公路旧桥加固技术方案？
首先，提出的问题
随着时间的推移，任何一座公路桥都会成为一座旧桥，会因为各种原因出现不同程度的缺陷和病害，需要维修、加固和改造。江西省的公路桥梁大多建于上世纪六七十年代，设计荷载标准较低，目前仍在使用。截至2000年底，江西共有危桥427座，13849延米。危桥旧桥改造任务很重，既不现实，也不科学，更不应该。
因此，20世纪80年代初，在提升公路改造技术水平的过程中，我省开始研究和实践公路旧桥加固改造技术。根据不同的桥型，采用不同的加固技术和方法，完成了一批旧桥加固改造的科研项目，取得了显著的经济效益和社会效益，其中两项获得了江西省科技进步奖。由于旧桥检测、评估和加固技术是一项复杂且不断发展更新的技术，也是公路工程技术人员共同关注的热点问题。因此，下面简要介绍江西省公路旧桥加固技术的一些研究成果和实际桥梁情况。
二、主要科研项目介绍
1.1983，我省完成了“提高小梁板桥梁承载力的研究”。为了定性地衡量改造前后桥梁刚度和承载力的提高程度，提出了"刚度提高度"和"承载力提高度"两个指标及其计算方法。两者都反映了全桥的状况。前者是指全桥刚度增加的倍数，后者是指全桥承载力增加的倍数。这一成果被其他省份多次引用。
2.1988 ~ 1年完成的《锚喷混凝土加固双曲拱桥研究》对一座跨度为45米的五孔双曲拱桥的原设计荷载进行了改进:汽-13，拖-60改为汽-20，吊-65438。这一成果得到了交通部科技情报研究所检索和查新的证实。当时国内锚喷加固的桥梁中，跨度最大，桥梁荷载等级最高。
3.1994年成功完成了我国第一座梁底体外预应力直索加固承载梁桥的研究，同时通过锚喷技术解决了体外预应力索因温度变化而腐蚀失效的技术难题。
4.1996项目“普通钢筋混凝土双悬臂带吊孔梁桥加固研究”完成，采用钢纤维混凝土成功解决了桥面负弯矩区混凝土开裂和钢筋锈蚀问题。
5.成功完成梁式桥、拱桥桥面悬臂加宽研究，将网-7桥面加宽至网-9+2×;1.5m人行道，总宽度12.5m..
6.碳纤维布加固梁桥的研究已顺利完成，加固前后的认证静载试验证实了提高抗弯能力的加固效果。
7.通过粘贴钢板、粘贴钢筋、包裹混凝土、起拱等方法，成功加固了桥梁上部结构。以及加固桥梁下部结构的各种方法。
三。典型桥梁加固方案介绍
1，德兴香屯大桥(锚喷法，双曲拱桥)
1.1桥梁设计简介香屯大桥是通往德兴铜矿路上的一座桥梁，于1969年8月建成通车。
桥梁设计荷载为汽-13，拖-60，桥面净宽为-7+2×；0.25米.上部结构为双曲拱，5孔45m(矢跨比1/6)，横向6肋5波。下部结构为重力式实心桥墩和带后座的U形桥台。除德兴桥台建在密实卵石层上外，其余墩台均建在千枚岩基岩上。
1.2香屯大桥病害状况
(1)主拱圈裂缝
①主拱圈波浪纵向裂缝。在检查过程中，发现每个孔的波峰处有纵向裂纹。
②肋与波浪连接处有裂纹。各孔拱波与拱肋连接处大多有裂缝。
③拱肋裂缝。各孔拱肋均有横向裂缝，多为U型裂缝，这些裂缝多发生在拱顶前后约10m范围内。
(4)横梁裂缝。很少见，但除了1和4孔都有。
(2)主拱圈轴线下降。主拱轴线普遍下降，拱顶下降5 ~ 1~9cm，l/4点下降0~9cm，波动值很不一致。
(3)桥面变形和破损桥面的纵向变形已呈波浪形，但高度差不大。但桥面破损现象非常严重，集中在3、4、5号孔和两个后座。裂缝在桥墩顶部附近的伸缩缝处特别明显，导致钢筋断裂。
(4)腹拱和竖墙均为浆砌片石。由于防水层质量不好，很多腹洞和竖壁都有渗水的痕迹，导致发现了很多因长年流水而悬挂的石笋。腹拱圈和竖壁也发现了裂缝。
(5)桥台后座变形严重，桥台后座挡土墙与桥台连接处的沉降缝全部加大到8 ~ 10 cm(设计为2cm)，从外面可以看到内部填料的空腔。横向两侧挡墙和后座均距桥台外缘5 ~ 8 cm。后座桥面多次下沉。修复时发现填充物是2m左右上层的煤渣。车辆经过时，沉降缝有煤渣漏出，所以上面的路面不稳。
⑤每个墩上都有竖向裂缝，反映了施工中混凝土浇筑和水泥、骨料质量的一些问题。但裂纹多为早期裂纹，由于年代久远，裂纹沿线出现白色结晶析出物。
用砂浆砌的石桥平台上也发现了许多垂直和倾斜的裂缝，但都很细微。
1.3香屯大桥加固设计要点根据对该桥的检测分析，桥墩基础未发现病害，甚至置于非岩石地基上的德兴岸桥台也无位移迹象，故该桥加固主要针对上部结构和桥台后座。
1.3.1主拱圈由于尺寸较小，横向连接较差，是一个薄弱构件。鉴于此病，原横梁由116×改为；15×;18cm增加断面尺寸至116x；15×;50cm，将拱顶三根横梁改为横隔116×；30×;84cm，以加强横向整体性，使整个拱宽接缝受力。除端部系梁外，其他交叉系梁原采用锚喷技术施工，后预制安装。
由于主拱圈受力较大，裂缝较多，拱肋和拱波采用钢筋网包裹，喷25#厚6cm混凝土加固拱圈截面，提高整体刚度和各孔承载力。为了减小拱脚处的应力，从每个拱脚到第二个腹孔，在拱圈顶部现浇30#钢筋混凝土，厚度为10cm。设计如下:
1.3.2桥面原桥面缺乏稳定坚实的基础，整体性差。需要将原桥面全部拆除，去掉一部分碎石垫层(如果不是碎石填料，必须去掉，换上碎石填料，压实)，然后铺一层15cm厚的水泥稳定碎石基层，上面浇筑20cm厚的钢筋混凝土桥面。
1.3.3桥台后座钢筋去除桥台后座路面，改为35cm厚的30#钢筋混凝土单向简支预制板，支撑在墙体两侧。用φ24mm锚筋与边墙连接，边墙铺设15cm厚30#混凝土桥面，钢筋混凝土板与后座填充物之间留有空隙，使活载压力直接作用于边墙，减少活载对边墙的土压力，增加边墙的抗剪能力和基底摩擦力。
1.4加固后承载力评估
(1)在蒸汽-超载20的主组合荷载、悬索-120的附加组合荷载、特殊悬索-150的附加组合荷载下，预测各测点的应力、变形、裂缝宽度均满足规范规定的允许限值，故本桥可承受蒸汽-超载20、悬索-120、特殊悬索。
(2)本桥采用喷射混凝土加固，提高旧桥承载力，达到预期效果。
(3)该桥喷射混凝土加固层与旧桥的相互作用不完全。由于喷射混凝土中存在空洞，粘结强度低，相互作用程度仅为65.6%。建议今后锚喷施工采用“湿喷法”，提高新老混凝土的相互作用程度，使喷层与旧桥发挥完整的整体作用，提高加固效果。
(4)由于旧桥的收缩徐变已基本完成，喷射混凝土不承受原桥及自身的恒载，只承受工作阶段的活载，所以喷射混凝土的强度不受控制。
2.320国道灵溪大桥(体外预应力直索加喷锚法，梁桥)
2.1灵溪大桥概述灵溪大桥位于320国道上。它原本是一座历史悠久的老式桥。1970年6月和10年6月，该桥由七孔不等跨八字木梁桥改造为七孔不等跨钢筋混凝土简支梁桥，全长119.99m，上部结构为四梁T梁。下部结构均为重力墩和八字墙。设计荷载为汽-13和拖-60，桥面宽度为净-7+2×；0.5m人行道。320国道改建为二级公路后，该桥车流量比较大，经常有200-300 kN左右的重型卡车经过，行人、自行车、滑板车也很多。所以大桥成了全线的缩颈路段，交通事故时有发生。为保证交通畅通和与行人、车辆的交通安全，经上级批准，桥梁加固加宽至荷载标准steam-20，悬挂-100，桥面净宽-9+2×；1.5m人行道。
2.2灵溪大桥拓宽加固方案
2.2.1拓宽加固灵溪大桥两端引道已改建为二级公路，混凝土路面已完成。改变桥的位置，再建一座新的是不可能的。所以只比较土地改造或拓宽加固两种方案。
(1)现场改造方案。为了不中断交通，需要走临时桥进行局部重建。由于桥下水深常年在3 ~ 4m左右(由于下游建坝)，走临时桥成本较高。另外，需要拆除原有的上下结构，需要一笔可观的费用。但改造后，各桥孔跨度标准的结构都是“新”的，心理上感觉更美观、耐用、可靠。
(2)拓宽加固方案。该方案不需要修建临时桥梁，只需要在通车的同时适当控制交通，进行拓宽加固即可。由于可以利用原有的桥墩和桥台，加宽加固主要在上部结构上进行，因此可以节省更多的投资。只要加宽加固方案合适，也能满足设计荷载要求。但桥洞大小不一，原桥混凝土标号较低，存在一定病害。虽然加宽加固了，但似乎总不如新桥。
经研究讨论认为，根据江西省公路建设资金紧张的现状，能节约的建设费用应尽可能节约用于投资其他必要的建设项目，故选择加宽加固方案。
2.2.2原桥梁加固方案有多种加固方法，如:
(1)通过锚喷或现浇混凝土的方式，增加T梁受拉区钢筋，增加梁体截面；
(2)粘贴钢板加固；
(3)体外预应力加固等。
根据计算，原主梁加固为能够承受汽车-20级，挂车-100的设计荷载需要增加更多的钢筋，因此费用较高，故不选择①方法；(2)方法由于钢板外露，需要经常维护，不易通过粘贴钢板使其与梁体紧密结合，故不采用。(3)该方法用钢量少，预应力可以减少或闭合梁裂缝，施工简单，但也存在预应力钢筋防腐和加强定期养护的问题，预应力钢筋直接受大气温度影响。经过反复研究，决定采用先用体外预应力加固，再用喷射混凝土覆盖的方案。该方案既解决了预应力钢筋的防腐问题，又避免了其受大气温度的直接影响，同时喷射混凝土后梁体的抗剪能力也有所提高。
(1)利用墩顶两孔梁端之间的空间设置现浇横向悬臂挑梁，其上安装预制微弯板。
(2)在悬臂梁的悬臂部分架设预制的π形人行道梁。桥孔两侧的人行道梁比主梁长，一端支撑在边墩上，另一端支撑在路堤上的特殊墩上，以避免加宽桥台。
(3)人行道梁内侧翼缘与旧桥面之间，桥面加宽部分浇筑25 #混凝土，同时浇筑桥面铺装混凝土，形成净-9m车行道。在桥面铺装和桥面加宽部分设置钢丝网，以增强整体性能。
(4)桥面伸缩缝设置在悬臂梁中心，车行道铺装延伸架设在悬臂梁上。悬臂梁上的桥面铺装下面铺两层油毡，使其随温度收缩。膨胀节填充有聚氨酯材料。
2.3加固后的试验结论
(1)挠度测试结果表明，试验荷载下人行道梁和T梁的挠度很小。汽-20荷载下T梁的计算挠度(考虑冲击系数)仅为3.607mm，其F/L = 1/4574；人行道梁挠度为4.142mm，其f/l=1/4104，均远小于l/600，完全满足使用要求。
从第二加载阶段实测挠度与计算挠度的对比表中可以看出，实测挠度远小于相应荷载的计算挠度，其校核系数仅为0.329 ~ 0.369，说明人行道梁和T梁的实际刚度远大于理论计算中使用的刚度。比如T梁的计算开裂惯性矩为0.0978m4，计算实际惯性矩为0.14135m4，而梁的计算惯性矩为0.0978m4。
(2)根据试验数据，加固加宽前后跨中荷载弯矩增加1.631倍时，实测边T梁挠度和梁底受拉区钢筋应力仅分别增加1.071倍和1.063倍，说明加固加宽后桥梁上部结构是安全可靠的
(3)由试验数据推断的梁在汽-20荷载、行人荷载、恒载下的应变和应力值均小于允许值，可见加固加宽后的桥梁结构完全满足设计要求。
2.4桥梁加固效果评价
(1)灵溪大桥采用先用体外预应力加固T梁，再用喷射混凝土粘结预应力钢梁的加固方法是有效的，达到了预期的目的和效果。这种方法在中国尚属首次。既增加了梁的抗弯强度、抗剪强度和刚度，又有效地防止了预应力钢梁因暴露在大气中而被腐蚀，还使其不受大气温度的直接影响，可以使预应力钢梁安全可靠地工作，减少日后的维护工作量和费用。这种方法施工设备简单，操作方便，施工速度快，施工期间交通基本不中断。特别是通过施加预应力，主梁会向上拱起，对改善旧桥挠度非常有利，可以减少或闭合裂缝。采用体外预应力和喷射混凝土相结合的方法加固旧桥，从根本上消除了原结构因裂缝等原因产生的应力集中，恢复了原结构变形的协调性，使其能抵抗更大的外荷载。喷射混凝土包裹预应力钢筋，既起到了预应力的作用，又发挥了喷射混凝土的优越性，还解决了体外预应力钢筋的维护问题。经济效益十分显著，为类似桥梁的加固改造提供了一种非常有效的好方法。
(2)灵溪大桥采用在桥墩上浇筑的悬臂梁上架设人行道梁的方法拓宽桥面，使人行道梁既承受行人荷载，又分担部分交通荷载，充分利用其承载力，节省新建深水桥墩的费用，可供类似梁桥拓宽桥面参考。
(3)浮动工作平台是一种非常经济的梁式桥加固方法，其安装拆卸简单，使用稳定安全。值得在常年桥下有水且不是很高的梁式桥加固中使用。
(4)桥梁加固拓宽工艺简单，施工方便，设备少，加固费用仅95万元。如果在原地新建一座桥，需要修建一座深水便桥，费用很大，总造价250万元，加固拓宽费用只有它的40%左右。经济效益显著。
(5)除部分工程外，桥梁加固拓宽施工均在半开状态下进行。其余为双向交通，社会效益明显。
(6)本桥设计的重点是巧妙地利用桥墩上的悬臂梁来加宽桥面，避免加宽桥墩桥台，既节省了资金，又大大加快了进度，施工操作简单。
(7)不同的桥有不同的特点，但同类型的桥有相同的特点，其加固方法可以借鉴。但通过具体问题具体分析，巧妙利用其特点，很多困难是可以解决的。如灵溪大桥桥墩上的悬挑梁，有侧孔的人行道梁。
(8)该桥自加固加宽后一直在运营，经跟踪观测使用情况良好。
3.赣州西河大桥(负弯矩区钢纤维混凝土加固，双悬臂梁桥)
3.1西河桥概况赣州市西河桥位于市区内，跨越张江，作为城市连接东西城区，从105国道进入市区的过江通道。该桥长256.2m，为9孔双悬臂钢筋混凝土梁桥，孔径为12.6+7×。33+12.6米，悬臂梁计算跨度为14米。原设计荷载为steam-10和tow-60，桥面宽度为-7+2×。1.5m人行道。该桥按苏联标准图并参考洛河大桥施工图于1955设计，于1956建成通车。
由于建成后交通量越来越大，货车荷载越来越大，桥梁的主梁和支架的正负弯矩出现了许多裂缝，桥面铺装和伸缩缝也出现了断裂和损坏。由于桥梁病害严重，禁止较重车辆通行。从1992开始，赣州公路分局组织了三次巡查，并对大桥进行了拍摄。1993在桥梁加固设计前，也进行了全面细致的检查。
3.2桥梁病害的检查西河大桥的病害主要表现在:
(1)主梁裂缝和主梁变形裂缝主要发生在锚跨中部梁的下缘(正弯矩区)和悬臂梁根部上缘(负弯矩区)，后者多贯穿整个巷道翼板。每条裂缝的宽度约为0.1 ~ 0.5 mm，这种裂缝很明显是由于大量重型车辆通过导致横梁受拉区开裂，属于正常现象。但由于负弯矩区存在裂缝，雨水容易从裂缝渗入梁内，造成钢筋锈蚀，混凝土强度降低。
主梁永久变形严重，从桥栏杆立柱的变化可以明显看出。桥墩内墩台与桥面的高度差达到了6cm左右。
(2)牛腿裂缝大部分牛腿裂缝发生在赣州悬臂洞方向的主梁牛腿处。裂纹最大为21mm，为轴承附近的垂直裂纹。第七孔，南昌方向牛腿混凝土在支座处脱落，支座钢板外移，钢筋外露，梁挂在支座上，锈蚀严重。悬梁上的牛腿裂缝很少，多为斜裂缝或转角处(嵌入端)的垂直裂缝。
后来凿牛腿原混凝土时，发现由于钢筋密集，混凝土浇筑不当，出现孔洞。
(3)桥面和伸缩缝桥面呈波浪形。桥面铺装的裂缝和破损非常严重，尤其是墩顶和吊架上的伸缩缝，导致破损和脱落。原因可能是桥面铺装下面有一层柔软的油毡防水层，在重型车辆和冲击荷载的作用下，容易出现这种开裂现象。
3.3西河大桥加固方案在进行加固前静载试验的同时，我们还对大桥主要构件的结构强度进行了校核。计算表明，该桥只能通过简单的修复来恢复满足steam-10负荷的要求，而不能满足steam-20负荷运行的要求。
按许用应力法计算，悬臂孔支点段受压区混凝土最大应力达到13.5mpa，超过混凝土实际许用压应力。按承载力极限状态，跨中截面正截面强度不足，梁能承受的最大弯矩为11839.87kn？m，不能满足要求的弯矩135438+08438+0kn？m .根据现场检查、试验和计算分析资料，为使西河大桥通过加固满足承载汽-20和挂-100荷载等级的要求，需要对主吊梁支架、主梁及其上桥面铺装进行加固，并对支架支座和伸缩缝进行改造。
3.3.1悬臂洞主梁及悬梁支架钢筋
(1)经计算，支架最薄弱截面θ= 28.86；或者θ= 41.19；对于斜截面(不含H)，按偏心受拉构件计算，拉应力分别为2.0 MPa和2.2mpa。根据牛腿截面尺寸能否满足裂缝控制要求的计算，发现牛腿截面尺寸不足，公式fvk≤β中的系数β需要≥1.39才能满足，而牛腿在静荷载作用下的抗裂度值至少应β=0.80。按照上面说的，是加固。此外，由于支架伸缩缝的不规则和不平整造成的磕碰和冲击，竖向荷载实际上可以增加很多。因此，牛腿混凝土中的微裂缝不断发展，最终造成严重的开裂和破坏。
(2)由于支架是悬臂梁桥的关键部位，其是否牢固可靠是桥梁维持安全通行的决定性因素之一。支架也是悬臂梁的薄弱环节，在这里梁的高度突然降低，截面有很多凹角，要传递的集中力非常大，而且频繁承受车辆的冲击力，所以是一个非常复杂的零件。现有的校核方法是相当近似的，不能完全反映受力情况。为此，我们提出了两种加固牛腿的方案:
方案一:凿除原牛腿低标号混凝土(老170混凝土)，改为浇筑30钢纤维混凝土。在浇筑钢纤维混凝土时，在新老混凝土的结合面上涂覆环氧砂浆，以提高两者之间的粘结。
方案二:把主梁上的吊梁从两个支点放到有多个支点的端梁上。这种方案可以降低原支架上的应力，但支架的混凝土因碾压而开裂，仍需凿毛并浇筑新的混凝土；由于端梁原有宽度不足，标号过低，也需要凿毛重新浇筑加宽，增加了工程量。这种方案的另一个缺点是力的传递情况不清楚。
3.3.2主梁负弯矩配筋
根据检查、试验数据和计算结果，在一般荷载作用下，主梁负弯矩区产生大量裂缝，其上的桥面铺装层也产生大量网状裂缝。这种裂缝不仅不美观，而且让人没有安全感。实际上还会因雨水渗入主梁和翼缘板而腐蚀受力钢筋，影响桥梁的使用寿命。
在考虑加固方案时，根据计算数据增加纵向受拉钢筋，放置在原路面中。计算结果还表明，由于新设计标准中荷载的负弯矩作用，桥面混凝土的拉应力将达到3.96mpa，当采用现行桥涵设计规范中所列各种标号的普通混凝土时，梁顶仍会因抗拉设计强度不理想而开裂。只有采用钢纤维混凝土，其抗拉设计强度才有可能大于这个拉应力，从而保证桥面不出现裂缝。因此，在加固方案中，负弯矩区的桥面铺装采用钢纤维混凝土，要求与梁端翼缘板真正牢固地结合在一起。因此，除了将梁顶翼缘板顶部拉毛外，还需要在其上设置锚筋，并在顶面刷胶粘剂，使新老混凝土紧密结合。在浇筑钢纤维混凝土路面之前，还是要用高分子化学材料压入梁顶的裂缝中，对裂缝进行粘结。
加固该负弯矩区的另一方案是在桥面铺装范围内采用无粘结预应力钢筋。该措施旨在进一步闭合桥面原有裂缝，同时由于悬臂负弯矩的减小，减少悬臂端的挠度，减少主梁与悬梁连接处的冲击。该方案因为工期短，施工工艺比较新，需要一定的设备，一般施工队伍不一定具备条件，所以放弃了。
3.3.3按承载能力极限状态计算主梁锚固跨和挂梁正弯矩区的配筋时，在汽-20和挂梁-100荷载作用下，主梁截面强度不满足，需要进行配筋。加固措施为:凿除原桥面铺装和油毡后，将原桥面凿毛，用锚杆在原铺装厚度内加一层钢筋网，然后浇筑30 uea补偿收缩自防水混凝土。使用uea补偿收缩自防水混凝土的目的是因为uea补偿收缩混凝土是一种中等膨胀混凝土。在钢筋和相邻位置的约束下，可以在混凝土中建立0.2 ~ 0.7 MPa的预应力，使结构达到抗裂防渗的目的，即解决防水问题。除了在原路面厚度内不加钢丝网外，挂梁的加固方式与主梁相同。
3.3.4主梁裂缝粘结
为了改善主梁负弯矩区的应力，增加梁板的耐久性和刚度，同时为了在加固施工中需要移动导梁的孔洞时，主梁和吊梁能够安全地承受通过桥梁的导梁设备的重量，该桥的加固设计采用了用高分子化学材料对主梁和吊梁的裂缝进行压力灌浆的方法来粘结裂缝。
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