浅谈简支梁桥安全加固方法分析

吴寅文

摘要：我国公路桥梁大部分为建国后所建，由于年代的变迁，设计标准也在不断提高。20 世纪70 年代前后为汽车-10 级、汽车-15 级，70～80 年代末至2004年在一些重要的干道上部分桥梁设计标准提高到汽车-超20 级。2004 年后，公路桥梁设计标准为公路I 级，公路II 级。桥梁在建造和使用过程中，会受到环境影响、有害化学物质的侵蚀，并承受车辆、风、雨雪、地震、人为因素等外来作用，同时由于采用材料自身性能的退化，导致结构各部分发生不同程度的损伤和劣化。

关键词：混凝土；简支梁桥；加固；分析

中图分类号：TU37文献标识码： A

１混凝土简支梁桥存在的主要病害

我国已修建大量混凝土简支梁桥，普遍出现不同程度的功能及结构病害，主要表现为：

１）混凝土表而剥落、渗水，钢筋锈蚀、局部破损露筋等。

２）桥面铺装出现破损、沉陷；翼缘板出现顺桥向被剪断严重病害。

３）跨中挠度过大，超过规范允许值。

４）梁底出现横向裂缝，多发生在跨中，自下缘向上发展，一般在中性轴以下。腹板出现斜裂缝，往往发生在支座附近，由下部开始沿着与轴线成２５°～５００°的角度开裂。

５）横隔板以及梁与横隔板连接处出现裂缝，裂缝由下向上，而且不规则。

６）梁端头出现破损、开裂、钢筋外露的现象。

2 工程案例

某在役公路梁桥，始建于1967 年，桥梁上部结构为14 孔16.3 m 钢筋混凝土简支梁，全桥长为235.2 m，每孔5 片工字梁加少筋微弯板组合结构，原设计荷载汽-15 级，桥面净空7 m。下部为双柱式钻孔灌注桩。由于该桥设计标准偏低、桥梁年久失修，桥梁现状难以满足目前一级公路荷载的交通运输需要，致使汽车车辆过桥时引起结构的激烈振动，严重影响行车的平顺与安全和结构的正常使用。

3 桥梁检查

1）桥面系。桥面铺装层为水泥混凝土结构加沥青混凝土铺装，基本平整，无严重开裂与破损现象，桥面净宽和排水横坡与设计基本相符。排水管数量基本满足使用要求，但排水管大部分已经堵塞，不能有效排水，导致水从主梁部位流下，加速了主梁的风化侵蚀。伸缩缝因年久失修，破损较严重，主梁正常伸缩受阻。

2）主梁。经检查，主梁的梁高、肋宽、间距等基本与设计相符。桥面板开裂和破损现象较为严重。主梁混凝土有不同程度的开裂现象，而各主梁混凝土在跨中附近大约10 m 范围内的开裂较严重。桥梁肋部混凝土部分已经开裂，少数裂缝宽度已达0.3 mm。

3）支座。检查发现，该桥钢板支座已被尘埃堆积掩盖，钢板锈蚀，上、下座板的滑移与转动受阻，车辆行驶在支座位置处时，震动较大，桥梁支座不能保持正常工作状态。

4）墩台。盖梁顶负弯矩受拉区存在不同程度的开裂和破损现象，个别位置较为严重。柱式墩身存在开裂等破损现象。

根据桥梁细部检查结果，按交通部标准JTG H10-2009 《公路养护技术规范》的有关规定，以上部承重构件为桥梁技术状况的主要评定指标，其中有一项不符合指标者，按降一类处理的规定，针对该桥主梁混凝土裂缝的最大宽度已达0.30 mm，超过有关规定的限值0.25 mm[2]，结合桥梁其他各部位的技术状况，该桥的技术状况综合评定为三类桥梁，并应对该桥梁采取大、中修或加固措施以改善桥梁的现状。

4 混凝土简支梁桥加固分析研究

桥梁加固的一般原则：梁桥加固必须贯彻“预防为主，防治结合”的方针，使桥梁经常处于完好的技术状态，达到安全、耐久的目的，通过维修消除病害，恢复桥梁原设计能力。混凝土简支梁桥的加固设计分为上部加固设计和下部加固设计。

4.1上部加固设计方法

１）增设纵梁法．在墩台地基安全性能良好，并有足够承载能力的情况下，可增设承载力高和刚度大的新纵梁；当地基承载力不足时，必须同时对地基采取加固措施。新增主梁与旧梁连接，共同受力，从而达到提高承载力的目的。当新增主梁位于两侧时，则兼有加宽的作用

２）桥面补强层加固法。通过一定的工艺和补强措施，在梁顶面上加铺一层钢筋混凝土面层，使其与原有主梁形成一个整体，达到加厚主梁高度和增大梁的抗压截面的目的，以提高桥梁的承载能力。

３）增大梁截面和配筋加固法。在梁底面或侧面，加大钢筋混凝土截面（增配主筋），使梁抗弯截面加大，提高梁的承载能力。

４）型钢粘贴锚固法。用环氧树脂类胶粘剂，将钢板（或槽钢）粘贴锚固在混凝土结构的受拉缘或薄弱部位，使其与原结构形成整体，以钢板代替钢筋作用，提高梁的承载力。该法具有施工简单、快速，现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业，对生产和生活影响小，且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响等优点，是一种适用面较广的先进加固方法。但由于钢板自身易受自然环境，如酸雨等自然现象的腐蚀破坏，使加固效果大打折扣，这就使人们去寻求更好的抗腐蚀材料的加固方法来取代粘钢加固法。

５）增设支点加固法。增设支点加固法是在梁、板等构件下增设支点，改变桥梁结构受力体系，达到提高桥梁承载力的目的。如在简支梁下增设支架或桥墩，把简支梁之间通过纵向连接，由简支梁变成连续梁，在梁下增设钢析架等加劲梁或叠合梁，减小梁的内应力，达到提高桥梁承载力目的。梁、板在跨中增设支点后，减小了跨度和内力，相应提高结构总体承载力，并能减小和限制梁、板的挠曲变形。该法简单可靠，但易损害建筑物的原貌和使用功能，并可能减小使用空间，适用于具体条件许可的混凝土受弯构件的加固。

６）预应力加固法。应用预应力原理，以梁身为锚固体，通过张拉，对梁的受拉区施加应力，以抵消部分自重应力，减少活荷载作用下的应力增量（对梁起卸载作用），从而减少或避免梁上出现裂缝，提高梁的耐久性，可作为重车通行的临时加固手段，也可作为永久性提高桥梁荷载等级的措施。

4.2下部结构设计方法

１）扩大基础加固法。扩大基础、扩大底面积加固，称为扩大基础加固法。此法适用于基础承载力不足或埋置太浅，而墩台又是砖石或混凝土刚性实体式基础的情况。扩大基础底面积应由地基强度验算确定。当地基强度满足要求而缺陷仅仅表现为不均匀沉降变形过大时，采用扩大基础加固

２）增补桩基加固法。在桩式基础的周围补加钻孔桩或打入钢筋混凝土预制桩并扩大原承台，一次提高混凝土的承载力，增加基础的稳定性。增补桩基加固法的优点是不需要抽水筑坝等水下作业，且加固效果显著。

３）人工地基加固法。当基础下面的天然土基松软，不能承受很大的荷载，或者上层土壤较好，但深层土质不良引起基础沉陷时，可采用人工地基加固方法，以改善提高基础的承载能力。一般常用的有砂桩法和注浆法。

４）钢筋混凝土套箍或护套加固法。适用于桥梁墩台因受冲刷磨损、变形侧移或施工质量不好等而出现贯通裂缝的情形。为防止裂缝的继续发展，使之能正常使用，可用钢筋混凝土套箍或护套进行加固。

５）桥台滑移倾抖的处理。包括支撑法加固、增建挡土墙法加固、减轻荷载法加固。

６）锚固加固法。采用拉杆加固改造桥台，当桥台的侧墙发生外倾时，可以利用拉杆予以加固。

７）水泥灌浆法补强桥梁下部结构。适用于桥梁建于软弱地基上，受洪水冲刷而发生沉陷导致墩身位移时采用。

5 结束语：

长期以来人们对预应力混凝土梁桥结构的耐久性问题一直未能给予足够的重视，加之勘探、设计、施工及使用过程中多种因素的影响，诸多混凝土结构先后出现不同程度病害，导致结构耐久性、适用性、安全性的降低，进而影响了结构的正常使用，并给交通运行安全带来隐患。目前，随着我国宏观经济建设的快速发展，交通基础设施建设也得到了飞速发展。预应力混凝土简支梁桥作为公路的重要组成部分之一，其耐久可靠性对保障公路的正常使用、安全运营、发挥公路的潜在通行能力以及提高公路的运营效益等方面具有非常重要的作用。