桥梁横向联系加固设计方案比选研究——以芜屯路跨线桥为例

于俊鹏 （安徽理工大学土木建筑学院，安徽 淮南 232001）

1 引言

横向联系是桥梁的重要构件，在提高桥梁整体刚度、保持桥梁完整性与稳定性方面发挥着至关重要的作用。桥梁结构的横向刚度和整体性会随着横向联系功能的衰退而降低，同时不同梁体之间的协同工作受到破坏，桥梁在横向不再形成一个整体。当横向联系完全破坏或失去作用时会出现“单梁受力”的情况，对桥梁安全造成很大影响。横向联系的常见加固方案多种多样，适用于不同的桥梁与环境，因此如何结合工程实际环境，选择合适的加固方案尤为重要。

2 常见加固方法

2.1 桥面补强层加固法

2.1.1 加固原理

桥面补强层加固法是在旧桥表面重新加铺一层混凝土或钢筋混凝土补强层，如图1所示。这种方法在加固设计时考虑了铺装的叠合效应，新施做的桥面补强层与原有桥面铺装形成组合结构，增加了湿接缝的截面高度，增大了混凝土的受压区面积，不仅提高了结构的强度，而且改善了铰接板梁结构的荷载横向分布，从而提高桥梁结构的整体性和承载能力。

图1 桥面补强层加固法施工图

2.1.2 加固方法评价

桥面补强层法的优势在于仅仅需要在桥面施工，工艺简单易行，并且在提高桥梁横向联系的同时，也能改善行车舒适性；缺点则是会增加桥面自重荷载，并且有短时间的封闭交通需求，对交通量较大的桥梁难以实现。

2.2 重新铺装法

2.2.1 重新铺装法的加固原理

当湿接缝的强度丧失严重，无法继续保证桥梁结构的整体稳定性时，必须重新施做湿接缝。重新铺装法是施做新的湿接缝来替换旧的湿接缝，保证湿接缝传递梁体之间的剪力和弯矩的能力，如图2所示。

图2 重新施做湿接缝

2.2.2 加固方法评价

重新铺装法可以解决多方面的问题和病害，但是这种方法的工作量较大，成本相对较高，并且也有短时间的封闭交通需求，对交通量较大的桥梁难以实现。

2.3 横梁加强法

2.3.1 横梁加强法原理

所谓横梁加强法就是对桥梁的横隔梁进行补强。具体方法是在梁体上固定钢板后，在相邻的梁体间、钢板上焊接型钢，以作为原有横梁的补充。横梁加强法能够合理地改变结构内部应力传递的路径，从而减小有效截面即湿接缝内部应力的大小，横梁加固法现场图片如图3所示。

2.3.2 加固方法评价

横梁加强法的优势在于不会造成原有结构的损伤，并且施工质量容易控制，经济高效而且工期较短；其缺点则在于横梁加强法一般需要搭设脚手架等作业平台，对桥下状况较为复杂的情况下不适用。

图3 相邻梁体间施加型钢

2.4 粘贴钢板法

2.4.1 粘贴钢板加固法的原理

一般情况下，主梁在荷载作用下，湿接缝处受到一定的弯矩和拉应力的作用，湿接缝处的破坏一般都是拉裂破坏，而粘贴钢板加固法就是在钢筋混凝土结构表面粘贴抗拉强度比较高的钢板来提高结构抗弯和抗拉能力，粘贴钢板加固法的施工效果如图4所示。在湿接缝强度不足的情况下，粘贴钢板，相当于在受拉区薄弱的位置增设了补强钢筋。钢板与混凝土之间相互作用，形成一个整体，使湿接缝的刚度大大提高，能够有效抑制裂缝的产生和发展。

2.4.2 加固方法评价

图4 粘贴钢板的现场照片

粘贴钢板法不会造成原有结构的损伤，并且施工质量容易控制，且不改变桥梁应力分布的情况以及结构的自重和截面形式，经济高效而且工期短；但是这种方法需要搭设脚手架等作业平台，对桥下的作业空间有一定的要求。

3 芜屯路跨线桥横向联系加固

3.1 工程概况

芜湖县G329芜屯路上跨皖赣铁路桥，全长（含桥台）127.2m，桥面全宽25m，桥梁平面线形为直线。上部结构为4×30m装配式部分预应力混凝土先简支后连续组合箱梁，梁高1.6m；每跨由两片边梁，六片中梁组成。下部结构桥墩采用单排桩柱式墩；墩柱直径1.4m，墩下接直径1.5m的钻孔灌注桩，桩间设系梁。桥台采用肋板式桥台，基础为直径1.2m的钻孔灌注桩。桥面铺装采用10cm沥青混凝土+6cm C40水泥混凝土。桥梁第三跨跨越皖赣铁路，如图5所示。

图5 芜屯路跨线桥工程概况

3.2 拟采用的加固方案

根据该桥梁的实际情况，对5种加固方案进行必选，如表1所示，具体情况如下：①重做C50混凝土湿接缝，即除去旧桥面材料和湿接缝后重新施做湿接缝、调平层和铺装层；②加铺10cm厚的C50混凝土横向连接层，即除去沥青铺装层，并加铺混凝土结构层和铺装层；③第1、2、4跨梁体腹板间加H型钢支撑，湿接缝下缘粘贴钢板，第3跨距桥墩一定范围内的腹板间加H型钢支撑。由于第3跨跨越皖赣铁路，施工作业空间受到一定限制，只能采取局部范围加固措施；④第1、2、4跨梁体腹板间加H型钢支撑，湿接缝下缘粘贴钢板，第3跨重做C50混凝土湿接缝，即破除第3跨沥青铺装层、调平层和湿接缝，再按原设计要求重新施作沥青铺装层、调平层和湿接缝；⑤第1、2、4跨梁体腹板间加H型钢支撑，湿接缝下缘粘贴钢板，第3跨不做处理。型钢撑杆配合粘贴钢板的加固方式如图6所示。

拟采用的加固方案 表1

不同横向联系加固方案比选 表2

图6 粘贴钢板与增设型钢撑杆加固示意图

3.3 方案比选

本论文根据桥梁实际状况对芜屯路跨线桥横向联系设计了5种加固方案，表2从加固效果、经济成本、施工工艺以及部门合作四个方面对不同加固方案进行了对比。综合比较，虽然方案3的施工工艺比较复杂、部门之间协调工作较多，但是其经济成本最佳、加固效果较好，因此推荐方案3作为加固方案。

4 总结

横向联系是装配式桥梁施工过程中保证桥梁横向刚度和整体稳定性的关键结构。横向联系破坏是桥梁上部结构常见病害，考虑到不同桥梁所处环境的特殊性，选择合适的加固方案十分重要，如何应用新的加固技术和针对不同工程选择合适的加固方案是今后研究的方向。