内河水系旧桥梁的缺陷诊治与加固

朱 郁 尹 良

1. 苏州建设工程质量安全监督站 江苏 苏州 215002；2. 苏州中固建筑科技股份有限公司 江苏 苏州 215152

1 工程概况

某桥梁位于江苏省苏州市吴中区西塘北巷，为两地居民来往通行的主要通道，上部结构为简支空心板桥，跨径组合为5×8 m＋2×11 m＋13 m＋2×11 m＋4×8 m=129 m，桥面宽度为5 m＋2×0.6 m=6.2 m。上部结构由6片空心板组成，空心板宽度1.0 m，高度0.6 m，桥面为混凝土桥面铺装，厚度5.0 cm，采用双柱式桥墩（图1、图2）。现场荷载试验结果表明，桥梁结构等级评定为四类桥，结构承载力不满足现行荷载通行要求，严重影响了通行安全，加固修缮势在必行。

图1 桥梁下部结构

图2 桥面状况

2 加固修缮方案的确定

根据本工程中桥梁病害的特点，对应采用的加固方法汇总如表1所示[1-4]。

对加固修缮方案的比较和理解：

表1 湖中桥加固方案汇总

1）方案1：梁底粘贴钢板以提高结构抗弯承载力。跨河道盖梁增设支座，梁底部纵向粘贴钢板，钢板厚8 mm，每片空心板梁下共布置宽70 cm钢板（20 cm＋30 cm＋20 cm），钢板和空心板共同受力，大大提高了结构的抗弯承载力，且施工完毕后对河道无影响，造价较低。该方案的主要缺点为：锚固钢板对原结构的材料强度有一定要求，钢板受力有一定的滞后；需要在桥下搭设施工平台。此方案为推荐方案。

2）方案2：梁底钢丝绳＋聚合物砂浆。加固后高强钢丝绳及保护砂浆和原结构形成一个新复合体，从而改变了梁板结构的受压区混凝土高度，提高了桥梁结构的抗弯承载能力。该方案的主要缺点为：加固结构受力滞后，边跨加固施工困难，工期长，需要在桥下搭设施工平台；聚合物砂浆和钢丝绳施工工序复杂，张拉施工繁琐，造价较高。此方案为比较方案。

3）方案3：桥面枕木＋工字钢分配梁叠合梁加固法。该方案为一种临时加固法，施工结束后，工字钢和枕木可拆除。枕木横桥向布置，间距4 m（临时支座），工字钢位于枕木上方，纵桥向布置，工字钢顶部铺设厚1 cm钢板（图3）。该方案本质是一种“桥上桥”加固方案，桥面设置枕木作为支座，工字钢作为分配梁，有效地减小原桥荷载，对下部结构无影响，可对全桥桥面进行加固，加固结构为主动加固，桥面结构荷载传递到原桥。该方案的主要缺点为：不是永久加固，后期桥面临时结构需要拆除；桥面整体设置分配梁，造价较高。

图3 “桥上桥”加固示意

3 加固修缮的技术难点与要点

3.1 “壁可法”修补裂缝

对裂缝宽度大于0.2 mm且不贯通的裂缝和贯通不渗水裂缝进行灌浆补强，采用“壁可法”进行化学灌浆补强处理，通过裂缝的修补处理，增加结构的耐久性。在施工中能始终保证恒定的压力为30 N/cm2，保证裂缝胶体能渗透到裂缝末端。

3.2 空心板粘贴钢板加固

梁底部纵向粘贴厚8 mm钢板，钢板与空心板共同受力，提高结构的抗弯承载力（图4）。

图4 空心板梁底粘贴钢板横断面

为了减小对同一断面结构钻孔的二次损伤，将梁底化学锚栓的间距布置为梅花形。

3.3 通车条件下PLC同步顶升增设支座

PLC同步顶升技术原理：根据设计计算机PLC信号处理与液压系统，输入外部监控设施的位移信号，输出液压系统油量控制信息，利用终端的多组超薄油缸来达到平顺、安全与高效的顶升目的。

3.3.1 顶升施工托盘体系设计

桥梁顶升施工托盘体系有钢支撑、钢抱箍、钢牛腿、新增小盖梁结构、直接采用盖梁支撑等方案。考虑到桥梁原先无支座，盖梁顶部无安装千斤顶的空间，采用钢支撑方案时需要在河道打桩围堰施工，且技术难度高、成本大。综合比较后，最终采用钢牛腿作为顶升反力平台。由于盖梁表面有15 cm的异形截面，设计钢牛腿不具备足够的锚固空间，因此决定采用钢牛腿、分配梁作为支撑，同时考虑到原结构盖梁的老化、混凝土强度不足和顶升期间未完全封闭交通的情况，又增设3道竖向支撑作用在系梁上，竖向支撑采用工字钢HW 200 mm×200 mm，借助系梁的承载力，分配梁和钢牛腿具有了足够的安全储备，可以保证桥面通车时在动荷载作用下钢牛腿和化学锚栓的安全（图5、图6）。

图5 顶升系统总体布置

图6 顶升系统剖面布置

3.3.2 PLC同步顶升增设支座施工

原桥设计年代久远，未设置减隔震支座，在车辆长期的冲击荷载下，加剧了结构的破坏，经现场鉴定，对结构拟增设橡胶支座，增设支座有利于减小盖梁对结构的冲击，减小局部承压。施工前对结构采用PLC同步顶升法顶升施工，支座型号为矩形橡胶支座，截面尺寸为250 mm×250 mm×30 mm。

主要施工工艺流程：施工准备→顶升托盘体系施工→限位装置施工→同步顶升前施工准备→分级同步顶升施工→梁体受力托换→支座更换→落梁施工。

3.4 借助系梁和浮箱支撑的施工平台设计

现场施工时，受内河环境的限制，桥下无可用的船只设备，工程师提出了一种自制简易浮筒船的施工方案。事先在岸侧将浮筒采用脚手架夹具固定，放置水中作为临时平台，然后让施工人员在浮箱船上部开展水中脚手架的施工。水上施工平台全部采用不入河床的悬挑结构，脚手架置于系梁上方，在跨中位置设置浮箱以减小跨径，解决了水上脚手架施工的难题。

4 加固效果验算

根据检测报告的相关结论，计算采用MIDAS Civil空间有限元软件RC设计模块功能，设计验算荷载结构自重和人群荷载，将钢板等效为截面抗弯钢筋进行加固后承载力计算，同时考虑加固材料自重对结构的影响。通过加固前后桥梁结构状况的对比分析，证明了采取加固方案后，桥梁的抗弯承载力得到了有效提高（图7、图8）。

图7 加固前弯矩包络图（抗弯承载力不足）

图8 加固后弯矩包络图（抗弯承载力提高）

5 结语

1）苏州部分内河水系往往不适合采用大型的运输及吊装设备，给桥梁加固施工带来了巨大的困难。针对水上施工平台，提出了借助系梁和自制浮筒共同支撑的解决方案，水上施工平台全部采用不入河床的悬挑结构，将脚手架置于系梁上方，跨中位置设置浮箱以减小跨径，解决了水上脚手架施工的难题。

2）在不封交的情况下，为减小动荷载影响，考虑到原结构盖梁的老化和混凝土强度不足，在PLC更换支座期间，提出了借助系梁支撑分配梁和钢牛腿共同作用的解决方案。借助系梁承载力，分配梁和钢牛腿具有了足够的安全储备，可以保证动荷载作用下钢牛腿和化学锚栓的安全。

3）苏州内河水系桥梁加固需要综合考虑经济、环保、施工技术的可行性等多重因素[5-10]，本文介绍的加固方案对河道几乎无污染，施工加固效果明显，且成本低，可为同类工程提供参考。