高原既有桥梁病害维修加固技术研究

陈芃

摘要：随着经济的不断发展，人们的生活水平也在不断的提高。近些年城市建设也有了显著的提高，而对于连接城市与城市之间的道路和桥梁等，为广大人民群众提供便利交通条件的同时，也为城市建设做出了卓越的贡献，与此同时对城市各行各业的发展也起到了推动作用。近些年随着城市建设的加快，对公路桥梁的构造也提出了更高的要求，同时对既有桥梁的病害维修和加固等也提出了较高的要求，由于我们国家地质条件多以山河为主，所以对于既有桥梁的维修和加固技术相对难度较大。本文中对高原既有桥梁病害维修加固技术做了相关的研究，希望能够通过分析和研究相关的加固技术对青藏高原的道路建设有一定的帮助，从而推动社会经济的发展。文中首先对青海地区既有桥梁使用现状做了分析，接着提出了高原既有桥梁改造加固方案设计，最后以工程案例的形式做了进一步的分析，以供同行商榷。

Abstract： With the continuous development of the economy， people's living standards are constantly improving. In recent years， urban construction has also been significantly improved. Roads and bridges while connecting cities，provide convenient transportation conditions for the masses of the people and have made outstanding contributions to urban construction. It has also promoted the development of all walks of life in the city. In recent years， with the acceleration of urban construction， higher requirements have been put forward on the construction of highway bridges. At the same time， higher requirements have been placed on the maintenance and reinforcement of existing bridges. Because Chinas geological conditions are mostly mountains and rivers， it is relatively difficult to repair and reinforce existing bridges. In this paper， relevant research on the repair and reinforcement technology of bridge disease in the plateau has been done. It is hoped that the reinforcement and construction technology can help the road construction of the Qinghai-Tibet Plateau to promote social and economic development. In the paper， the current situation of the existing bridges in Qinghai was analyzed. Then the design of the existing bridge reconstruction and reinforcement scheme was proposed. Finally， further analysis was carried out in the form of engineering cases for peer discussion.

关键词：既有桥梁病害;维修加固技术;工程案例;高原地区

Key words： existing bridge diseases;maintenance and reinforcement technology;engineering case;plateau area

中图分类号：U445.7+1                                   文獻标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）12-0108-03

0  引言

由于青藏高原特殊的地理位置，此地区不仅海拔高，而且气候复杂多变，高原上的冻土也有其自身的特殊性，它会随着季节的变化而产生一系列的变化，但是处于地表下的土层，是常年冻结状态。这样的地质条件，在此基础上建造桥梁和道路，破坏了地表的平衡度，同时生态环境也遭到了一定的破坏，而后的桥梁和道路便会出现各种各样的病害，如：冻胀、融沉、塌陷、裂缝等等。在施工中，由于机械和混凝土的浇筑会产生热量，而这些热量会传到地基上，而导致地基上的冻土融化至下沉，最终使得墩台基础会产生相应的下沉，从而影响桥梁和道路的结构;如果地基的冻土含冰量高，墩台基础下沉的现象会更加明显，所以对桥梁和道路的结构影响也会随之加大。在运营中，车辆荷载对桥梁的作用，使得桥梁地区的地表平衡遭到破坏，从而产生地基冻土的冻胀和融沉，最终导致桥梁结构的开裂。以上这些因素对桥梁的稳定性和安全性造成了一定的威胁，负载作用的频繁，道路超负荷使用，同时随着经济的不断发展，高原地区道路的运输量也在逐年增加，所以这对桥梁的使用性能也提出了更高的要求。

1  青海地区既有桥梁使用现状分析

青海地区的既有桥梁大部分都是修建在20世纪的七八十年代后，由于其服务期已经在30年左右，既有桥梁的结构老化、自然环境的影响、桥梁养护不及时等，这些都会使桥梁产生病害，所以桥梁病害维修加固进入高峰时期。高原地区既有桥梁的现状和病害的严重性已经影响了桥梁的承载力和耐久性，同时也影响了桥梁的结构，各项要求不能达到规定的范围，所以要能够正确的分析桥梁病害的成因和病害的特点。要从根本上分析病害产生的原因，对其进行全面科学的分析，根据具体的问题制定相应的解决措施，以发挥最大的经济效益。根据相关调查显示，青海地区的既有桥梁中，病害有如下几方面：混凝土病害、桥梁的断裂、附属物的损坏等等，这些病害会直接影响桥梁的使用寿命和安全性能，由此能够看出，青海地区的桥梁安全必须要引起相关的重视。

2  高原既有桥梁改造加固方案设计

对既有桥梁结构病害进行检测后，要根据具体的问题展开具体的分析，根据相关要求的内容，制定符合实际情况的加固方法。

2.1 桥梁状态评估指标体系构建

对青海地区的桥梁状态进行评定时，要从几个方面进行综合考虑，主要有承载力指标、耐久性指标、功能性指标、加固经济性指标、美观性指标。第一，承载力指标，影响该指标的因素有：桥梁结构、钢筋结构、钢筋锈蚀度、混凝土强度等等，由于影响承载力的指标纷繁复杂，所以在一定的环境下，也会出现其它指标对承载力的影响情况，即使是其它指标也都可以采用增指标公式。同时还有减指标公式，这个公式应用在一些对桥梁结构承载力没有影响的指标，对于一些没有影响或影响较小的指标，要将其去掉影响，之后再分配影响指标的权重。承载力层次分析模型如图1。第二，耐久性指标，影响耐久性的主要因素有：碳化深度的有效保护层厚度、下部结构碱—集料反应、钢筋锈蚀、氯离子含量、硫酸盐含量、基础冲刷、混凝土冻融破坏、大气环境等。影响因素在发生一系列的变化时，则指标的权重也要进行重新的分配和修正。第三，功能性指标，影响功能性的主要因素有：桥面结构功能性、桥下结构功能性、其它附属结构指标。当影响因素发生变化时，需对指标权重进行修正。第四，加固经济性指标，影响加固经济性的主要因素有：加固费用、限制或中断交通费用、检查、养护费用、维修费用、环境污染费用。当影响因素发生变化时，需对指标权重进行修正，加固经济性层次分析模型如图2。第五，美观性指标，影响美观性的主要因素有：形式美、与环境协调等。当影响因素发生变化时，需对指标权重进行修正。

2.2 青海地区在役桥梁综合状态评估

依据部颁《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）1.01条“为统一公路桥涵设计技术标准，贯彻国家有关法规和公路技术政策，使公路桥涵的设计符合技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的要求，制定本规范”的内容，再根据青海地区的地理环境、交通情况、经济情况、民族特色等多方面的要求，从上文中五个指标体系着手，对各个指标进行权重的分析，运用模糊综合评估理论的知识内容，对青海地区在役桥梁进行综合状态的评估，评估的综合模型如图3所示。

2.3 桥梁维修与加固方案选择

2.3.1 维修加固方法

对桥梁上部结构维修加固，常见的方法有很多种，但是统一归为6类：增大惯矩法;粘贴（锚固）钢板（筋）、纤维法;体外预应力法;改变结构体系法;回顶法;综合法。这6类加固方法，图4中给出了桥梁加固方法的应用示意，如果在对桥梁结构的维修加固过程中，可以不封闭交通，将是未来研究的重要课题。

2.3.2 加固经济性分析

对桥梁的维修和加固工程，它不仅仅是一项工程的问题，同时还涉及到经济的问题，所以在对桥梁进行维修和加固的过程中，要充分结合地方经济的情况，结合市场经济的特征，进行桥梁维修和加固的经济分析，对资金进行合理的利用，最大限度的利用有限的资金，合理的利用各项经济资源，结合近期和长期的经济效益，综合的进行桥梁维修和加固方案的选择，切勿盲目的带有片面性的选择方案。

3  工程案例

青康公路K376+098，1-6m（净跨径）混凝土台、钢筋混凝土桥桥宽7.0+2x0.25，该桥设计荷载为汽-15，挂-80。此段路基宽度为8.5m，为使桥宽与路基宽度相一致，防止发生交通事故，2002年对此桥进行了拓宽加固。随着近几年经济的飞速发展，大桥上的交通量也呈现了直线增长的趋势，现如今的每日通过车辆数量已经超过了当时建桥的10倍以上，其拥挤度也超过了大桥设计通行能力的2倍之多。经过从现场查看，该桥板梁承受行车载荷时，产生震动，桡度过大，硅台身产生纵横裂缝多处，八字墙倒塌。所以根据上述情况，2016年8月份，决定对该桥梁进行维修加固。在加固的过程中，要根据桥梁病害的具体情况，对桥梁病害部分进行维修整治以及对桥梁的承载力进行恢复，采用现阶段的工程技术，结合实际的经济状况，开展桥梁病害的维修加固。

3.1 桥梁病害的维修加固流程

①采用化学灌浆的方式，对挂梁和箱梁进行灌注，根据裂缝的宽度进行不同的处理。相关的工艺，在图5展示，同时在挂梁边梁和T构箱梁的腹板部分，当裂缝宽度大于0.2mm时，采用粘贴碳纤维布对裂缝进行约束处理。

②对原桥面进行凿除，凿除后浇筑加筋的钢纤维混凝土，将桥面全部浇筑该混凝土，根据钢纤维混凝土的特性，其有较高的抗拉强度，耐磨性高，这对挂梁的横向刚度有较大的提高。

③将原来的支座和伸缩缝全部替换掉。

④将钢筋网挂在锚头上，并浇筑环氧树脂混凝土将锚头封住。

⑤对原来的人行道和周边栏杆进行检查，针对查出来的病害问题，开展有效的整治对策，并进行重新维修。

3.2 恢復桥梁的承载能力

如何恢复桥梁的承载能力，要在主墩上方凿孔，开洞，并在箱梁中采用植筋技术，以此来加固箱梁。根据计算，箱梁每室中设置长、短束各4束，全桥共计240束。张拉控制力1094kN，其中长束采用可调式体外束锚具，用来考虑结构性能的不确定性，以方便调整索力，短束采用永久性体外束锚具。体外预应力加固施工图如图6所示，体外预应力加固效果图如图7所示，体外预应力束布置如图8所示。

对桥台的加固，要遵循动态设计的原则，在桥台的后方，加上2根钻孔灌注桩，对其的要求是直径1.2m，将浇筑的承台与原来的承台进行连接。

加固完成后的桥梁，要对其进行试验和评估，评估结果显示各项指标都在既定的要求内，在2018年7月份，缺陷责任期满后，对加固的桥梁进行测评，此时桥梁的各项性能按完好，各项指标也在正常范围，所以这就表明了维修加固的效果是良好的。

4  结束语

总之，对高原地区既有桥梁病害的维修和加固是保证桥梁耐久性的一个重要方面，同时也是对桥梁进行有效管控的重要环节，在对桥梁病害维修的过程中更要注重其科学性，要综合各方面考虑的同时，也要对各方面进行严格的控制。只有进行全方位的科学的管控，克服其中存在的困难，才能够突破高原既有桥梁病害的维修技术，保证桥梁的安全性和耐久性，同时提高经济效益和社会效益，为国家的经济建设做出卓越的贡献。

参考文献：

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[2]严莉华.高寒冻土地区桥梁病害机理及处理方法研究[D].长安大学，2010.

[3]韩慧利.严寒冻土地区高速铁路混凝土梁桥病害成因及处治研究[D].石家庄铁道大学，2014.