公路桥梁加固设计技术方案及工程应用实践探讨

杨方伟，夏永峰

(长沙榕源交通技术咨询有限公司)

1 热水坑2#桥概况和现状分析

热水坑2#桥位于湖南省张家界市永定区境内，是S306南永线的一座重要桥梁，该桥建成于2004 年6 月。桥梁全长72 m，净跨径1 ×52 m，桥面总宽12 m，净宽11 m;石拱桥结构为浆砌块石，下部结构为重力式U 型桥台，上部结构为板肋拱。

2011 年8 月，湖南中南林大土木建筑工程检测中心对该桥梁进行了外观质量状况检测，检测报告中明确指出热水坑2#桥的墩台基础、主拱圈、腹拱及横墙、桥面系及栏杆等部位分别出现了不同程度的裂缝、渗水、岩石风化、孔洞、水泥混凝土板开裂及钢筋严重外露等病害现象，本文就桥体损坏部分加固提出设计方案。

2 热水坑2#桥加固技术方案设计

根据《公路桥梁加固设计规范》等相关规定以及热水坑2#桥加固的内容，为进一步提高加固工程施工设计水平，保证工程施工的质量，热水坑2#桥加固施工组织设计工作应该在对原桥主拱圈界面强度验算的基础上开展加固方案设计。

2.1 原桥主拱圈截面强度计算依据

(1)计算时不计入拱上结构的联合作用，拱圈按斜置模式计算，即计入纵坡的影响。

(2)混凝土收缩、徐变产生的影响通过体系温差进行考虑，计算时计入体系温差为:升温15 ℃、降温15 ℃。

(3)截面强度验算采用《公路圬工桥涵设计规范》JTGD61－2005 相关条款进行验算。

(4)根据《湖南省张家界市永定区桥梁外观质量状况检测评定检测报告》，此次设计计算的强度抵抗值的取值为原材料风化前材料强度抵抗值的80%。

2.2 主拱圈加固

主拱圈是热水坑2#桥乃至更多公路桥梁的最核心结构部位，其稳定与否直接关系桥梁的安全使用与寿命期限。结合施工期间的保通问题、技术经济的合理性及施工难以程度等因素，利用拱圈改变结构受力体系，增加结构的刚度是解决桥梁下挠与开裂问题的最佳方案。为此，应该在主拱圈拱脚至第二腹拱拱背拱肋间，植入钢筋，绑扎钢筋网，现浇C40混凝土，厚度为80 cm。通过对主拱圈的加固，增加主拱圈的截面强度。

可以发现，按照以上方案对主拱圈进行钢筋加固后，主拱圈的各截面强度均能满足公路－Ⅱ级汽车荷载的要求，并且主拱圈的受力状况得到明显的改善，如表1 所示。

表1 加固后主拱圈截面强度验算结果 kN

续表1

2.3 腹拱圈及横墙加固

腹拱圈及横墙作为支撑主拱圈结构的重要部位，严重的岩石风化现象使其性能被削弱，横纵向开裂且渗水严重，承载力下降，因而需要对其加固。

(1)将拱顶岩石风化的岩石层和砂浆完全清除，并采用高强环氧树脂砂浆进行修补，补充拱顶岩石。

(2)对腹拱圈的宽度在0.15 mm 以上的裂缝采用壁可法压注高强环氧树脂砂浆的方法进行修补，并对宽度在0.15 mm以下的裂缝采用高强环氧树脂砂浆封闭处理。

(3)对腹拱圈渗水处原有的砂浆清除，再次采用高强环氧树脂砂浆进行压力灌注方法进行填充。

(4)对横墙局部破损部位的混凝土凿除，并利用喷砂枪或钢丝刷将外露的锈蚀钢筋表面的铁锈清楚干净，采用渗透型阻锈剂实施防锈措施，并利用环氧树脂混凝土进行修补。

2.4 墩台与基础加固

桥梁墩台的加固工程比较复杂，需要结合多种加固措施进行墩台基础加固。首先，需要清除桥台处的垃圾和杂草，保证桥台周围无更多杂质。对于桥台基础被冲刷掏空的部位要浇筑C30混凝土加以密实，并对基础前端植入钢筋，再进行现浇C30混凝土予以封闭，浇筑C30混凝土的厚度大致为15 cm。待桥台基础加固密室后，还应该砌筑C30混凝土预制块进行封闭，厚度30 cm，这样能有力的提升墩台的坚固性，增强墩台的抵御上游冲刷的能力。与腹拱圈及横墙加固方案有相似之处，墩台侧墙开裂处也应该采用高强环氧树脂砂浆进行修补填充;墩台后的填土施工则应该选用透水性好的采用，采用人工分层压实，以避免机械施工影响原结构的稳定，最后还要增设台后排水设施。

另外，对于桥梁墩台的加固还可以采用安装桥梁支座的方式进行。在采用C30混凝土浇筑垫石时，要注意如下问题:(1)在安装支座前，要对产品规格尺寸和技术指针进行检查，保证其与设计图纸的相符性;(2)必须确保安装有支座的混凝土的表面清洁平整，使混凝土表面的压力能够均匀;(3)对支座的顶标高进行严格的控制，确保其误差在±2 mm范围内。

3 主要材料的选择要求

3.1 水泥材料选择要求

水泥是桥梁加固工程施工中的必要组成材料，为了保证加固施工的质量，应采用高品质的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，并且热水坑2#桥加固施工中所需的水泥都应该使用此种水泥，不能采用复合水泥或变质水泥。

3.2 钢材材料选择要求

对于桥梁主拱圈、桥台基础等部位加固施工中所需的钢材，其不同情况下选择的不同种类钢材的要求也不尽相同。普通钢材须符合“GB1499－2007”标准的规定;HRB335 钢筋的抗拉强度标准值fsk 应保证为335 MPa;R235 钢筋的抗拉强度标准值fsk 应保证为235 MPa;其他钢材则均采用Q235qC 钢，并且其标准必须符合《桥梁用结构钢》(GB/T 714－2008)的规定。

3.3 粗骨料及细骨料选择要求

在热水坑2#桥加固工程中使用的粗骨料与细骨料，粗骨料应选择坚硬的碎石，碎石的生产方式宜采用锤击式破碎的生产方式，且碎石的最大粒径不宜超过2 cm，以防止出现混凝土浇筑困难或振捣不密实的现象;细骨料则应该采用级配良好、质地坚硬的河沙，且期间不含结块、软弱颗粒或黏土、有机物等物质，细骨料在使用前应进行冲洗，清楚杂质。

3.4 水选择要求

(1)水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质或油脂、糖类及游离酸类等。

(2)不应采用PH 值小于4 或大于8.5 的水。

(3)不应采用硫酸盐含量(以S04 计)大于2 700 mg/l的水。

3.5 混凝土配合要求

(1)混凝土的配合比，应以质量比计并应通过设计和试配选定。配制的混凝土拌合物应满足和易性、凝结速度等施工技术条件，制成的混凝土应符合强度、耐久性等质量要求，提高混凝土的和易性不宜采用加大含砂率和水泥的方法。

(2)混凝土的最大水胶比应控制在0.45 以下，胶凝材料用量350～450 kg/m3。

(3)混凝土应在试配时按JTJ053－94 做静抗压弹性模量试验，以满足规范《公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62－2004)对混凝土抗压弹性模量的要求。

4 注意事项

(1)在设计方案中若是采用增大截面法和型钢加固法对桥梁进行加固，应重点考虑结构刚度的变化及其应变方案。在设计过程中，值得注意的是应采取有效的措施使新旧混凝土协同工作，促进其结构牢固。另外，为了快速提高混凝土早期强度，应在背墙中加入早强剂。

(2)对于桥梁的整个加固工程而言，植筋工序是较为关键施工环节，因此要绝对保证其施工工艺和焊接工艺的规范性。

(3)裂缝灌胶后，应按规范检查补强效果和质量，发现缺陷及时补救，确保工程质量。

5 结 语

综上所述，在交通事业迅速发展的形势下，热水坑2#桥及其他桥梁加固工程成为交通部门引以重视的问题。本文在热水坑2#桥的实际现状下，重点对其主要部位的加固技术、材料选择及重点注意事项进行方案的分析与设计，以保证桥梁加固工程施工的质量，促进安全运输性能的提升。

［1］邵卫东，胡清国.公路桥梁养护与维修加固技术研究［J］.交通建设与管理，2014，(20).