旧桥扩宽加固的关键技术研究.pdf

Vol.49,No.9September,2023摘要：随着交通运输量和桥上荷载的大幅增加，很多年代久远的旧桥承载能力不够，使得安全事故的隐患越来越多。所以，旧桥加固是加强交通安全的重要保障。在一些旧桥主体结构没有损伤的情况下，对一些可以修复的部位进行强化处理，既能节省拆除旧桥时造成的资金浪费，又能节省施工所需的时间，保障交通即时恢复。旧桥加固的方法使旧桥的承载能力增加，并且使行车条件有所改善，增加了旧桥的使用寿命。对旧桥加固进行大量研究后，根据桥梁病害形成的原因，结合旧桥的损伤部位总结了常见的旧桥加固方法，制定了加固施工方案，并列举实例进行对比分析。旧桥加固后的结果显示，其满足承载力和当前交通运输的要求，对类似工程施工具有参考价值。关键词：旧桥；扩宽改建；加固中图分类号：U445.72文章编号：1 6 7 2-40 1 1(2 0 2 3)0 9-0 2 0 0-0 3D0I:10.3969/j.issn.1672-4011.2023.09.077Research on key technology of wideningand strengthening of old bridge(Zhongke Luheng Engineering Design Co.,Ltd.,Taiyuan 030000,China)Abstract:With the substantial increase of traffic volume andbridge load,many old bridges have insufficient bearing capacity,resulting in more and more hidden dangers of accidents.There-fore,the old bridge reinforcement is an important guarantee tostrengthen traffic safety.In the case of no damage to the mainstructure of some old bridges,the strengthening treatment of someparts that can be repaired can not only save the waste of fundscaused by dismantling the old bridge,but also save the time re-quired for construction,and ensure the recovery of traffic.Themethod of strengthening the old bridge increases the carrying ca-pacity of the old bridge,improves the driving performance and in-creases the service life of the old bridge.After conducting exten-sive research on the reinforcement of old bridges,based on thecauses of bridge diseases and combined with the damaged partsof the old bridge,common reinforcement methods for old bridgeswere summarized,and reinforcement construction plans were de-veloped.Examples were cited for comparative analysis.The re-sults of strengthening the old bridge show that it meets the re-quirements of bearing capacity and current transportation,andhas reference value for similar engineering construction.Key words:old bridge;borcadening and rebuilding;strengthen收稿日期:2 0 2 3-0 4-1 1作者简介：刘俊伟（1 9 9 3 一），男，山西繁峙人，硕士，助理工程师，主要从事桥梁设计工作。2005川建材Sichuan BuildingMaterials旧桥扩宽加固的关键技术研究刘俊伟（中科路恒工程设计有限公司,山西西太原0 3 0 0 0 0)0引言由于国家现代化建设以及交通运输业的迅速发展，使得桥梁所能承担的荷载迅速增加，对道路等级的要求也越来越高。很多年代久远的旧桥所承担的交通荷载也逐渐增加。比如修建于乡村和城镇的各级公路桥梁，随着服务年限的增加出现了各种程度的损伤。旧桥出现损伤的原因主要有交通运输量的增大、重型超重车辆增加以及桥梁超载现象严重、自然灾害的影响。很多年代久远的旧桥，由于当时的设计荷载较低，对现在来说，这些桥面宽度并不满足现在的交通要求。如果重建桥梁，费用过高而且会影响交通运输。因此,利用原有完好的旧桥主体结构对桥梁进行扩宽或加固成文献标志码：A为一项重要的工程项目。对旧桥进行扩宽和加固，使原有旧桥的承载能力有所提高，满足目前交通运输的要求及安全，延长旧桥的使用寿命)。在旧桥加固的研究中，总结加固公路旧桥方面取得的一些经验，对常见的桥梁加固方法进行详细的总结,并结合实际案例进行阐述，希望对类似工程有所帮助。LIU Junwei1桥梁病害的形成原因造成桥梁病害的原因有很多，比如荷载的增加、材料强度的问题、结构设计的不标准、自然灾害的影响、施工质量的不确定性。主要的原因有：原桥梁设计荷载偏低，材料强度不过关，后期车辆荷载过大；结构设计中过分追求造型，对结构形式考虑不周全，桥梁不实用；桥梁排水能力差，并在日晒淋雨中基础受损，影响使用；前期施工时，桥梁的施工质量不过关，未按照施工规范进行施工；自然灾害对桥梁产生的影响；交通运输业发展迅速，重型车辆增加，超出旧桥承载能力范围，使桥梁出现一定程度的损伤，加速桥梁老化。21旧桥上部结构加固改造2.1预应力碳纤维板加固法利用碳纤维板对旧桥加固有很大优势，自身的重量较轻、强度较高且耐腐蚀 2 。使用碳纤维板对旧桥进行加固，加固后旧桥的整体重量增加较少，不影响旧桥的外形美观度。并且碳纤维板的抗腐蚀性与耐久性都很好，具有很高的强度,施工流程较简单，使用起来方便快捷。在旧桥加固中，使用预应力碳纤维板能够有效提升桥梁结构性能，提高桥梁的承载能力。2.2增大截面和配筋加固法当原来桥梁的承载力不满足交通运输的要求，且桥梁自身的刚度不够时，可以使用钢筋混凝土对桥梁的截面进行扩大处理,增大桥梁构件截面，并在增大截面处配置钢筋，提高第49 卷第9 期2023年9 月第49 卷第9 期2023年9 月配筋率。增大截面和配筋加固法主要是通过增加桥梁底和侧面的尺寸并配置主筋，使桥梁的有效高度增加，增大桥梁的刚度，极大提高了桥梁的抗弯刚度和承载能力。一般情况下，增大截面和配筋加固法采用加厚桥梁板和增加梁肋板宽度的办法。2.3粘贴钢板（筋）加固法随着交通运输量的增加，车辆荷载逐渐增加，旧桥承载力不够，纵向主筋锈蚀情况严重，旧桥的主梁会产生横向裂缝。检查桥梁的损伤部位，设计加固钢板的具体形式和规格。具体施工过程是将钢板固定在桥梁结构损伤部位，强化桥梁结构的受力情况，发挥钢板强度的同时修复粘贴处的裂缝,并对周围混凝土产生约束，与桥梁结构形成整体，提高桥梁的承载能力 3 。使用粘贴钢板（筋)加固法对旧桥进行加固时，需要根据具体损伤部位设计一对一的粘贴钢板，使粘贴钢板充分发挥作用，提升旧桥加固部位的抗弯、抗剪能力。这种加固方法的特点是：可以有针对性地加固损伤部位，保持原结构的尺寸不变，加固效果好；施工工艺较简单，施工周期短，不影响旧桥使用；性能稳定，抗冲击能力强。2.4体外预应力加固法体外预应力是指在受拉区利用预应力结构加固原有旧桥的方法。体外预应力加固法是利用预应力构件，如粗钢筋、强度较高的钢丝或钢绞线等材料对桥梁上部结构施加体外预应力的方法加固旧桥。预应力构件能有效抵消桥梁上部结构的自重应力，并增加桥梁的承载能力，主要对桥梁进行卸载的作用，提高桥梁的承载能力。此类方法的优点是：使用的材料重量较小，能够利用预应力对原有桥梁的结构进行预应力处理，使桥梁结构的刚度得到有效提升；因为预应力构件自身重量较小，故不影响桥梁的整体重量,对基础产生的附加重量较小，无需对基础进行多余加固，减少成本；利用体外预应力加固法对桥梁进行加固时，不需要封锁交通，对交通产生的影响较小，可随时对桥梁进行加固处理。此种方法不仅可用于桥梁的永久加固，而且可以对桥梁进行临时加固。2.5增设纵梁加固法（拓宽改建）在原有桥梁墩台地基能正常使用，且承载力满足现有车辆荷载的情况下，可增加承载力和刚度，并增加新的墩台，使新梁与旧梁相连接,增加桥梁的承载力。由于增加了新的桥梁，新梁和原有梁可以共同承担车辆荷载，使得原有桥梁承担的荷载减少，所以扩宽后桥梁整体的承载力增加，刚度变大 4-5 ,并且桥梁路面变宽，方便了车辆通行。为保证新旧桥梁能够共同工作，必须注意做好新旧梁之间的横向连接。横向的连接方法有企口铰接、键槽联接、焊接及钢板铰接等，使新增主梁与旧梁牢固连接，可提高主梁之间的横向连接刚度，有利于荷载的横向分布。3旧桥下部结构加固改造3.1扩大基础加固法当基础埋深太浅或被水冲刷露出基础，且桥墩和桥台是砖石或钢筋混凝土基础时，需要计算基体荷载，再根据地基土所承受的承载力确定需要加宽的基底面积。5川建材SichuanBuildingMaterials3.2增补桩基加固法如果桥墩和桥台基底下出现液化层时，墩台会下沉凹陷,这种情况下,需要对原桥梁增补桩基进行加固 6-7 。具体是在桩基周围增设桩基，提高基础的承载能力，增加基础的稳定性。3.3钢筋混凝土套箍或护套加固法当桥梁墩台由于基础埋深不够，或因施工质量控制不严等原因导致墩台开裂时，有时会出现贯通裂缝，可采用钢筋混凝土围带或钢箍进行加固。将裂缝表面开裂部位凿成凹槽，然后用填充材料进行修补，对固定不动的裂缝通常用普通水泥砂浆、膨胀砂浆等刚性材料进行填充，对于活动裂缝则用弹性嵌缝材料进行填充，防止裂缝延伸。最后，利用钢筋混凝土围带或钢箍进行加固。3.4墩台拓宽加固法在原有旧桥的基础上，在桥梁墩台周围增加截面宽度，然后安装靠墩台盖梁挑出悬臂加宽部分，以便安装上部结构。4工程案例某市原有2 1 0.0 m钢筋混凝土简支空心板桥（如图1所示），桥址上游流域面积2 6.5 km，2 5 年一遇洪水最大流量1 7 3.4m/s。原桥长3 5.6 m，桥宽1 7.6 m，桥面净宽1 4m，墩高3.3 m，桥台为重力台，桥墩为重力墩，现桥梁主体结构完好，桥上水泥混凝土路面局部有坑槽、断板、露骨。因为交通运输原因，需要对桥梁进行加固处理。公路等级为三级公路，荷载等级为公路级。地震基本烈度VI度，地震动峰值加速度为0.1 0 g。地貌单元类型为侵蚀剥蚀构造中低山地貌，地貌有山荒斜坡、平顶山等,地层岩性主要为第四系全新统（O4）人工素填土;第四系上更新统冲洪积(Q，1+p)）卵石，密实状；上古生界上统石炭系太原组（C3t)砂岩、夹泥岩、页岩，含煤线，砂岩与泥页岩呈互层状，上覆修建公路堆填的填筑土，砂岩为较坚硬岩，承载能力较高，卵石及泥页岩承载力较低，地基稳定性一般，场地地势相对较高，无地表水径流，仅在雨季有水沿山坡漫流，地下水较深，受大气降水影响较大，水文地质条件较简单，场地无不良地质现象，无特殊性岩发育，无其他大型地质构造，工程地质条件较简单，场地类别为类，地震动峰值加速度为0.1 0 g,对应的地震基本烈度为V度，地震动反应谱特征周期为0.40 s，场地稳定性较好，适宜工程建设。河流主要由大气降水形成，地下水补给量小，地表水径流顺地形坡降，由高而低补给地表水和地下水，暴雨期间可形成间歇性洪水。桥涵孔径和净空主要受河床宽度和洪水位控制。用水文分区经验公式：Q,=CFQ 2%=K FmlVol.49,No.9September,2023图1 原有小桥(1)(2)201Vol.49,No.9September,2023式中：C为依据地貌确定的系数；S相当于设计洪水频率的1 h降雨量,mm/h;F为汇水面积,km。计算流量可以得到：小桥的设计流量Q2%=174.7m/s，为桥位处5 0 年一遇合理可靠的洪峰流量。现状桥梁可利用，但又因桥梁宽度不够，需增加1 3 m宽桥梁（3 m人行道+1 0 m车行道），以满足行人及停车场通行问题。根据现场情况，在现有桥梁左侧增加新建钢筋混凝土连续板桥，全长2 5.0 m，跨越现状河流。桥梁总宽1 3.0 m，上部结构采用2 1 0 m钢筋混凝土连续板；下部结构采用U台，基础为扩大基础，桥墩采用柱式墩，基础也为扩大基础。本桥位于直线上，右前夹角7 0 墩台径向布置。为了满足交通运输的要求,计划在原有小桥的基础上进行改建扩宽。对原有小桥进行桥面补强层加固,并增大小桥的横截面，在增大的桥面下增加新的桥台和桥墩。原有小桥桥梁主体完好，但桥上的水泥混凝土路面不平整，有凹陷,并出现断板和露骨的情况。先对原有的桥面进行修补，然后对原有小桥采用增设纵梁加固的方法进行改建，并在增设纵梁的部分添加新的桥台和桥墩，如图2 所示。1750工7 0 0现状桥梁图2 小桥改建后构造图（单位：cm）对原有小桥加宽的上部结构为2 1 0 m普通钢筋混凝土连续板梁，桥面总宽1 3 m，桥梁总长2 5 m，共1 联，0 号桥台设1 道伸缩缝，2 号桥台设桥面连续。桥台采用U型台，基础为扩大基础，桥墩采用柱式墩，基础也为扩大基础。实心板采用C40混凝土现浇，横坡通过整体旋转梁体调整，板厚7 5 cm。扩大基础密实卵石层1.0 m,且地基承载力400 kPa。桥梁施工前，承包人应对全桥上下部结构坐标、高程及细部尺寸进行复核，并对所有墩台处纵横地面线进行实测，结合施工条件核实地系梁是否有提高或降低的可能；核实桥梁宽度、超高方向和坡度是否与路线总体资料一致，充分理解设计意图，确保无误后方可施工。如有疑问或发现问题应及时联系相关部门进行处理，不得擅自盲目施工。另外，桥区施工便道应合理规划，不得改变墩台处原有地形，避免对墩台造成不利影响。在原有旧桥的基础上，对旧桥桥面进行加宽，并增加了新的桥台。利用迈达斯软件对改建方案进行模拟分析，改建后方案的承载力显著提高。结果显示，此次加固方案效果很好，满足交通运输要求。5结论旧桥维修与加固是重要的工程，它能极大地节约资金和川建材SichuanBuildingMaterials社会资源，在原有桥梁结构主体能继续使用的情况下，对桥梁进行加固处理，以满足交通运输要求。在加固和拓宽之前,必须要进行充分的调查和检测，必要时还要进行荷载试验。在对需要加固的桥梁和周围地理、水文条件进行充分调研，并根据桥梁损伤部位进行经济优化分析之后，设计合适的扩宽和加固方法，保证新旧桥的安全稳定作用。旧桥扩宽加固是一份极具技术性的工作，而且危险系数较高，所以对旧桥加固的设计要求较高。在施工方面，需要经验丰富且技术过硬的施工队来完成。对于不同桥梁加固方案的选择尤其重要，直接影响到加固后的效果。在对旧桥加固的研究过程中，主要得出以下结论。1）旧桥的上部结构较完整，路面能满足目前交通运输的要求，但桥梁出现裂缝，不满足承载力的要求时可以采用预应力碳纤维板加固法、增大截面和配筋加固法。如果桥梁的主筋锈蚀严重，可以采用粘贴钢板（筋）加固法对桥梁进行加固。2)旧桥桥梁的刚度不够的情况下，可以采用增大截面、配筋加固法和体外预应力加固法。增大截面和配筋加固法主要是通过增加桥梁的有效高度，并增加配筋的方法提高旧1.300+300￥9504cm厚细粒式沥青混凝土AC-13防水层Ocm厚C40混凝土设计高程1.5%205设计第49 卷第9 期2023年9 月桥的承载力和刚度；体外预应力加固法是对旧桥上部结构施加体外预应力的方法加固旧桥。3）旧桥下部结构承载力不足的情况下，应根据具体情况采取具体加固措施。因冲刷深度不足，被水冲刷露出基础，需要根据实际承载力加宽基础；由液化层或其他原因引起的墩台下沉,需要在原有基础附近增设桩基，提高基础的承载力；因施工质量或其他原因导致墩台开裂时，可采用钢筋混凝土围带或钢箍进行加固。4）如果旧桥的桥面宽度不满足现有交通运输量的要求，需要对桥面宽度进行加宽。这时需要计算上部荷载，并对旧桥进行安全检测，采用增设纵梁加固法（拓宽改建)对原有桥面进行扩宽，并在新增设的桥梁下方增设新的墩台结构。上部结构应采用与原有结构相近的结构进行设计，使新增设的纵梁与旧桥能更好的结合，整体性好，在使用中有很好的体验，且社会效益与美观性较好。ID:015574参考文献：【1 中华人民共和国交通运输部.公路工程技术标准：JTGBO1一2014S.北京：人民交通出版社,2 0 1 4.2侯鹏.预应力碳纤维板技术在旧桥加固中的应用 J.交通世界,2 0 2 2,2 9(2 9):1 46 -1 48.3李良杰.旧桥结构加固关键技术与工艺探讨J.山西建筑，2020,46(1):142 145.4郭南华.旧桥拓宽加固的技术方法与实施 J.黑龙江交通科技,2 0 1 0,3 3(1 2):7 1 -7 2.5冯忠居，陈锦华，刘星越，等.高速公路改扩建旧桥加宽桩基础差异沉降控制离心模型试验J.长安大学学报（自然科学版),2 0 2 2,42(2):1 -9.6赵邦坤，孙福元.高速公路旧桥桥墩下部结构替换工程工艺探究 J.工程技术研究，2 0 1 9,42（2 1）：5 2-5 37李志聪.在役公路旧桥维修加固方案探讨J.四川建材，2019,45(4):254 255.202