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》的规定，当通过桥梁调查检测与检算分析尚不足以鉴定桥梁承载能力时，必须要进行荷载试验，否则，加固方案就失去了选取的依据。

（2）应按现行有关规范进行设计，加固后的桥梁在使用荷载作用下，原有结构构件及新增加结构各部分的强度、刚度及裂缝限值均应符合规范要求。

桥梁加固的目的是为了提高构件的强度，恢复或改善构件的耐久性能。因此，加固后桥梁的工作状态应满足现行规范的各项要求，即满足安全性、耐久性的要求。其中加固后桥梁的变形和裂缝宽度也是检验加固效果最直观的指标。

（3）当要求提高原桥的承载能力时，加固工程可在原有结构保持恒载应力状态下进行。此时，原有结构的全部恒载及新加恒载可以考虑由原构件（截面）承受，活载则由原结构和新增构件（截面）共同承受。以增大截面加固法为例，由于桥梁加固大多是在不卸载的状态下进行的，在活载作用下，新增钢筋和混凝土的应力应变滞后于原构件的应力应变，对应承载力极限状态时，新增混凝土和纵向受力钢筋一般不能达到其强度设计值［8］。因此，加固计算时应根据初始恒载、活载的大小合理确定不同受力阶段的荷载种类。

（4）技术改造方案应简单易行，施工方便，并尽量减少对原有结构的损伤，并充分利用原有的结构构件，且应保证原有结构保留部分的安全性与耐久性，对于确无利用价值的构件才予以报废、拆除，并合理处理废料。与新建桥梁不同，桥梁的加固维修往往受到工作空间的限制，因此，确定加固方案时必须要简单易行，同时，由于加固桥梁大都存在着不同程度的劣化损伤现象［9］80－83。因此，选择加固方案时，在保证加固效果的前提下，应尽量减少对原结构的损伤，以免造成新的应力集中区域而使桥梁的工作状态进一步恶化。近年来兴起的粘贴加固技术在这一方面有着传统加固方法不可比拟的优势。

3 结语

结合安徽省在公路桥梁加固维修技术方面的研究及桥梁加固维修领域存在的一些不足之处，得出如下结论：

（1）创新管理理念，规范管理责任。通过管理理念的创新，积极开展技术交流活动，提高桥梁养护技术人员的素质。根据《公路桥梁养护规范》的要求，做好桥梁病害状况的分析与认定工作，做到桥梁病害早发现早根治。同时，强化对加固工作的指导力度，切实把好桥梁检测评价与设计任务的委托关、加固设计方案的审查关、加固施工的监理关、加固工程的验收关，以确保工程质量。

（2）加快新材料、新技术的推广应用。由于桥梁加固技术是一门新兴学科，近年来已呈现出明显的学科交叉趋势，遥感技术、计算机技术的应用和材料科学的突破是推动该技术发展的主要动力。以下几个方面将成为今后桥梁加固养护技术的主要发展方向，从新材料方面包括了桥面板的防水材料、纤维类预应力索（纤维类预应力索主要是碳纤维索和芳纶纤维索），从桥梁检测评估方面，桥梁的远程监测和发展，将进一步提高桥梁质量状况的自动预警能力，公路桥梁的动态管理将逐渐成为现实。

（3）关注技术改造重点，调整技术改造的方向。随着安徽省高速公路网建设的不断完善，大量的新型结构桥梁及公路立体交叉工程已投入使用，今后，大跨高墩连续刚构桥、钢管混凝土拱桥、斜拉桥、连续弯梁桥等桥型的检测、评价技术和相应的抗震加固技术将会成为今后一段时间研究的重点。针对该问题公路局已成立专门课题组进行研究，旨在建立具有安徽省公路特色的集检测、评估、加固于一体的桥梁综合加固技术。

［1］中交公路规划设计院.公路桥涵设计通用规范（JTG D60—2004）［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］中交公路规划设计院.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62—2004）［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］中国工程建设标准化协会.混凝土结构加固技术规范（CECS25：90）［S］.北京：中国计划出版社，1992.

［4］赵国藩.工程结构可靠性理论与应用［M］.大连：大连理工大学出版社，1996.

［5］楼庄鸿.旧桥的评定和加固［C］.昆明：中国公路学会2001年全国公路桥梁维修与加固技术研讨会论文集，2001.

［6］胡钊芳，谌润水，江详林，等.江西省公路桥梁典型病害及处治方案［C］.西安：全国公路养护管理技术交流会文集，2002.

［7］张劲泉，李万恒，程寿山.公路旧桥承载能力评定方法［C］.西安：全国公路养护管理技术交流会文集，2002.

［8］张劲泉，何玉珊，谢经纬.桥梁结构状况的检测与评价技术［C］.西安：全国公路养护管理技术交流会文集，2002.

［9］李松辉，王松根，等.碳纤维片加固钢筋混凝土简支梁桥对比性试验研究［J］.公路交通科技，2003，20（3）.

U442.5＋1

A

1671-8275（2012）03-0108-03

2011-12-23

史立新（1966-），男，安徽桐城人，安庆市公路管理局工程师。研究方向：工程技术与管理。

文 月