浅析桥梁的加固设计与施工

李茂林

摘 要：最近几年，我国的交通运输获得了飞速发展，运输的货物越来越重，对于桥梁的要求也越来越高，但现役的部分桥梁在安全方面存在很多隐患，有必要对其进行加固。文章以长阳县偏岩大桥为例，根据其施工、加固方面取得的经验，提出了桥梁加固应该依据的原则。并以此为基础，指出了桥梁在加固设计和施工过程中应注意的问题，希望能够对今后的公路桥梁加固有一定的指导作用。

关键词：桥梁；加固；设计；施工

中图分类号：U445.72 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）21-0151-03

随着我国经济的快速发展，我国早期建设的公路桥梁虽然依旧发挥着重要作用，但已不能适应当前的经济发展形势，在安全问题上存在很大隐患，主要表现为承载力不足，很多公路桥梁的实际负担重量将要超过承受能力，所以对公路的安全使用具有很大的影响，必须立即对现有公路桥梁进行加固。

1 桥梁加固设计的基本原则

1.1 技术先进原则

最近几年，在桥梁加固方面运用的技术和材料已遥遥领先于目前新建桥梁，如加固过程中普遍应用的粘贴碳纤维布加固法，在很大应用范围内解决了桥梁加固过程中存在的维修问题。尤其是最近时期内，又出现了SRAP加固法，很多专家正在进行此方面的研究与开发。这些先进技术的优点就是加固速度快、不会严重损伤桥梁的原有结构。所以，在确定公路桥梁的加固方案时，应该首先考虑安全可靠性高的加固方案，使用最为先进的加固材料，运用当前最新的加固方法，在保证加固质量的情况下，尽量减少对公路桥梁原有结构的破坏。

1.2 安全可靠、适用耐久的原则

在设计公路桥梁的加固方案时，要首先考虑到加固工程的安全性与耐久性，这些性能的保证可以有效解决公路桥梁在使用过程中的承载能力、安全性能、在较长的时期内不用维修等。公路桥梁的耐久性不但可以有效抵抗来自外界的侵害，还可以增强桥梁的承载能力，使桥梁具有稳定的结构。进行桥梁加固，就是因为桥梁抗载能力有所下降，但形成这种现象的原因多种多样，主要有各种原因形成的钢筋锈蚀，混凝土变质，以及桥梁先天设计存在一定的缺点等。根据桥梁研究的数据表明，进行桥梁加固就是由于桥梁的耐久性达不到要求。所以在桥梁加固过程中，不但要求提高桥梁的承载能力，使桥梁结构更加坚固，还应注意到加固工程结束后桥梁的耐久性，保证桥梁在相当长时期内具有稳定的承载能力和使用性能。

1.3 经济合理的原则

进行桥梁的加固是一项非常复杂的工作，首先要全面估算加固成本，当中包括检查、检测和计算，如果运用上述技术手段不能有效确定桥梁的承载能力，就需采用荷载实验的方法来确定桥梁的实际承载能力，利用全面整合这些技术手段得到的数据，设计加固方案，在确定方案以后进行施工加固。根据上面这些工作流程可以得出，在进行桥梁加固时，有时规模很小，但加固工程涉及的内容却很多，因此大大增加了加固成本，要求在确定加固方案时，一定要首先考虑到加固成本。

1.4 以人为本的原则

第一，保证桥梁行车安全和桥梁较长的运用时间，如果发现桥梁有所损伤，则必须迅速组织有关力量进行加固，因为桥梁的损伤会随着时间的延长不断加重。第二，在进行桥梁加固时，要制订严密的施工计划，不但要注意施工人员的人身安全不受损害，而且还要保证施工质量，尽量减小施工对交通的影响，并且还要考虑到施工对环境的污染问题，保护自然环境不受损害。随着社会的发展与时代的进步，人们对于环境保护越来越重视，所以桥梁的加固工程也要考虑到环境保护问题。

2 长阳偏岩大桥概况

偏岩大桥位于318国道K1 288+584处，该桥为双跨正交拱桥，全长95.794 m，主拱为净跨76 m的空腹式（8腹孔）等截面钢筋砼双曲拱，f0/l0≈1/8，拱轴线为悬链线按恒载压力调整后确定。主拱圈由4肋+3波+2悬半波组合构成。主拱肋宽55cm，小拱波脚以下主肋高46 cm，小拱波净跨170 cm，副孔为净跨-5.5 m钢筋砼板拱，f0/l0≈1/8。原设计荷载等级为汽-15，挂-80。腹拱立柱为现浇钢筋砼结构，腹拱横墙为现浇砼结构。

3 桥梁病害状况

3.1 主拱圈病害

主拱肋多处出现沿肋边的纵向裂缝，裂缝长达数米，部分裂缝在肋底面和侧面闭合，并伴有砼脱落现象。经凿开裂缝部位查看，主肋钢筋严重锈蚀。主肋拱脚段肋边砼裂缝严重，纵向数条，裂缝横向、环向闭合。

3.2 腹拱，横墙病害

所有腹拱板均出现纵向裂缝，特别是腹拱跨中段裂缝密集，裂缝最宽处达2 cm，汉岸3号腹拱有两块腹拱板沿跨中断裂下沉。

横墙为现浇砼结构，4号5号腹拱前后横墙均出现竖向或竖斜向裂缝，缝宽0.8～2 cm，腹拱板端头处长期有水下渗，墙顶砼碳化严重，质地疏松，腹拱立柱有竖向应变裂缝，梁帽及表面水渍斑斑，砼碳化。

3.3 桥面系病害

栏杆部分缺失，桥面砼破损严重，呈碎块状，虽经几次维修，但每次维修后的使用期限仍然较短，最长1年后就全部破坏，桥面在腹拱断裂处沉陷。该桥曾于2007年7月进行荷载实验，检测结论认为需对腹拱及桥面系进行更换，对主拱肋、横墙、立柱、横隔板等进行加固和维修。2008年4月湖北省公路局曾委托湖北省交科院对该桥进行检查，根据检查的病害情况认定该桥存在安全隐患。

4 加固设计方案及施工重点

4.1 本桥加固方案

①主拱肋及横隔板加固。针对主拱肋病害状况，增大主拱肋截面，采用新增部分半包围结构形式，即拱肋三面环包厚15 cm的C40钢筋砼，桥台前墙加宽20 cm至桥台基础顶面。

横隔板加厚加大截面，即两侧面加厚15 cm的C40钢筋砼至主肋底面。

②主拱墩、横墙加固。横墙竖向或竖斜向断开裂缝段，首先凿除砼，然后布筋，现浇同原墙厚度相同的钢筋砼。立柱、横墙的竖向细微裂缝部分，用聚合物砂浆修补。台帽缺陷处凿去软弱层和碳化层，厚度较大的部分用钢筋砼修补，较小部分用环氧砂浆修补。

③腹拱及桥面系加固。腹拱及桥面系全部拆除，预制厚30 cm的C30钢筋砼拱板更换原腹拱板。腹拱填料填筑水泥稳定粒料，桥面铺装厚（15～20）cm钢筋砼桥面。重新预制安装栏杆和人行道。桥面原则上以原标高为控制标高。

4.2 施工重点

根据本桥加固设计方案，考虑现场多方面因素，如工期、资金、技术、设备等影响，施工难度大，特别是部分细部施工比较困难，其重点如下：

①在加固桥梁的主肋时，各种模板的利用方法。

②解决主肋加固过程中的平台安装、设备利用、材料运输和各个施工步骤的连接等。

③在浇筑主肋砼时，要高度重视材料的密实工作，尤其是顶端的材料密实工作。

④对拆除过程中出现的各种情况进行处理。

⑤施工建设中的采取各种安全措施。

施工总体设计如图1所示。

①钢筋制作加工场地：设在紧挨桥头的沥青拌和场空地内。

②砼拌和场地：设在偏岩桥川岸桥头空地20 m范围内。

③预制场：设在偏岩桥两岸道路上。

④项目部：设在离偏岩桥汉岸130 m处左侧农户家中。

⑤施工队驻地：设在离偏岩桥川岸50 m左侧的偏岩养护站院内。

4.2.1 腹拱横墙、立柱加固

腹拱横墙、立柱加固加图流程如图2所示。

加固注意事项：

①横墙断开裂缝部分的加固。横墙大面积破损修补原则是将断裂或破损部分采用人工凿除，顺横墙方向植入水平钢筋，然后制安竖向筋和箍筋，立模、浇注砼至标高。

施工要点：必须采用人工辅以小型机具凿除，不能破坏其它未损坏部分。

②腹拱立柱、横墙细小裂缝的维修。此部分人工沿裂缝方向凿除裂缝砼至内侧未裂面，然后用环氧砂浆修补。

③立柱横墙顶面标高调节及维修。本桥以现有的桥面标高为控制点，标高调整位置在腹拱横墙立柱顶端。凿除顶部缺陷砼，遇钢筋时进行切割，预凿10 cm左右高差，用于柱、墙帽的加固，顶部找平，柱帽顶部植筋并设钢筋网，提高整体受力性能。

4.2.2 主拱肋、横隔板加固

主拱肋设计加固是加大原肋截面，三面环包厚10 cm砼，加强钢筋，横隔板加大截面，与主肋加固后的底面平齐，两侧面环包厚15 cm砼，因本桥河道宽且深，水快涨快跌，不能单独搭设支架，在拱肋底浇砼难度大，施工困难，初步拟定拱顶两端搭设支架和吊架共同组成施工平台，吊架在主拱下水平、竖直移动，以解决施工中的相关问题。主肋及横隔板现浇砼模板，利用锚固钢筋悬挂固定。

主肋施工顺序安排和原则：一次连续浇注成型一片主肋，肋片按3，1，4，2顺序先后浇筑。浇筑主肋砼时，与主肋交叉的所有横隔板模板同时浇筑。横隔板模板全部安装完成，所有施工缝均留于横隔板上，每块横隔板浇筑的长度不短于0.5 m。纵向相邻横隔板施工缝必须前后错开0.3 m左右，主肋在浇筑中两侧对称均衡施工。

施工工艺流程：吊架就位→粘结钢板拆除→锚固筋孔位放样→打孔植筋→缺陷砼凿除→砼表面凿毛→凿毛后清洗→原外露钢筋除锈→新加钢筋绑扎安设→模板安装→检查验收→浇筑砼→拆模养护。

①吊架设备制作、安装。用不同型号槽钢、角钢焊制桁架型吊架，两吊架中间用钢管刚性连接，形成一个可移动的吊挂设备单元，形状结构见图3吊架立面图。

吊架用钢丝绳吊于桥腹拱立柱帽顶的[200槽钢上，通过槽钢移动实现吊架水平移动，通过手摇轱辘实现吊架垂直移动，平面布置详见图4吊架平面图。

桥两端旱坡及浅水区域范围各搭设长15 m支架（靠近前墙端2.5 m长空间不需搭设支架）。支架与吊挂用钢管连接，形成施工平台，吊架共计5片。

②主肋、横隔板凿毛清洗。原构件砼缺陷部分全部凿除，用钢刷清洗老混凝土的表面，将混凝土表面的泥土、粉尘、油污及碎渣清洗干净。用凿子将砼表面凿毛，露出骨料，凿成间距3 cm，凹凸差不小于6 mm的小坑，再用清水冲洗，用钢刷清洗小坑，将混凝土碎渣全部清除干净。在老砼表面上刷一层水泥净浆，其厚度为1～2 mm。

4.2.3 腹拱板预制安装

腹拱板施工工艺流程：地模制作→钢模制作→钢模安装→钢筋制安→浇筑混凝土→吊运堆放→安装。

①地模制作。地模采用M7.5砂浆和标准砖砌筑底座和侧墙，底座用水平仪测定标高，保证座底四周水平，中间空腹部分填筑砂石料，弧形顶面浇筑8 cm厚C25混凝土，然后用M10砂浆粉刷至尺寸要求。地模制作共20块，武汉方向9块，四川方向11块。

②钢模制作。钢模板采用L63、L50、L45角铁焊接主骨架，模边板焊厚2 mm铁板，其形状和尺寸满足腹板实体形状和尺寸。

③钢模安装。将制作好的钢模立于地模底座上，用φ20螺杆连接两钢模主骨架，底座直边3道φ70PVC管螺栓孔，弧形顶边7道φ30PVC管螺栓孔。

④钢筋制安。小腹拱板分中板和边板两种，其尺寸和钢筋分布略有不同，在钢筋制作安装过程中要加以区分。所用钢筋必须是经过检测合格的产品，表面无锈蚀，经钢筋调直机调直后的钢筋必须平直，无局部弯折。严格按照施工图纸对小腹板内所需钢筋进行加工，安装。

⑤浇筑混凝土。钢筋、模板经自检合格，报监理工程师验收合格后，方可进入砼浇筑，砼根据设计配合比拌和，各种材料经过磅秤现场称量至设计用量方可送至搅拌机，拌和均匀后由小型砼运输车运输至小腹板浇筑地点，人工用铁锹装入模内，由于小腹板模为梯形，上窄下宽，故在振捣时一定要注意下部的密实度。振捣时，振动棒不得碰到模板，振动到砼停止下沉，无显著气泡上升，表面平坦一致，呈现薄层水泥浆为止。在浇筑过程中应保证砼输送的连续性，还应经常检查模板、钢筋骨架以及预埋件的情况，保证其不受损伤或者移位。砼浇筑完毕应及时收光抹面，使其满足设计及规范要求。然后用土工布覆盖，并派专人洒水养护，待砼强度达到2.5 MPa以上方可进行拆模，拆模后整体覆盖并洒水养生。

⑥腹板吊装。预制腹板混凝土达到设计强度85%以上方可吊装。

工艺流程：测量放样→盖梁M10砂浆座浆找平→预制板运输→吊板就位→复测校正→浇筑板端接头处C30砼。

主要施工方法：将腹板运输至桥头，采用轻型设备，如扒杆，吊装就位，运输过程中必须保证板的简支状态，做到轻吊轻放。

施工要点：安装时从桥两头方向向跨中对称安装，在每孔的安装中，由中央向两侧对称安装，吊安设备严禁采用大型机械设备，防止对腹拱、立柱、立墙产生不均匀、较大的推力，破坏柱墙。板吊装就位后浇筑板端接头处C30砼。

4.2.4 桥面铺装

①施工工艺流程。施工放样→M10砂浆找平→防水层→钢筋制安→立模→砼浇筑→砼振捣→表面压光→抹面→拉毛→养护（切缝）。

②施工要点。底层钢筋垫块用C15砼预制，达到设计要求。钢筋网中间用短筋焊接支起，防止钢筋网塌落。腹拱填料顶面严禁滞留油污，浇筑砼前要清洗。砼浇筑顺序为从跨中方向向两头对称浇筑，砼一层浇筑到位，浇筑时不能在钢筋网上集中堆砌砼，防止钢筋网受压变形或移位。

5 结 语

随着我国经济的快速发展，交通运输行业也获得了发展的机会，随着车辆的负载越来越大，对公路桥梁提出了更高的要求，我国现有桥梁在过去很长时期内发挥了重要作用，但目前已不能适应经济发展的要求，必须进行加固与维修。本文依据桥梁加固最先进技术，运用某个桥梁加固的实例，主要探讨了桥梁加固过程中的设计、标准、施工、各种设备的安装等步骤，希望能够为今后类似桥梁加固工程提供参考。

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