常用的改造加固措施

对发生重大病害和不能满足运输要求的桥梁，应进行彻底的整治加固、改善或更新，目的是恢复原有桥梁建筑物的整体使用效能，延长使用年限，提高原有桥梁建筑物的荷载等级和通行能力。

桥梁加固与改建工作的主要内容有：对旧桥上部构件进行加固、对旧桥下部构件进行加固、加宽桥梁行车道和人行道、加高桥梁上部构造的高度、更换桥梁行车道路面或引桥路面的结构、部分或全部更换桥梁损坏或破旧的结构物。

同时，桥梁的加固与改建工作，应充分利用原有的部分，凡能加固的，则不宜改建，如能部分改建的，则不应全部改建。本书在以后的篇章中，主要阐述拱桥上部构造的加固，即对主拱圈的加固和处理。

相比新建桥梁，桥梁维修加固一般有着如下特点：

第一，维修加固的荷载标准与设计时所采用的标准往往有所不同。

第二，维修加固的难度通常比新建桥梁大。

第三，桥梁的维修加固应充分利用原有结构，桥梁维修加固比拆除旧桥后再新建桥梁有更好的经济效果。

第四，桥梁维修加固方法很多是新的施工工艺。

（一）加固基本原理

目前桥梁加固方法和技术各式各样，方法很多，总结起来是从外因和内因两个角度对桥梁进行加固补强。

1．外因角度

从外因角度是通过结构的性能改变提高主拱圈的承载力，主要包括以下方法：

（1）增大主拱圈截面面积。

增大主拱圈截面面积对桥梁结构进行加固补强，其基本目的是在荷载等级不变的情况下，尽可能地使主拱圈承受的拉应力减小；在荷载等级增加的情况下，使主拱圈承受的拉应力保持或适当地减小。

（2）增加拱圈的强度。

增加拱圈强度对桥梁结构进行加固补强，其基本目的是；增加主拱圈材料的强度，使主拱圈的强度得到增加。进而抵消增加的荷载等级对主拱圈产生的采用增加主拱圈产生的拉应力。

2．内因角度

从内因角度就是采用改变结构体系、减轻拱上建筑恒载重量的方式来提高主拱圈的承载力，主要包括以下方法：

（1）改变结构体系，减小主拱圈的内力。

采用梁拱结合共同受力的方式，或将原桥重力式拱上建筑改变为轻型的桁架或钢架，减轻主拱圈承受的恒载重量、减小主拱圈承受恒载内力，从而减小了拱圈承受拉力，从而与上述加固的方法一样，可以达到加固主拱圈、提高承载力的目的。

（2）减轻拱上建筑恒载重量，减小主拱圈的内力。

采用减轻桥面系自重和减轻拱上建筑自重，减小主拱圈承受的恒载内力的方法，也可以减小主拱圈承受的拉应力，达到加固主拱圈，提高承载力的目的。

综上所述，都是为了充分利用拱桥作为受压构件的受力特点，增强其材料的抗压性，减小拱圈材料承受的拉应力。经过近20年的工程实践和理论研究，我们总结出了以下几种较为常用且效果良好的桥梁加固方法。

（二）目前拱桥的加固方法

目前拱桥的改造加固方法众多，不一而足，新的加固方法不断涌现，对于拱桥，常采用的加固方法主要有以下几种。

1．拱桥上部结构加固技术

（1）桥梁裂缝灌浆加固技术。

裂缝是桥梁结构中最常见的病害。裂缝一般分为两类：一类是由于结构本身的强度或刚度不足，荷载作用或位移引起的应力超过材料自身的强度而开裂；另一类是由于施工、后期养护等原因而造成的构件开裂。这两类裂缝的出现都将削减桥梁的承载力，对结构的安全性和耐久性等造成威胁。

采用灌浆加固技术修补桥梁结构上出现的各种裂缝，能恢复其整体性能和使用功能，这已是国内外桥梁维修、加固中广泛使用的技术。但同时，对病桥、危桥等结构（或其中的构件），因承载能力不足而引起的裂缝，除采用灌浆加固技术处理外，尚应采取其他的加固补强措施从根本上提高或恢复桥梁的承载力，最终确保桥梁结构的安全、可靠。因此，一般而言，灌浆加固技术是一种专门针对裂缝处理的技术，它能够有效封闭裂缝，增强结构的整体性和耐久性，与其他加固技术结合在一起使用，才能达到加固或增强桥梁，恢复或提高结构承载能力的目的。

（2）粘贴钢板（碳纤维）加固技术。

粘贴技术一般指采用环氧树脂或建筑结构胶将钢板、钢筋、玻璃钢、碳纤维等抗拉强度高的材料粘贴在主拱圈的表面，使之与结构形成整体，从而达到提高主拱圈的抗弯、抗剪能力，以及减少裂缝扩展的目的。

粘贴钢板（碳纤维）加固技术适用于石拱桥的主拱圈、空腹式石拱桥的腹拱圈和横墙（或立柱）的承载能力恢复或提高使用荷载等级。但在采用该方法处理拱桥时，应采取足够的措施对钢板（碳纤维）进行必要的处理。

综合拱桥的特点而言，在实际加固（增强）工程中使用粘贴钢板（碳纤维、碳纤维布或碳纤维片材）技术，并使拱桥的表面打磨粗糙便于材料与拱桥较好地结合。对于小跨径、主拱圈表面较圆滑、基本情况良好的拱桥，可起到有效的加固增强效果。但同时粘贴技术由于受到粘贴材料自身的缺点影响，对该技术的耐久性问题尚需要进行深入研究。

（3）体外预应力加固技术。

体外预应力是相对体内预应力而言的。体外预应力结构是把预应力筋布置在主体结构之外，桥梁上部结构多采用体外预应力加固，此方法还可应用于加固对于存在拱圈纵向开裂或横向开裂以及桥台产生的位移或者拱顶下挠等病害的石拱桥。

加固、卸载和改变结构或构件内力分布使体外预应力加固技术具有的三重效果，适用于中小跨径桥梁的加固（增强）整治。对于大跨径桥梁，为达到良好的加固效果，通常在采用该项技术加固时配合其他加固方法进行综合整治。对于主拱圈纵向开裂的圬工拱桥，宜设置横桥向钢拉杆施加预应力进行加固；对主拱圈横向开裂或桥台位移、拱顶下挠的圬工拱桥，则可采用顺桥向设置钢筋混凝土拉杆或钢拉杆施加预应力进行加固。

体外预应力加固桥梁是以粗钢筋、钢绞线或高强度钢丝等钢材作为施力工具，对桥梁结构施加预应力。以预应力产生的弯矩和拉力抵消外荷载产生的内力，从而达到改善旧桥使用性能并提高极限承载力的目的，从力学角度分析，预应力索与被加固结构或构件在同一截面上的变形是不协调的，这是体外预应力索与普通预应力筋的区别所在。

由于在拱脚（或拱座、桥台）上设置预应力筋或拉杆、采取纵向张拉形式时预应力钢筋对桥下净空影响较大，因此对有通航要求的圬工拱桥应充分考虑这一点。另外，限于钢材自身的材料易锈蚀的缺点，该技术的耐久性是一个需要继续深入研究、有待解决的问题。对于钢材的防锈，刷防锈漆是目前广泛采用的处理办法，但其效果与有效期尚待观察。另外，体外预应力加固圬工拱桥技术还存在技术要求高、风险大的缺点。

（4）改变结构体系加固技术。

改变结构体系的加固技术，是圬工拱桥加固增强中较少采用的技术。在圬工拱桥中，由于拱上建筑自重较大，恒载重量通常占着很大的比例，在很大程度上制约着主拱圈承受活载的能力，特别是中小跨径的拱桥及相当数量的实腹式拱桥，拱上建筑的自重更大。因此，对拱桥特别是实腹式拱桥，当桥梁承载能力和基础承载能力受到限制，不能满足加固拱圈和提高活载所增加的承压力的要求时，也可以用较为轻型的拱上建筑代替原来的拱上建筑，从而减轻原桥恒载重量，提高桥梁承受活载的能力。

对于具有拱上建筑的拱桥，为了减轻上部结构的自重，拆除拱上建筑中的所有传力结构（拱上填料、侧墙、护拱），使主拱圈和腹拱的拱背完全暴露，然后在主拱或腹拱上采用其他措施加固（增强）处理。对于实腹式拱桥，则可以将拱圈以上的全部侧墙、填料、护拱去除，然后在拱背上修建轻型的拱式或者梁式拱上建筑，以达到减轻拱圈负担的目的。

该方法的本质在于改变拱上建筑结构形式和传力模式，减轻结构的恒载负担，最终达到加固增强的目的。该项技术能够较大幅度地减轻主拱圈的恒载，将“节省”下来的恒载用于承担活载，从而间接恢复或提高活载的承载能力和通行能力。但同时它对整个结构的影响较大，在实施该项技术之前要求对结构在体系转换过程中的受力进行准确、全面的计算和分析，且它的施工比较复杂。加固过程中涉及先卸载后加载等一系列步骤，要求对卸载和加载程序等控制准确、严格，而且要特别注意施工中的安全问题。另外，它对桥上正常交通的影响较大，需要完全中断汽车通行。

（5）调整拱轴线加固技术。

调整拱轴线加固技术是通过调整拱轴线，使之尽量和压力线吻合，以改善主拱圈的受力状况。该方法主要适用于已建成后拱轴线有优化余地的拱桥或拱轴线已发生变形的在建拱桥。该项技术能充分利用拱桥抗压性能优于抗弯性能的特点进行加固改造，如应用合理，可起到从根本上改善桥梁力学性能、提高承载力的作用。

2．拱桥下部结构加固技术

墩台基础在使用过程中，由于过桥车辆荷载及自然作用的影响，会使基础产生倾斜和过大的裂缝。为此，往往根据墩台基础不同的损坏程度、不同的病害情况选择适当的方法给予加固，从而尽量避免拆除重建、减少投资，充分发挥现有公路基本设施的经济效益和社会利益。但相对于桥梁上部结构加固与增强技术的发展，下部结构技术的开发与研究工作有一定程度的滞后。目前，较为常用的下部结构加固技术有以下几种：

（1）旋喷注浆法加固法。

高压旋喷注浆法是利用水泥浆靠高压液流的冲击力破碎土层并与土体混合构成新的固结体，通过一系列物理化学反应，使软土整体强度提高，水稳性和一定强度的水泥土桩体，桩和桩间土共同组成复合地基，经过处治的土体压缩性明显减小，抗侧向变形能力有所提高，又因水泥土的固化时间较短，在争取时间的过程中不失为一种有效的软基处治办法。

高压旋喷注浆法的目的就是通过地基中形成的水泥固结体与桩间土一起形成复合地基，使地基强度增加，从而提高地基的承载力，减少地基的沉降变形，增强应力扩散，达到加固下部结构的目的。

高压旋喷注浆法适用于地基补强，在地下开挖中能防止流沙管涌及坑底隆起，亦用于建筑物防护结构如连墙、挡土结构等，以及防渗、防液化和建筑物的加固处治等方面。它能有效减少地基的总沉降量。加固后的路基在填筑过程中侧向位移可减少且高压旋喷注浆复合地基能提高地基土的承载力，适合快速填筑施工，可以保证有效的填土速率。

（2）扩大基础加固法。

该方法是通过扩大桥梁基础的承压面积，以恢复和提高基础在承受活载后的承载能力。主要适用于基础承载力不足或埋置深度太浅的石砌或混凝土刚性实体基础的加固。

通常采用的办法是在刚性实体式基础周围加石砌圬工或混凝土，以扩大基础的承载面积，但必须注意新、旧基础的牢固结合。设计施工时，应增设锚固钢筋，以使加固扩大基础同原基础牢固结合成整体。

（3）增补桩基加固法。

在桩式基础的周围设置钻孔桩或打入钢筋混凝土预制桩并扩大原承台，以此提高基础承受活载后的承载能力，增加基础稳定性，这种加固方法称为增补桩基加固法。

当桥台垂直承载力不足时，一般可在台前增加一排桩并浇筑改良，以分担上部结构传来的压力。打桩时可利用原有桥面作脚手架，在桥面上开洞打桩。新增的桩可单独受力，也可连接在一起，使旧盖梁、旧桩与新桩一起受力。

（4）钢筋混凝土套箍法。

当桥梁墩台出现贯通裂缝时，为防止裂缝继续发展，使之能正常使用，可用钢筋混凝土围带或钢箍进行加固。当桥墩损坏严重，如有严重裂缝及大面积表面破损、风化和剥落时，则可采用围绕整个桥墩设置钢筋混凝土护套的方法进行加固。

（5）桥台滑移倾斜的处理。

对于单孔小跨径桥台，为防止桥台滑移，可在两桥台之间加建水平支撑，如整垮浆砌片石撑板或钢盘混凝土支撑梁。对于因桥台后壁水平土压力太大而引起桥台倾斜，应设法减少桥台后壁的土压力，可在台背建一挡土墙以增加挡土能力。对于建在软土地基上的桥台，常由于填土较高，而受到较大侧向土压力作用从而使桥台产生前移倾斜，一般可采取更换台背填土，或在桥台后加一引孔以减小土压力的方法进行加固。当然，也可考虑采用旋喷法进行治理。

（6）墩台基础的维修处理。

墩台的维修工作内容包括：清除墩台顶面污秽和防止顶面积水；对砌缝砂浆脱落处进行勾缝，处理风化表面；修补局部表面破损，修整镶面；处理裂纹；处理因砂浆流失而造成的内部空洞现象；对风化、破损和裂纹等病害进行综合修整；修整损坏的支承垫石；墩台变位的观测和处理；改善台后排水设备等一系列工作。

综上所述，桥梁工程的病害综合治理及加固方法很多，而且，公路桥梁由于结构形式多样，病害种类繁多，在确定实际的加固整治方案决策时，需结合桥梁的具体使用情况、投入经费的多少，融会贯通地将多种桥梁上、下部结构治理的方法正确、灵活地进行综合运用。