混凝土桥梁加固技术的应用与研究 陆益军 摘要：在分析目前我国公路桥梁现状、桥梁病害诊断基本思路、加固方法选择原则、评估及加固准则的基础上，综述了几种常用和新型 加固技术，评述比较各自优缺点。最后在评述以上新技术以及其他已成熟应用技术的基础上，给出桥梁加固工程的实际应用原则并展望 了未来加固技术。 关键词：桥梁；加固原则；加固技术；ＦＲＰ；预应力技术 １混凝土桥梁基本现状 近年来，我国交通事业蓬勃发展，高速公路建设的不断完 善，国内高速公路网的形成，使得高速公路承担起了主要的交 通运输任务，经济的飞速发展，带动了整个交通运输业的繁荣， 在高速公路上涌现出大量大型、重型车辆，这些加速了高速公 路桥梁的老化，表现为破损严重、承载能力下降。然而桥梁作为 一种人工构造物，必然要经历建造、使用和老化三个阶段。许多 桥梁已渐渐不能满足现代交通的要求，使用性能恶化，安全性 大大降低。因此，对桥梁结构的维修、加固和补强的研究及应 用，是亟待解决的重点难题，有利于改善桥梁的使用性能和延 长桥梁的使用寿命。 ２桥梁病害诊断的基本思路 混凝土结构的病害表现形式多种多样，引起病害的原因错 综复杂，从引起病害的原因来分析，可将其划分为两大类。 第一类为因环境作用而引起的混凝土结构损伤与破坏。由 于混凝土的缺陷（例如裂隙、孔道、气泡、孑Ｌ穴等），环境中的水 及侵蚀性介质就可能渗入混凝土内部，与混凝土中某些成分发 生化学、物理反应（如碳化、氯离子侵入、酸侵蚀、碱集料反应、 冻融、盐侵蚀等），引起混凝土损伤，从而影响到结构的受力性 能和耐久性。 第二类为因桥梁的使用年限长、荷载作用或设计、施工不当而 造成的混凝土结构损伤。例如：超载作用会引起裂缝、动力冲击作 用引起疲劳破坏、构造措施和施工方法不当引起结构裂缝等。 ３桥梁加固方法选用原则 对于具体的工程如何选用，应依照以下的原则： （１）采用加固方案之前．须先考虑耗费少、功效快、不中断交 通、技术上可行、有较好耐久性等方面的要求。 （２）补强加固是通过加大或修复桥梁构件来提高局部或整 座桥梁承载能力的措施。因此桥梁加固工作一般以不更改原结 构形式为原则，在兼顾经济性的前提下，只有在较复杂的情况下， 才可考虑更改结构形式。 （３）选择桥梁加固方式时。必须考虑旧桥现状、承载能力减 弱的程度以及曰后交通草，最好参考已经成功完成补强加固的 桥梁的施工。 （４）采用扩大或增加桥梁构件断面的方法进行加固前．应考 虑增加部分与原有部件的结合效果。 ４桥梁安全评估及加固准则 对桥梁进行加固前，首先要对桥梁的劣化与受损情况进行 全面检测，依据受损现状进行安全性评估．确定结构实际承载能 力．判断损伤是否对桥梁承载力和耐久性构成威胁。应详细评估 其结构现有强度是否能够承受实际荷载，以判定桥梁承载能力 的安全性。而在耐久性方面．应综合考虑结构损伤、材质劣化、施 工缺陷等状况与周围环境条件。合理判断结构的使用寿命。我国 目前主要采用检测与计算相结合的方法对桥梁安全的承载力 进行评定。加固准则方面：①原始基本数据的收集，因为原桥基 本数据的收集正确与否直接影响整项加固工程；②加固３准则 的严格执行。这３个加固准则是“恒载应力”准则、“组合应力”准 则、“极限承载力”准则。 ５桥梁补强加固方法 ５．１常用的主要维修加固方法 （１）加大截面加固法（外包钢筋混凝土面层法）。加大截面 加固法一般采用两种方式：①加厚桥面板；②加大主梁梁肋的高 度和宽度。 （２）粘贴钢板加固法。该法是以胶体等连接钢板与混凝土 的结构加固法．其施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿 作业，对生产和生活影响小。且加固后对原结构外观和原有净空 无显著影响。但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作 水平 适用于承受静荷载作用且处于正常湿度环境中的受弯或 受拉构件的加固。施工流程如图１所示。 图１粘贴钢板施工流程 （３）粘贴碳纤维加固法。该法采用专门的树脂将碳纤维粘 贴于混凝土结构受拉表面，碳纤维与原结构形成新的受力整体 碳纤维与钢筋共同承受荷载，降低了钢筋应力。从而使结构达到 了加固和补强效果。其主要特点是：几乎不增加结构自重和截面 尺寸，不改变净空高度，施工方便，对原结构几乎不会造成新的损 伤，具有良好的耐腐蚀性、耐久性和抗疲劳性能，根据受力分析 可进行多层粘贴进行补强。其方向性也可以灵活掌握。该方法的 缺点是弹性模量与强度比值过低：环氧树脂在温度大于６０℃时 会呈现软化现象，而桥梁一般受到阳光直射．桥面温度大于６０℃ 的可能性很大．不利于采用树脂胶作粘贴剂。 （４）体外植筋法。 在原桥梁的构件上再张拉预应力筋．从而提高桥梁结构的 承载力、延性。其优点为施工方便、周期短、不影响正常使用：缺 点为使用养护费高．对原桥梁的腹板、横隔板要求高。 其他还有喷混凝土加固法、置换混凝土加固法、锚栓锚固 广东科技２０１１ ３第６期 ９９ 专版ｌＩ路桥、航运与交通 表１几种加固法比较 项目 增加体积 增加重量 施工时间 施工人数 施工空间 外包钢筋混凝 粘钢加固法 体外植筋法 碳纤维布加固法 土面层加固法 小 小 小 小 大 较长 多 大 大 较长 多 大 小 较长 多 大 小 短 短 少 大型机械 抗腐蚀耐久性 需要 差 需要 差 需要 差 不需要 良好 法、增加支承加固法、绕丝法等等。 ５．２混凝土桥梁加固新技术 ５．２．１纤维增强复合材料（Ｆｉｂｅ：ＲｅｎｉｏｆｃｒｄｅＰｌａｓｃｔｉＳ，简称ＦＲＰ） 与传统的粘钢加固相比，纤维增强复合材料的加固技术有 以下明显的优势： （１）ＦＲＰ不受电化学腐蚀影响，可以在较大的温度范围内 抵抗酸、碱、盐及类似物质的侵蚀，不需要抗腐蚀保护，粘贴后 的维护费用要比粘钢少： （２）ＦＲＰ片材能够对结构的不同部位和处于不同环境中的 结构进行施工，ＦＲＰ可以根据需要方便的裁剪以适应所需的形 状和数量，加固后结构外观和尺寸不会出现明显的变化，结构 的重量凡乎不增加： （３）ＦＲＰ材料便于运输和操作，需要的脚手架少，对操作空 间的要求低，可在受到限制的空间操作，施工现场扰动小，可以 快速经济地施工： 开始出现不堪重负的倾向。针对这些桥面在完全凿除旧桥面、 换铺新桥面，一来是费工费时；二来是经济效益也不是很理想。 对此，有人提出采用植筋技术，在旧桥面上加一层新桥面．这样不 仅充分利用了旧桥面。而且缩短施工时间，经济效益也很显著。 植筋孔用电钻成孔，且钻进要竖直。钻孔完成后，孔眼用水 冲洗，确保植筋锚固效果。在混凝土桥面加固中，新旧桥面的连 接是个薄弱环节，尤其是界面的抗剪强度。采用植筋技术以后， 界面的抗剪强度由三部分组成：界面混凝土内部结合力、界面 摩擦力、植筋的抗剪力。由于植入钢筋的影响，界面的抗剪强度 大大提高，而且植入钢筋对旧桥面也起到了一定的加强作用。图 ２所示。 图２植筋加固技术 （４）由于构成ＦＲＰ布的纤维丝束直径较小，ＦＲＰ布弯曲刚 度低，从而可以生产成连续长度的产品，成卷运送。粘贴时可彻 底避免接头： （５）除玻璃纤维（ＧＦＲＰ）外，ＦＲＰ材料均表现出优异的抗疲 劳、抗徐变性能，对全方位改善被加固结构性能有利。 表２典型ＦＲＰ材料的主要参数 纤维种类 普通 弹性模量 （ＧＰａ） 极限抗拉强度 极限应变 密度（ｇ／ｃｍ３） （ＭＰａ） （％） 该方法的缺点是计算比较复杂 不仅要计算新桥面层的厚 度以满足承载要求，而且剪力植筋应有适当的埋深。需经过计算 确定。另外，植筋点的选择也是一个问题，既要避开原钢筋，还要 与原钢筋保持一定的距离．以满足钻孔操作要求。最后．就是植 筋后要往孔内注入混凝土，虽然混凝土量比较少．但是混凝土的 膨胀和收缩也是一个不得不考虑的问题。 ５．２．４直接喷涂法 该方法是针对化学变质的混凝土结构在处理干净的混凝 土和钢筋表面直接喷涂聚合物。用树脂复合等材料作用下经化 学浸渍变质的不同型号混凝土的加固，加固后的最大荷载可增 加１３～１５％。目前科学家们研究开发的部分黏结剂可以达到很 惊人的黏结强度，若能将这些材料用于桥梁加固，如直接注入裂 缝，则可以阻止裂缝的继续开展，方法简单．效果良好。 ２２０￣２３５ ２０５０～３７９０ １．２ 高强度 ＣＦＲＰ 特高强度 高弹性模量 ２２０－２３５ ２２０～２３５ ３４５～５１５ ３７９Ｏ—４８２５ ４８２５－６２０ｏ １７２５￣３１ｏｏ １．４ １．５ ０．５ ６结束语 １．５—１．６ 特高弹性模量 ＧＦＲＰ Ｅ—Ｇｌａｓｓ Ｓ—Ｇ】ａｓｓ ５１５－６９０ ６９—７２ ８６－９０ ｌ３７６～２４００ １８６０－２６８５ ３４４５—４ｌ３５ ０．２ ４．５ ５－４ １．２－２．１ ＡＦＲＰ 普通 高性能 ６９－８３ ｌ１０－３４４５～４１３５ ３４４５－４１３５ ２．５ １．６ １２４ １．２～ｌ ５ 钢筋 ２０ｏ～２１０ ３００—４００ ７．９ ５，２．２预应力应用于桥梁加固的形式 （１）体外预应力法。体外预应力加固是把具有防腐保护的 预应力筋布置在梁体的外部（或箱梁）。对梁体施加预应力。以预 应力产生的反弯矩抵消部分外荷载产生的内力，达到改善梁体 的使用功能和提高承载力的目的。 （２）有粘结预应力加固体系。有粘结预应力加固体系是采 用锚固于被加固梁体上的高强钢丝，２～３股钢绞线或小直径高 强度粗钢筋．对梁体施加预加力。然后喷注具有较高抗拉强度的 复合砂浆．将预应力筋与被加固梁体结为一体，构成有粘结预应 力加固体系。 （３）预应力高强复合纤维加固体系。采用锚固、粘贴在梁体 外部或箱内的高强复合纤维布条或板条对梁体施加预应力。目 前尚处于试验研究阶段 其关键技术是解决施工中预应力纤维 布的张拉和锚固问题。 ５．２．３植筋加固桥面技术 服役中的１日ｊ乔很大一部分桥面是钢筋混凝土桥面有些在 长期运营中损坏不是很多基本完好。但是面对交通量的增长却 １００广东科技２０１１．３第６期 通过正确的桥梁结构检查，及时准确的分析、判断结构的 病害，采取正确的加固措施和方法，是保持桥梁结构使用功能 和寿命的重要手段。随着科学技术的不断发展，施工、养护和加 固方法会得到更深更好的发展。桥梁的维修与加固在当前交通 流量负荷加重、桥梁受损普遍的情况下，具有较高的经济效益 和社会效益。所以，公路建设要积极贯彻“建养并重”的方针，将 桥梁的检查、维修、加固与改造工作列入议事日程。 参考文献： 『１１王聪慧．植筋技术在桥梁加宽及加强工程中的应用【Ｊ］．公路，２００２（９）： ６３～６６． 『２１易刚祥，龙廖乾，谢芳．桥梁加固综述ＯＶＭ通讯，２００３，（４）：１１－１５４． ［３】黄福伟，许晓锋，郑７ｙｍ．桥梁抗震加固技术现状及发展趋势．公路交通 技术，２００３，（５）：５７—５９３． 『４１崔国喜，潘发晶新建立．混凝土桥梁补强加固技术．华北水利水电学院 学报．２００２．２３（３）：２１ ２３５． ［５１朱典文’唐小兵’张万平．桥梁结构的体外预应力加固技术．交通科技， ２００２．（６）：３８～４１８． 『６］ＣＥＣＳ２５—９０，混凝土结构加固技术规范【ｓ］． 『７１７吕志涛．新世纪混凝土结构对新材料的挑战『Ｃ］．中国首届纤维增强塑 料（ＦＲＰ）混凝土结构学术交流会论文集．北京：２０００．：６１ ３． ［８］卢建敏．复合增强材料在美国土木工程中的应用现状【Ｍ】．化学建材， １９９９（３）：４０～４１． 『９１赵彤，谢剑．碳纤维布补强加固混凝土结构新技术【Ｍ】．天津：天津大 学出版社，２００１． （作者单位：南京理工大学紫金学院）