壹、問題的提出
隨著時間的推移，任何公路橋梁都將成為舊橋，都會因各種原因不同程度地存在缺陷、病害需要維修、加固和改造。江西省大部分二十世紀六、七十年代修建的、設計荷載標準較低的公路橋梁仍在服役，截止2000年底，江西的危橋有427座，13849延米，舊危橋改造任務十分繁重，全部推倒重來的思想既不現實，也不科學，更不應該。
因此，我省在八十年代初，在不斷提升技術等級的公路改造、改建過程中，即開始公路舊橋加固改造技術的研究與實踐。先後針對不同橋型、不同的加固技術和方法，完成了多項舊橋加固改造方面的科研項目，取得了顯著的經濟效益和社會效果，其中兩項獲江西省科學技術進步獎。由於舊橋檢測、評定與加固技術是壹項既綜合復雜又在不斷發展和更新的技術，也是公路工程技術人員***同關心的熱點問題。所以，下面簡要介紹江西省在公路舊橋加固技術的壹些研究成果和實橋情況。
二、主要開展的科研項目介紹
1、我省於1983年完成“提高小型梁板橋承載能力的研究”，為定性地衡量改建前後橋梁剛度及承載能力提高程度，提出了“剛度提高度”和“承載能力提高度”兩個指標，以及計算方法。兩者反映的是全橋狀況，前者指全橋剛度提高了的倍數，後者指全橋承載能力提高了的倍數。該項成果多次被外省引用。
2、1988年～1991年完成的“錨噴砼加固雙曲拱橋的研究”，使壹座五孔跨徑45米的雙曲拱橋由原設計荷載：汽－13，拖－60，提高到汽－超20，掛－120，並安全通過總重134噸的超重車。該項成果，經交通部科技情報所檢索查新證實，在當時屬全國采用錨噴砼加固橋梁中，跨徑最大、提高橋梁荷載等級最多。
3、1994年成功完成全國首座梁底側采用體外預應力直索加固提載梁式橋的研究，並同時采用錨噴技術，解決了體外預應力索銹蝕和受溫度變化失效的技術難題。
4、1996年完成了“帶掛孔普通鋼筋砼雙懸臂梁橋加固研究”課題，成功地應用鋼纖維砼解決了橋面負彎矩區砼開裂、致使鋼筋銹蝕的問題。
5、成功完成懸臂式拓寬梁式橋和拱式橋橋面的研究，使凈－7的橋面拓寬至凈－9+2×；1.5米人行道，總寬12.5米。
6、成功完成碳纖維布加固梁式橋的研究，並通過加固前後鑒定性靜載試驗證實了提高抗彎能力的加固效果。
7、先後成功應用粘貼鋼板、粘貼鋼筋、外包砼和套拱法等加固橋梁上部結構；以及多種方法加固橋梁下部結構。
三、典型橋梁的加固方案介紹
1、德興香屯大橋（錨噴法、雙曲拱橋）
1.1大橋設計簡況香屯大橋是通往德興銅礦公路上的壹座大橋，1969年8月竣工通車。
大橋設計荷載為汽—13，拖—60，橋面凈寬為凈-7+2×；0.25m。上部構造為5孔45m（矢跨比1/6）的雙曲拱，橫向6肋5波。下部構造為重力式實體橋墩和加後座的u型橋臺。除德興臺奠基於密實卵石層以外，其余墩臺均建於千枚巖基巖上
1.2香屯大橋病害狀況
（1）主拱圈裂縫
①主拱圈中波縱向裂縫，檢查時發現各孔中波波頂均存在縱向裂縫。
②肋、波連接處裂縫。各孔拱波與拱肋連接處大部分均發生裂縫。
③拱肋裂縫。各孔拱肋均有橫向裂縫，有不少是u形裂縫，這些裂縫多發生在拱頂前後10m左右範圍內。
④橫系梁裂縫。為數較少但除第1、4孔外均有發現。
（2）主拱圈軸線下降主拱軸線普遍下降，拱頂下降5～18cm，l/4點下降0～9cm，而且上下水下降值很不壹致。
（3）橋面變形及破碎橋面縱向變形已呈波浪形，但高差尚不很大。而橋面破碎現象甚為嚴重，且集中在3、4、5孔及兩臺後座上，在墩頂附近伸縮縫處裂縫尤其發達，以致破碎露筋。
（4）腹拱、立墻病害腹拱及立墻均為漿砌片石材料，由於防水層質量差，許多腹孔及立墻上均有滲水痕跡，以致發現不少因長年流水侵溶懸掛著的“石筍”。腹拱圈及立墻上也發現有裂縫。
（5）橋臺後座變形嚴重兩橋臺後座擋墻與橋臺連接處沈降縫均增大至8～10cm（設計為2cm），且從外部可見內部填料中的空洞。在橫向、後座兩擋墻均偏出橋臺外緣5～8cm。後座上橋面沈陷多次，修補時發現其填料在上層2m左右為煤渣，車輛通過時，煤渣則由沈降縫處外泄，因而其上路面不能穩定。
⑤墩臺身裂縫各橋墩上均存在豎向裂縫，反映了施工時混凝土澆築及水泥、骨料質量的壹定問題，但裂縫多般為早期出現的許多裂縫，因年代較久，沿縫出現白色晶體析出物。
漿砌片石橋臺上亦發現不少豎向、斜向裂縫，但較細微。
1.3香屯大橋加固設計要點通過對該橋進行檢查及分析的情況來看，尚未發現墩臺基礎出現病害的反映，即使是置於非巖石基底上的德興岸橋臺亦未發現位移的跡象，所以大橋的加固主要針對上部構造和橋臺後座。
1.3.1主拱圈加固原橫系梁尺寸偏小，橫向聯系差，屬薄弱構件，針對這壹病害，將原橫系梁由116×；15×；18cm加大截面尺寸至116×；15×；50cm，把拱頂部分三根橫系梁改為橫隔板116×；30×；84cm，以加強橫向整體性，使全拱寬***同受力。除端系梁外，其它橫系梁原定用噴錨技術施工，後改為預制安裝。
由於主拱圈受力大，裂縫多，采用拱肋及拱波部分外包鋼筋網並噴射25#厚6cm砼加固拱圈截面，以提高各孔的整體剛度和承載力，為使拱腳應力減小，在每跨拱腳至第二腹孔的拱圈頂現澆30#鋼筋砼，厚10cm，其設計圖如下：
1.3.2橋面原橋面缺乏穩定而堅實的基層，整體性差，有必要將原橋面徹底清除，並挖除部分砂礫墊層（如是非砂礫填料，必須挖除，換上砂礫填料，夯實），再加鋪水泥穩定砂礫基層，厚15cm，其上澆築20cm厚鋼筋砼橋面。
1.3.3橋臺後座加固將橋臺後座上路面除去，改成30#鋼筋砼單向簡支預制板，厚35cm，支承於兩側墻上。用φ24mm的錨固鋼筋使之與側墻相接，其上鋪裝15cm厚30#砼橋面，鋼筋砼板與後座填料間留有空隙，以使活載壓力直接作用在側墻上，從而減去了活載引起的對側墻的土壓力，並增加側墻抗剪能力和基底摩阻力。
1.4加固後承載能力評定
（1）在汽—超20主要組合荷載，掛—120附加組合荷載和特掛—150附加組合荷載作用下，預測各測點應力，變形和裂縫寬度均滿足規範規定的容許限值，因此本橋能承受汽—超20，掛—120和特掛—150。
（2）本橋采用噴錨混凝土補強提高舊橋承載能力達到預期效果。
（3）本橋噴錨混凝土補強層與舊橋***同作用是不完全的。由於噴錨混凝土中存在空穴，結合粘結強度不高等原因，***同作用程度僅達65.6%。建議今後采用“濕噴法”進行錨噴施工，提高新舊砼***同作用程度，使噴錨混凝土層與舊橋起到完全的整體作用，提高加固效果。
（4）由於老橋收縮、徐變已基本完成，所以噴錨混凝土不承受原橋及自身恒載，在工作階段僅承受活載，故噴錨混凝土強度不控制。
2、320國道靈溪大橋（體外預應力直索加錨噴法、梁式橋）
2.1靈溪大橋概況靈溪大橋位於320國道上，原是壹座年代已久的老式橋。該橋於1970年10月由七孔不等跨八字撐架木梁橋改建成七孔不等跨簡支鋼筋混凝土梁橋，全長119.99m，上部構造為四梁式t梁。下部構造均為重力式墩臺、八字墻。設計荷載為汽—13、拖—60，橋面凈寬為凈-7+2×；0.5m人行道。320國道改建成二級公路後，該橋通過的交通量較大，並常有200—300kn左右載貨重車經過，且來往行人及自行車、板車亦較多。因此該橋成為全線縮頸段，時有交通事故發生。為確保交通暢通，與行人和車輛交通安全，經上級批準，將此橋加固和拓寬為荷載標準汽—20，掛—100，橋面凈寬為凈-9+2×；1.5m人行道。
2.2靈溪大橋拓寬加固方案
2.2.1拓寬加固靈溪大橋兩端引道已改建為二級公路，混凝土路面亦已修建完成。另改橋位新建已屬不可能。故僅就地改建或拓寬加固兩種方案進行了比較。
（1）就地改建方案。為了不中斷交通，就地改建就必須搭便橋，由於橋下水深常年在3～4m左右（因下遊建壩），搭便橋費用較高；且改建需拆除原有上、下部結構物，又需壹筆可觀費用。但改建後，各橋孔跨徑標準全部結構都是“新”的，在心理上感覺更美觀、耐用、可靠。
（2）拓寬加固方案。此方案可不需搭便橋，只需適當控制交通，邊通車邊拓寬加固。由於可以利用原有墩臺，拓寬加固主要在上部構造上進行，因而可節約更多投資。只要拓寬加固方案得當，亦可滿足設計荷載要求。但橋孔尺寸長短不壹，原橋混凝土標號低，又有壹定的病害，雖經拓寬加固，似乎總感覺不如新橋。
經過研究討論，認為按照江西現時公路建設資金緊張的狀況，能節省的建設費用應盡量節約、以投入到其它必需的建設項目中去，故應選擇拓寬加固方案。
2.2.2原橋主梁加固增強方案加固增強方法很多，如：
①以錨噴或現澆混凝土方法增加t梁受拉區鋼筋及加大梁身斷面；
②以鋼板粘貼加固增強；
③以體外預應力加固增強等。
據計算，原主梁增強至能承擔汽車-20級，掛車-100的設計荷載需增加較多鋼筋，費用較高，故不選用①法；②法因鋼板外露，需經常養護且粘貼鋼板不易使其緊密與梁身結合，故亦未采用。③法所需鋼材較少，且施加預應力可使梁裂縫減少或閉合，施工也簡便，但也存在預應力鋼材防銹蝕問題及加強經常養護問題，同時預應力鋼材直接受大氣溫度影響較大。經反復研究，決定采用先用體外預應力加固增強，再以噴射混凝土將其覆蓋的方案。此方方案既可解決預應力鋼材防銹蝕問題，又可避免其直接受大氣溫度影響，同時噴射混凝土後尚可增加梁身抗剪能力。
（1）利用墩頂上兩孔梁端空間設置現澆橫向懸臂挑梁，其上安裝預制的微彎板。
（2）在挑梁懸臂部分架設預制的π形人行道梁。兩邊橋孔人行道梁較主梁長，壹端支承在邊墩挑梁上壹端支承在路堤上特設的支墩上，此舉系為了避免加寬橋臺。
（3）在人行道梁內側的凸緣與舊橋面板間，用25號混凝土澆築橋面加寬部分，橋面鋪裝層混凝土同時澆築形成凈-9m行車道，在橋面鋪裝層及橋面加寬部分，均設置了鋼筋網，使整體性能加強。
（4）橋面伸縮縫設置在挑梁頂中心，將行車道鋪裝延伸搭架在挑梁上形成。挑梁上橋面鋪裝層下墊設二層油氈，使其能隨溫度收縮。伸縮縫中充填聚氨脂材料。
2.3加固後試驗結論
（1）從撓度測試結果表明，試驗荷載下人行道梁和t梁撓度均很小。推算得的汽—20荷載（已考慮沖擊系數）作用下t梁撓度僅為3.607mm，其f/l=1/4574；人行道梁撓度為4.142mm，其f/l=1/4104，均遠小於l/600，完全滿足使用要求。
從第二加載階段撓度實測值與計算值比較表可看出，實測值大大小於相應荷載的計算值，其校驗系數僅為0.329～0.369，說明人行道梁和t梁的實際剛度比理論計算用的剛度大很多，如t梁計算開裂慣性矩為0.0978m4，返算的實際慣性矩為0.14135m4，而梁的計算換算慣性矩為0.23197m4。
（2）由測試資料可知，加固拓寬前後跨中加載彎矩增大1.631倍時，實測的邊t梁撓度和梁底受拉區鋼筋應力僅分別增大1.071倍及1.063倍，可見該橋在加固拓寬後上部結構承載能力大，安全可靠。
（3）由測試資料推測的汽—20荷載作用下梁的應變、應力值與行人荷載、恒載作用下梁的應變、應力值均較容許值為小，可見加固拓寬後橋梁結構完全滿足設計要求。
2.4大橋加固效果評價
（1）靈溪大橋采用先以體外預應力加固t梁，後用錨噴混凝土使預應力鋼束與梁體粘合的加固方法，是行之有效的，達到了預期的目的和效果。此法在國內尚系第壹次使用，它不僅使梁的抗彎、抗剪強度及剛度得以增大，且能有效地防止預應力鋼束因暴露在大氣中引起銹蝕，也使其不直接受大氣溫度影響，即可使預應力鋼束工作安全可靠，也減少了今後養護工作和費用。該方法具有施工設備簡單、施工操作容易、施工速度快和在施工過程中基本不中斷交交通等優點。尤其通過施加預應力，主梁將會產生上拱，這對改善舊橋的下撓狀況是十分有利的，且可使裂縫減小或閉合。施加體外預應力與噴射砼加固舊橋的組合體根治了原結構由於裂縫等原因產生的應力集中並恢復了原結構變形的協調性，使其能抵禦更大的外荷載。噴射砼包裹著預應力鋼筋，既發揮了預應力的作用，又發揮了噴錨砼優越性，也解決了體外預應力鋼材養護難題，經濟效益十分顯著，為類似橋梁的加固改造提供了壹種十分有效的好途徑。
（2）靈溪大橋采用在墩上澆制的懸臂梁上架設人行道梁以加寬橋面的方法，使人行道梁除承受人行荷載外，還分擔了部分行車荷載，充分利用其承載能力，節約了建造新的深水墩臺的費用，可供類似梁橋拓寬橋面參考。
（3）浮動式工作平臺對加固梁橋是壹種很經濟的方法，本身安裝拆散均簡單，使用穩定安全。值得在橋下常年有水且不很高的梁橋加固時采用。
（4）該橋加固拓寬工藝簡單，施工方便，設備少，加固費用僅95萬元，如就地建新橋還需搭深水便橋，費用較大，總需要費用250萬元，加固拓寬費用僅為其40%左右。經濟效益顯著。
（5）該橋加固拓寬施工除部分項目系在半幅通車的情況下進行的。其余均是讓車輛雙向通車，社會效益明顯。
（6）本橋設計的重點是巧妙地利用了墩上懸臂梁來加寬橋面，避免加寬墩臺，即節省了經費，又大大加快了進度，同時施工操作又簡單。
（7）不同的橋梁具備不同的特點，但同類型的橋梁有著相同的特性，其加固方法可以借鑒，但也要具體問題具體分析，巧妙地利用其特性，則許多難點就可迎刃而解。如靈溪大橋墩上懸臂梁、邊孔人行道梁的設置。
（8）該橋加固拓寬後營運至今，經跟蹤觀察使用情況良好。
3、贛州西河大橋（鋼纖維砼加固負彎矩區、雙懸臂梁橋）
3.1西河大橋概況贛州市西河大橋位於市區內，跨越章江，為該市聯絡東西城區及由105國道進入市區的跨江通道。該橋橋長256.2m，為9孔雙懸臂鋼筋砼梁橋，孔徑為12.6+7×；33+12.6m.懸臂孔掛梁計算跨徑為14m.原設計荷載為汽—10、拖—60，橋面寬度為凈-7+2×；1.5m人行道。該橋於1955年按蘇聯標準圖並參照洛河橋施工圖設計，1956年建成通車。
由於大橋建成後交通量日益增多，汽車載重愈來愈大，致使該橋已在主梁正、負彎矩區、牛腿上出現眾多裂縫，橋面鋪裝及伸縮縫亦出現破碎及其它損壞現象。由於該橋病害嚴重，故被禁止稍重車輛通過。1992年以來，贛州公路分局曾先後三次組織對該橋進行檢查，拍攝錄像。1993年在對大橋進行加固設計前，亦進行了較全面細致的檢查。
3.2大橋病害檢查情況西河大橋病害主要表現在：
（1）主梁裂縫及主梁變形主梁裂縫主要發生在錨跨中部（正彎矩區）梁的下緣及懸臂梁根部（負彎矩區）上緣，後者大都貫穿整個車行道翼板。各裂縫寬約在0.1～0.5mm之間。此類裂縫顯然是由於大量重車通過使梁的受拉區開裂，屬正常現象。但由於負變矩區裂縫在上面，雨水易從裂縫滲入梁內，引起鋼筋銹蝕及砼強度降低。
主梁永久性變形嚴重，從橋欄桿柱變化，可明顯看到這種波浪起伏狀態，墩臺處與墩中橋面高差大者已達6cm左右。
（2）牛腿裂縫牛腿裂縫大都發生在懸臂孔贛州方向的主梁牛腿上。裂縫大者達21mm之多，為支座附近豎直裂縫。第七孔處下水南昌方向牛腿砼在支座處脫落壹塊，支座鋼板外移，鋼筋外露，支撐其上掛梁，銹蝕嚴重。掛梁上牛腿裂縫較少，大多是（嵌固端）轉角處斜裂縫或豎向裂縫。
在後來鑿開牛腿原砼時，發現由於鋼筋較密，砼有澆築不實之處，有空洞存在。
（3）橋面及伸縮縫橋面呈波浪狀。橋面鋪裝層裂縫及破碎現象甚為嚴重，在墩頂處及掛孔牛腿上伸縮縫處裂縫尤其發達，以致破碎脫落。究其原因，可能是因橋面鋪裝層下是較軟的油毛氈防水層，在重車及沖擊荷載作用下易產生這種破裂現象。
3.3西河大橋加固方案在進行加固前靜載試驗的同時，我們也進行了對該橋主要部件結構強度的驗算。計算表明，對該橋單純采取修補的方法，只能恢復到滿足汽—10荷載的要求，而不能滿足汽—20荷載運行的要求。
按容許應力法計算，懸臂孔支點截面受壓區砼最大應力達13.5mpa，超出實際砼容許壓應力值；而按承載能力極限狀態計算，跨中截面正截面強度不足，梁所能承受之最大彎矩為11839.87kn?m，不能滿足所需承受的彎矩13184.81kn?m。根據現場檢查、試驗及計算分析資料，要使西河大橋通過加固達到承受汽—20、掛—100荷載等級的要求，就必須對主掛梁牛腿、主梁及其上橋面鋪裝進行加固補強，並對牛腿支座及伸縮縫加以改造。
3.3.1懸臂孔主梁及掛梁牛腿的加固
（1）經計算，牛腿最弱截面為θ=28.86°；或θ=41.19°；（不計h）的斜截面，按偏心受拉構件驗算，拉應力分別為2.0及2.2mpa，按對牛腿截面尺寸能否符合裂縫控制要求驗算，發現牛腿截面尺寸不足，公式fvk≤β中系數β需≥1.39方能滿足，而承受靜力荷載的牛腿抗裂度取值至少應是β=0.80.依上可見，加固前牛腿狀況顯然不安全。加以牛腿伸縮縫處不平順、不平整引起的跳車、沖擊，可使垂直荷載實際上增大很多。因而牛腿砼內部微裂縫不斷發展，最後引起嚴重開裂而破壞。
（2）由於牛腿是懸臂梁橋的壹個關鍵部位，它是否牢固可靠對橋梁能否維持安全通行是起決定作用的因素之壹。牛腿又是懸臂梁的薄弱環節，牛腿處梁高突變減小，截面凹折轉角多，而要傳遞的集中力數值非常大，且頻繁承受車輛沖擊力作用，所以是受力非常復雜的部位。現有各種驗算方法帶有相當的近似性，還不能完全反映受力情況。為此，對牛腿加固我們提出了兩種方案：
方案壹：鑿除原牛腿的低標號砼（舊170號砼），改為澆築30號鋼纖維砼。澆築鋼纖維砼時，在新老砼結合面上塗以環氧砂漿以增進兩者粘結。
方案二：將掛梁從兩個支點擱在主梁上改為以多支點擱在端橫梁上。此種方案，可使原牛腿上受力減少，但牛腿的砼則因破碎開裂，仍需鑿除後重澆新砼；端橫梁也因原寬度不足及標號過低，也需鑿除重澆加寬，這就增大了工程量。該方案另壹缺點是傳力情況不明確。
3.3.2主梁負彎矩的加固
根據檢查、測試資料及計算成果，主梁負彎矩區在壹般荷載下即產生大量裂縫，其上橋面鋪裝層亦產生大量網裂。此種裂縫不僅不美觀，使人產生不安全感，在實際上也會因雨水滲入主梁和翼緣板中，導致銹蝕受力鋼筋，影響橋梁使用壽命。
在考慮加固方案時，根據計算資料增加了縱向受拉鋼筋，置於原鋪裝層範圍內，計算結果還表明，由於新設計標準的荷載負彎矩作用，橋面砼的拉應力將達到3.96mpa，采用現橋涵設計規範中所列各標號普通砼均仍會因抗拉設計強度無法滿足而使梁頂開裂；只有采用鋼纖維砼，其抗拉設計強度有可能大於此拉應力，從而保證橋面不出現裂縫。故我們在加固方案中對負彎矩區橋面鋪裝層采用澆築鋼纖維砼，要求其與梁頂翼緣板真正牢固連成整體。所以在將梁頂翼緣板頂打毛外，還要在其上設錨筋和在頂面上刷粘層劑使新老砼緊密結合。在澆築鋼纖維砼鋪裝層前，尚需用高分子化學材料壓入梁頂的裂縫內，使裂縫粘合。
對此負彎矩區加固提出的另壹種方案是在橋面鋪裝層範圍內采用無粘結預應力加固。此措施旨在使橋面原裂縫進壹步閉合，同時可因懸臂負彎矩減小而減小懸臂端撓度，並減輕主梁和掛梁銜接處沖擊。該方案因施工工期短、施工技術較新，且需壹定設備，壹般施工隊伍不壹定具備條件而放棄。
3.3.3主梁錨跨及掛梁正彎矩區加固在按承載能力極限狀態計算時，在汽—20、掛—100荷載作用下主梁截面強度不滿足，故需補強。補強的措施是在鑿去原橋面鋪裝層及油毛氈後，將原橋面打毛，用錨桿在原鋪裝層厚度範圍內加壹層鋼筋網，然後澆築30號uea補償收縮自防水砼。采用uea補償收縮自防水砼的目的是因為uea補償收縮是壹種適度膨脹的砼，在鋼筋和鄰位約束下，可在砼中建立0.2～0.7mpa預壓應力，使結構達到抗裂防滲的目的，即解決防水問題。掛梁則除在原鋪裝層厚度範圍內不增鋼筋網外，其余均與主梁加固方法相同。
3.3.4主梁裂縫粘合
為改善主梁負彎矩區受力情況，並增加梁板耐久性能及剛度，同時為了在加固施工中需要將導梁移孔時，主梁及掛梁能安全承受在上通過的導梁設備重，本橋加固設計采用了以高分子化學材料對主梁及掛梁裂縫以壓灌的方法，使裂縫予以粘合。
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