中小跨径危旧桥梁改造工程设计

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0引言

青岛地区国省道干线公路桥梁共计1300多座，特大桥5座、大桥90多座、中桥350多座、小桥880多座，按上部结构的材料组成和结构类型大致可分为钢筋砼梁桥、预应力砼梁桥、圬工拱桥、钢筋砼拱桥和石梁桥等五种型式。近年来，随着经济高速发展，交通量快速增加，道路车辆超限、超载现象十分严重，桥梁的耐久性急剧下降。2008年至今，多个公路危旧桥梁改造项目设计十践表明，特别是在中小跨径常规桥梁的改造项目中，呈现出虽然病害数量较多但病害类型和处置方法相对集中的现象，其中部分研究、设计和施工经验值得总结，供行业内有关技术人员参考。

1改造分类

项目实施过程中发现，设计规范中关于桥梁改造定性存在多种描述，如维修、加固、改建、改造、抢修等，各种规范之间没有统一定义。为便于描述和界定，根据国家现行规范将危旧桥梁改造划分为维修、加固和改建三种类别，明确了各类别所指代的工程规模和基本内容，方便了沟通并取得了良好使用效果。具体改造分类如下：

1.1维修工程

是对桥涵及其附属构造物的较大损坏进行周期性综合修理，以全面恢复到原设计标准的技术状况，或在原技术等级范围内进行局部改善和个别增建，以逐步提高其通行能力的工程项目。

1.2加固工程

是对桥梁的主要承重结构、构件及其相关部分采取增强、局部更换或调整其内力等措施，使其满足现行设计规范要求。

1.3改建工程

是对桥涵及其附属构造物因不适应交通量、荷载、泄洪要求而提高技术等级[1]，或因公路局部迁线改移需要重建，或为了显著提高通行能力而进行的较大型、大型工程项目。

2工作步骤、方法及内容

2.1工作步骤

研究过程按照评价、分析、确定改造方案三个步骤进行。

2.2工作方法

通过现场勘测、结构计算和数据分析，结合有关检测报告和养护资料等，对项目桥梁逐一分析论证，采用的方法主要包括：目测与仪器相结合、实地检测与内业资料相结合、结构检算与专家经验相结合、定性分析与定量分析相结合。

2.3工作内容

桥梁技术状况评价研究的内容主要有：结构承载能力评价、总体服务功能评价和外观病害评价。结构承载能力评价主要包括材料强度、变形，结构或局部构件的刚度、强度和稳定性等。结构承载能力评价不通过的，推荐采用加固或改建方案。总体服务功能评价主要包括荷载等级、路线线形、桥面宽度、过水断面等。对于结构承载能力评价不通过的，要提出改建方案，根据结构承载能力评价结论进行经济比选。外观病害评价，主要包括材料缺损、裂缝描述等。对所有检测出的外观病害，提出相应维修方案。其中，病害调查简便、有效，是桥梁改造的关键环节，是桥梁技术状况评价和处置方案设计的基础。病害调查对技术人员的专业能力要求较高，除了基本的理论知识储备，还需要具备现场调查经验。

3改造方案

改建类项目一般与新设计桥梁类似，需要根据桥梁的地质、水文和路线等具体条件设计，本文暂不讨论。维修和加固类项目，根据历年危旧桥梁改造项目设计经验，特将使用次数较多、相对独立成体系的处置方案汇总如下：

3.1墩柱套箍

对墩柱环向裂缝和颈缩处采用现浇C30砼套箍处理[2]，厚度25cm。单独环向裂缝套箍高度为2m，施工时根据墩柱表层砼裂缝及缺陷情况可适当增加套箍高度。主要施工顺序为：围堰或排水、砼表层处理、植筋、安装钢筋网、现浇C30砼、养护。

3.2横隔板粘贴钢板

青岛地区尚有大量T梁桥通行使用，横隔板是T梁薄弱环节，破损现象较为普遍，常采用粘贴钢板进行维修处理。中隔板采用双面粘贴，终端隔板采用单面粘贴，钢板下缘距横隔板下缘50mm，施工前应现场检测原结构砼强度不应低于C20。其工艺为：

3.2.1砼表面处理首先对砼裂缝和表层缺陷进行修补，对松散浮渣、油污等采用钢刷除去，砼粘贴面凹凸不平的应采用磨光机整平，露出新鲜砼，并用压缩空气清除灰尘，使砼表面清洁。

3.2.2钻孔植筋根据螺栓安装位置在砼构件和钢板上钻孔，将螺栓植入砼结构中并清理砼表面。

3.2.3粘贴钢板在砼和钢板结合面分别涂刷一薄层环氧树脂胶液，然后在钢板上再涂刷一层厚1～3mm环氧树脂胶砂，中间厚、边缘薄，并将气泡挤出，对应钻孔位置将钢板贴在砼表面[3]。

3.2.4固定加压钢板粘贴后应立即旋紧螺帽进行加压，并用特制U型夹具加压，压力应保持在0.05～0.1MPa，使钢板边缝有少量胶液挤出为宜。3.2.5检验防护钢板粘贴加压后应保护24h以上，使胶体完全固化。检查并根据需要补救或重贴，保证钢板与砼之间结合密实，符合设计及规范要求后，对粘贴钢板的砼构件表面涂刷丙乳砂浆防护。

3.3上套拱加固

上套拱加固可从根本上改善旧拱桥的技术状况，特别是对一些有保留价值的多跨拱桥，在维持其外观造型的同时，能有效提高承载能力、增加耐久性。其施工顺序为：

3.3.1搭设拱架平整拱下场地并夯实，必要时可浇筑砼临时基础。确定主拱圈完好后，搭设拱架。拱架应采用拱盔等整体式支撑结构，如采用满堂支架类支撑，应作多组次多循环调节，避免局部杆件受力集中而破坏原主拱圈的整体稳定。

3.3.2墩台维修墩台裂缝采用压力注浆维修，以一定的压力将无收缩水泥基灌浆料注入墩台砌石裂缝腔内。

3.3.3拆除拱上结构桥面系采用小型机具从跨中向拱脚方向对称挖除；拱上侧墙采用人工拆除，从拱顶向拱脚方向、桥梁左右两侧同时进行；拱上填料采用人工从跨中向拱脚方向对称挖除，分层厚度不应超过50cm。拱上结构拆除时严禁使用强烈震动机具，及时清理废渣，同时应进行观测，如拱圈出现沉降、变形或者裂缝等现象，要及时停止施工并查明原因。

3.3.4拱圈维修用高压水枪将拱圈顶面和底面冲洗干净，拱圈顶面采用挤压式砂浆泵喷射环氧砂浆，拱圈底面进行聚合物水泥砂浆抹面。拱圈顶面应分段施工或间隔施工。每次喷射环氧砂浆厚度0.5～1cm为宜，分层间隔时间视施工季节而定，应保证前一层表面干燥时再进行下一层施工。3.3.5拱圈植筋植入筋在拱顶采用梅花型布置，纵横向间距为30cm。锚固部位拱圈砌石若有局部缺陷，应先进行修补或适当调整植筋位置。3.3.6套拱施工钢筋布置后，由两侧拱脚同时对称地向拱顶浇筑套拱砼[4]。保证整个浇筑过程对称、均衡。振捣砼过程要避免机具接触原石砌拱圈及侧向模板，保证原结构稳定性。3.3.7重做拱上结构待桥梁上部结构施工完成并达到设计要求后，需对拱架拆除。

3.4下套拱加固

使用下套拱工艺加固拱桥施工方便、适用性强，特别是施工期间对道路交通影响较小，因此应用范围较广。根据统计，青岛地区国省干线公路圬工拱桥约有260余座，占所有桥梁20%左右。除了个别五类危桥或改建类处置的旧桥，采用下套拱加固处理，能在有限资金约束的前提下有效改善旧拱桥的安全使用[5]。其施工顺序为：⑴在基础侧面2m范围内开挖，然后用高压水枪将拱圈表面和基础侧面冲洗干净。基底采用20cm厚碎石夯实，并用2cm厚水泥砂浆抹面。⑵采用高压喷注环氧砂浆修补拱圈裂缝。⑶拱圈植筋按梅花状分布，间距不大于30cm；基础植筋竖向均布三层，横桥向间距30cm。⑷加挂钢筋网，钢筋网间距15cm×15cm，并与植筋焊接固定。⑸采用支架法现浇C30砼。旧桥主拱圈底面浇筑C30砼30cm；基础安全高度处理，两侧顺桥向浇筑30cm。

4结语

总之，在公路危旧桥梁改造工作中，除了具备足够的理论知识储备，还需要重视业务经验积累。本文总结了青岛地区中小跨径桥梁改造成套处置方案，供行业内有关技术人员参考。

作者：朱晓庆 单位：青岛市交通规划设计院