公路橋梁加固設(shè)計的技術(shù)要求探析

史立新

（安慶市公路管理局，安徽安慶 246002）

公路橋梁加固設(shè)計的技術(shù)要求探析

史立新

（安慶市公路管理局，安徽安慶 246002）

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62－2004）（以下簡稱《公路橋規(guī)》）和《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60－2004）的規(guī)定，結(jié)合近些年來安徽省在公路橋梁加固設(shè)計、施工、組織與管理方面的新成果和新經(jīng)驗，提出了公路橋梁加固維修應(yīng)遵循的基本原則。在此基礎(chǔ)上，針對公路橋梁的實際受力情況，提出了在加固設(shè)計、施工過程中應(yīng)滿足的基本要求，可有效指導(dǎo)今后公路橋梁的加固設(shè)計與施工。

公路橋梁；加固設(shè)計；基本原則；技術(shù)指標(biāo)

0 引言

隨著全國通車公路里程的迅速增加與城市建設(shè)規(guī)模的不斷增大，橋梁總數(shù)大大增加，危舊橋數(shù)量也在不斷增長。因此，如何確?，F(xiàn)役橋梁的安全運營是公路養(yǎng)護(hù)管理部門的難題之一。從20世紀(jì)90年代初開始，安徽省每年投入專項資金對于沿線公路危舊橋梁進(jìn)行加固改造。然而，由于我國在橋梁加固基本理論方面的研究還不完善，所做的加固設(shè)計大多是參照現(xiàn)行橋梁設(shè)計規(guī)范進(jìn)行的，鑒于新舊橋梁在使用狀況上存在的巨大差異，造成部分加固維修存在較為嚴(yán)重的盲目性、片面性，甚至危及橋梁的安全運營［1］。為使今后的加固設(shè)計、維修工作有章可循，經(jīng)過全省公路工程技術(shù)人員和科研工作者的不懈努力，安徽省在橋梁檢測評價、維修加固、施工工藝和新技術(shù)、新材料的研究應(yīng)用等方面也積累了許多寶貴經(jīng)驗，總結(jié)出了在橋梁加固設(shè)計中應(yīng)遵循的基本原則與技術(shù)要求，為今后公路橋梁的加固維修提供了依據(jù)。

1 橋梁加固設(shè)計的基本原則

橋梁加固是為恢復(fù)或提高橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力或抗災(zāi)能力，或為滿足某種特殊需求而對橋梁的局部構(gòu)造或整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)或改善。橋梁加固是一項十分細(xì)致而又極具靈活性的工作，它所需要考慮的因素涉及到力學(xué)、材料學(xué)、結(jié)構(gòu)工程學(xué)等多個學(xué)科。一般情況下橋梁加固維修方案的擬定，首先要根據(jù)橋梁現(xiàn)有的技術(shù)狀況和通行車輛荷載的要求仔細(xì)論證，對加固維修的必要性和加固方案實施的可行性做出判斷，然后對各種可能的加固設(shè)計方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行分析比較，從中選出合理的方案。以上工作均涉及到一個方案論證、判斷的總原則問題［2］。

根據(jù)《公路橋規(guī)》的要求，新建公路橋涵的設(shè)計應(yīng)符合技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、耐久適宜、經(jīng)濟(jì)合理的原則，這一基本原則在橋梁加固工作中賦予了新的含義。結(jié)合現(xiàn)役公路橋梁的使用狀況和《公路橋規(guī)》的要求，確定橋梁加固維修方案時應(yīng)遵循如下原則：

（1）技術(shù)先進(jìn)的原則。該原則要求加固方案應(yīng)滿足設(shè)計理論、加固材料和施工工藝的先進(jìn)性。隨著國內(nèi)外對橋梁加固理論、加固技術(shù)研究的不斷深入，該技術(shù)的科技含量越來越高，并已呈現(xiàn)出明顯的學(xué)科交叉現(xiàn)象。近年來，橋梁加固中采用的加固材料與施工工藝已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了同類新建橋梁，如粘貼碳纖維布加固法已應(yīng)用于橋梁加固領(lǐng)域，并快速、有效、可靠地解決了一大批橋梁加固維修問題。最近，SRAP加固法（高強(qiáng)鋼絲增強(qiáng)氧化鋁聚糖樹脂砂漿）加固橋梁的關(guān)鍵技術(shù)也已正式進(jìn)入了研究階段。類似上述的加固技術(shù)的共同特點是快捷可靠，對原結(jié)構(gòu)損傷小，因此，在橋梁加固方案確定中必須優(yōu)先考慮采用可靠的加固理論、先進(jìn)的加固材料和加固工藝，在確保加固效果的前提下，最大限度地降低對原結(jié)構(gòu)的損傷［3］。

（2）安全可靠、適用耐久的原則。安全性、適用性和耐久性是工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計的基本內(nèi)容，它保證了工程結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用期內(nèi)具有足夠的承載能力、正常的使用性能和不需要過大維修而保持其自身性能的能力。耐久性不足不僅產(chǎn)生外觀上的各種病害，還會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力降低，影響結(jié)構(gòu)使用。橋梁加固的根本原因是構(gòu)件或整體抗力的衰減，而導(dǎo)致抗力衰減的原因又是復(fù)雜多樣的，包括因氯離子侵蝕、碳化導(dǎo)致的鋼筋銹蝕、惡劣環(huán)境下的混凝土劣化、設(shè)計施工造成的先天性缺陷等原因。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，耐久性不足或失效是近年來橋梁結(jié)構(gòu)加固的主要原因。因此加固設(shè)計不但要有效恢復(fù)或提高橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載能力，滿足規(guī)定的使用性，還要可靠保證加固后構(gòu)件的耐久性能，以維持其承載能力和使用性能不降低［4］。關(guān)于恢復(fù)或提高橋梁或構(gòu)件的承載能力。采用的設(shè)計方案必須要保證加固后結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的耐久性能，盡量避免不當(dāng)加固對原有構(gòu)件造成新的損傷或留下隱患。

（3）經(jīng)濟(jì)合理的原則。橋梁加固是一項較為復(fù)雜和繁瑣的事情，首先要進(jìn)行橋梁檢查、檢測和檢算分析，當(dāng)通過橋梁調(diào)查檢測與檢算分析尚不足以鑒定橋梁承載能力時，可采用荷載試驗測定橋梁在荷載作用下的實際工作狀況，結(jié)合橋梁調(diào)查、檢測與檢算來評定橋梁的承載能力，然后進(jìn)行加固設(shè)計方案比選和加固設(shè)計，最后進(jìn)行加固施工。由上述工作過程可以看出，橋梁的加固工程規(guī)模不一定很大，但是涉及的事項卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于新建一座橋梁，這無形中增加了加固維修的成本［5］，所以加固設(shè)計和加固成本的計算要考慮周全。如果加固成本接近或超過新建一座同等規(guī)模橋梁的造價時，一般是不能接受的，其結(jié)果往往要考慮改造方案。根據(jù)近幾年的加固實例的統(tǒng)計資料，如果不考慮社會效益的因素，公路橋梁加固成本在新建成本的50%～60%以下是可以接受的。

（4）以人為本的原則。這項原則包含兩層意思，一是從行車安全和長遠(yuǎn)效益的角度考慮，一旦發(fā)現(xiàn)橋梁病害，有關(guān)決策人應(yīng)該及時計劃立項、及早組織實施加固。這是因為橋梁病害的發(fā)展隨時間呈加速的趨勢［6］。二是橋梁加固施工時，要制定周密的施工組織設(shè)計，既要首先保證施工質(zhì)量和施工人員的安全，又要考慮盡量減少施工對正常交通的影響，同時還要考慮避免施工污染周邊環(huán)境或損害施工人員的身體健康，即要滿足有利環(huán)保的原則。隨著社會經(jīng)濟(jì)技術(shù)的迅猛發(fā)展，環(huán)保問題已引起社會各個領(lǐng)域的普遍關(guān)注，橋梁的加固維修工作也不例外。以碳纖維的粘貼加固施工為例，不論是施工過程、碳纖維材料還是粘貼膠均對環(huán)境和施工人員的健康構(gòu)成較大威脅，因此，施工過程中必須做好碳纖維、粘貼膠的回收處理工作，粘貼現(xiàn)場應(yīng)采取有效的通風(fēng)措施［7］。

2 橋梁加固設(shè)計的技術(shù)要求

為保證橋梁加固工程符合以上設(shè)計原則，確保加固質(zhì)量，加固維修中尚應(yīng)滿足以下基本要求：

（1）加固設(shè)計應(yīng)有針對性，確定加固方案前首先應(yīng)通過檢查、檢測等技術(shù)手段查找損傷部位，全面分析損傷原因，針對不同的損傷狀況確定加固方案。

同樣結(jié)構(gòu)形式的公路橋梁在不同的外界環(huán)境、車輛荷載作用下?lián)p傷形態(tài)、損傷原因是不同的，因此，公路橋梁的加固設(shè)計時必須進(jìn)行橋梁的現(xiàn)場調(diào)查、檢測，對其實際技術(shù)狀況作出評估，這是確定加固設(shè)計、施工方案的基本依據(jù)。例如，對于某些由于因下部結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)的不均勻沉降而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的損傷，或由于其他偶然因素所引起的結(jié)構(gòu)損傷，在制定加固方案時必須全面考慮采取消除、減小或抵御這些不利因素的影響，以免在加固后結(jié)構(gòu)繼續(xù)受這些因素的破壞，達(dá)到根治橋梁病害的目的。當(dāng)僅依據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的設(shè)計、竣工技術(shù)資料、調(diào)查檢測資料以及結(jié)構(gòu)檢算分析結(jié)果不能確定橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力時，可輔以荷載試驗鑒定的方法。一般來說，荷載試驗是橋梁承載能力鑒定最直接、最有力的手段，也是成本最高的橋梁檢測項目，它往往要涉及到搭設(shè)檢測支架、加載車輛調(diào)度、交通管制等工作。根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》的規(guī)定，當(dāng)通過橋梁調(diào)查檢測與檢算分析尚不足以鑒定橋梁承載能力時，必須要進(jìn)行荷載試驗，否則，加固方案就失去了選取的依據(jù)。

（2）應(yīng)按現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計，加固后的橋梁在使用荷載作用下，原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件及新增加結(jié)構(gòu)各部分的強(qiáng)度、剛度及裂縫限值均應(yīng)符合規(guī)范要求。

橋梁加固的目的是為了提高構(gòu)件的強(qiáng)度，恢復(fù)或改善構(gòu)件的耐久性能。因此，加固后橋梁的工作狀態(tài)應(yīng)滿足現(xiàn)行規(guī)范的各項要求，即滿足安全性、耐久性的要求。其中加固后橋梁的變形和裂縫寬度也是檢驗加固效果最直觀的指標(biāo)。

（3）當(dāng)要求提高原橋的承載能力時，加固工程可在原有結(jié)構(gòu)保持恒載應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行。此時，原有結(jié)構(gòu)的全部恒載及新加恒載可以考慮由原構(gòu)件（截面）承受，活載則由原結(jié)構(gòu)和新增構(gòu)件（截面）共同承受。以增大截面加固法為例，由于橋梁加固大多是在不卸載的狀態(tài)下進(jìn)行的，在活載作用下，新增鋼筋和混凝土的應(yīng)力應(yīng)變滯后于原構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變，對應(yīng)承載力極限狀態(tài)時，新增混凝土和縱向受力鋼筋一般不能達(dá)到其強(qiáng)度設(shè)計值［8］。因此，加固計算時應(yīng)根據(jù)初始恒載、活載的大小合理確定不同受力階段的荷載種類。

（4）技術(shù)改造方案應(yīng)簡單易行，施工方便，并盡量減少對原有結(jié)構(gòu)的損傷，并充分利用原有的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，且應(yīng)保證原有結(jié)構(gòu)保留部分的安全性與耐久性，對于確無利用價值的構(gòu)件才予以報廢、拆除，并合理處理廢料。與新建橋梁不同，橋梁的加固維修往往受到工作空間的限制，因此，確定加固方案時必須要簡單易行，同時，由于加固橋梁大都存在著不同程度的劣化損傷現(xiàn)象［9］80－83。因此，選擇加固方案時，在保證加固效果的前提下，應(yīng)盡量減少對原結(jié)構(gòu)的損傷，以免造成新的應(yīng)力集中區(qū)域而使橋梁的工作狀態(tài)進(jìn)一步惡化。近年來興起的粘貼加固技術(shù)在這一方面有著傳統(tǒng)加固方法不可比擬的優(yōu)勢。

3 結(jié)語

結(jié)合安徽省在公路橋梁加固維修技術(shù)方面的研究及橋梁加固維修領(lǐng)域存在的一些不足之處，得出如下結(jié)論：

（1）創(chuàng)新管理理念，規(guī)范管理責(zé)任。通過管理理念的創(chuàng)新，積極開展技術(shù)交流活動，提高橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)人員的素質(zhì)。根據(jù)《公路橋梁養(yǎng)護(hù)規(guī)范》的要求，做好橋梁病害狀況的分析與認(rèn)定工作，做到橋梁病害早發(fā)現(xiàn)早根治。同時，強(qiáng)化對加固工作的指導(dǎo)力度，切實把好橋梁檢測評價與設(shè)計任務(wù)的委托關(guān)、加固設(shè)計方案的審查關(guān)、加固施工的監(jiān)理關(guān)、加固工程的驗收關(guān)，以確保工程質(zhì)量。

（2）加快新材料、新技術(shù)的推廣應(yīng)用。由于橋梁加固技術(shù)是一門新興學(xué)科，近年來已呈現(xiàn)出明顯的學(xué)科交叉趨勢，遙感技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和材料科學(xué)的突破是推動該技術(shù)發(fā)展的主要動力。以下幾個方面將成為今后橋梁加固養(yǎng)護(hù)技術(shù)的主要發(fā)展方向，從新材料方面包括了橋面板的防水材料、纖維類預(yù)應(yīng)力索（纖維類預(yù)應(yīng)力索主要是碳纖維索和芳綸纖維索），從橋梁檢測評估方面，橋梁的遠(yuǎn)程監(jiān)測和發(fā)展，將進(jìn)一步提高橋梁質(zhì)量狀況的自動預(yù)警能力，公路橋梁的動態(tài)管理將逐漸成為現(xiàn)實。

（3）關(guān)注技術(shù)改造重點，調(diào)整技術(shù)改造的方向。隨著安徽省高速公路網(wǎng)建設(shè)的不斷完善，大量的新型結(jié)構(gòu)橋梁及公路立體交叉工程已投入使用，今后，大跨高墩連續(xù)剛構(gòu)橋、鋼管混凝土拱橋、斜拉橋、連續(xù)彎梁橋等橋型的檢測、評價技術(shù)和相應(yīng)的抗震加固技術(shù)將會成為今后一段時間研究的重點。針對該問題公路局已成立專門課題組進(jìn)行研究，旨在建立具有安徽省公路特色的集檢測、評估、加固于一體的橋梁綜合加固技術(shù)。

［1］中交公路規(guī)劃設(shè)計院.公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTG D60—2004）［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］中交公路規(guī)劃設(shè)計院.公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D62—2004）［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會.混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范（CECS25：90）［S］.北京：中國計劃出版社，1992.

［4］趙國藩.工程結(jié)構(gòu)可靠性理論與應(yīng)用［M］.大連：大連理工大學(xué)出版社，1996.

［5］樓莊鴻.舊橋的評定和加固［C］.昆明：中國公路學(xué)會2001年全國公路橋梁維修與加固技術(shù)研討會論文集，2001.

［6］胡釗芳，諶潤水，江詳林，等.江西省公路橋梁典型病害及處治方案［C］.西安：全國公路養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)交流會文集，2002.

［7］張勁泉，李萬恒，程壽山.公路舊橋承載能力評定方法［C］.西安：全國公路養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)交流會文集，2002.

［8］張勁泉，何玉珊，謝經(jīng)緯.橋梁結(jié)構(gòu)狀況的檢測與評價技術(shù)［C］.西安：全國公路養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)交流會文集，2002.

［9］李松輝，王松根，等.碳纖維片加固鋼筋混凝土簡支梁橋?qū)Ρ刃栽囼炑芯浚跩］.公路交通科技，2003，20（3）.

U442.5＋1

A

1671-8275（2012）03-0108-03

2011-12-23

史立新（1966-），男，安徽桐城人，安慶市公路管理局工程師。研究方向：工程技術(shù)與管理。

文 月