第６期（总第２Ｏ１期） 山西交通科技 ２００９年ｌ２月 ＳＨＡＮＸＩ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ｏｆ ＣＯ ．ｎ Ｎｏ．６ Ａ 圣Ｑ Ｓ Ｄｅｃ． 桥梁改建和加固的问题分析及决策研究 吴潇潇，赵勇，陈中月 （安徽省交通规划设计研究院，安徽 合肥 ２３００８８） 摘要：分析了目前改建和加固类项目设计工作中存在的主要问题。并论述了进行桥梁加 固设计的必要准备工作、方案论证和决策工作以及常见的加固方案的关键点。 关键词：桥梁；改建；加固；分析；决策 中图分类号：Ｕ４４５．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－３５２８（２００９）０６－００５７－０３ 近年来，我们设计工作的的重心逐步从原来大 批量的新建桥梁设计转向路网改造、老路改建升级、 结构加固等等项目。同时随着精细化程度的提升，如 何对桥梁结构进行质量检测评定和加固、提高旧桥 的承载能力、确保交通安全已成为目前和今后相当 普遍存在着断面单薄、安全储备低等问题。特别是随 着近年车流量和汽车载重量的增大，很多桥梁的刚 度和承载能力更难以满足现阶段使用要求。 ｅ）检测报告的参考价值有限（ａ）由于多方面原 因，缺乏在完成结构加固前后桥梁的研究工作，无法 通过加固前后鉴定性静载试验证实原结构的实际承 载能力和提高结构抗力的加固效果。（ｂ）检测报告中 长的时间内面临的重要任务。文章主要结合桥梁改 建加固工作中的新老问题和设计思路谈谈个人的理 解和认识。 １改建和加固项目设计工作中的主要问题 罗列的种种病害无法真实模拟结构的实际工作状 况，在一般情况下可能低估了结构的病害。例如最普 遍的空心板梁桥可以直接观察到的只有一个临空 面，侧面和顶面根本无法检测。还有诸如裂缝宽度的 测定前提也不尽相同等等。 ｆ）业主单位的主观愿望在一定程度上左右着设 计思路有的业主单位要求安全第一，更愿意废弃 旧桥另修新桥，不惜代价；有的业主单位追求成本最 低，经济优先；有的业主单位要求对设计方案采取多 种方案试点实施。因此千差万别的要求给设计方案 ａ）改建项目构造物结构尺寸参差不齐标准化 程度低不同标准跨径之间不存在理论上的承接关 系，相同的标准跨径桥梁的结构尺寸和配筋往往又 各不相同。 ｂ）构造配筋与现行规范不适应现行的规范对 于构造配筋要求更细更高，而此前甚至更早的桥梁 绝大多数不能满足目前构造配筋的要求。 ｃ）部分设计图纸无法收集或设计图纸与现场情 况有较大出入随着早期公路的大量改扩建工程的 到来，设计图纸的竣工图通常无法收集；有些工程甚 和设计论证工作带来了巨大的工作量和诸多不确定 性因素，对设计者提出了更严格更进一步的要求。因 至经由多次加固改建，更是无源可溯，无根可究。而 通常凡是要加固的桥梁，结构已处在不利状态，有的 还岌岌可危。特别是旧桥有的缺乏原有的设计资料 和施工记录，结构内部情况不详，现有的受力情况又 不一样，很难确定其结构极限，这给旧桥的加固设计 带来了风险。 此在一定程度上是采取姑息型加固方式还是保守型 加固方式需要根据业主的相关意见进行选择和综合 考虑。 ２桥梁加固设计必要的准备工作 ２．１现场调查和图纸校核 诸如前面所提及的改建类桥梁技术资料收集难 的问题，对于无法收集的桥梁结构应加强桥梁设计 ｄ）桥梁刚度及承载能力大多不足 以往的桥梁 设计的指导思想注重于材料的节省，安全度相对低， 使用年限，已运营时间、结构尺寸、板块分布、使用状 收稿日期：２００９—０８—２８；修回日期：２００９—１０—２２ 作者简介：吴潇潇（１９７９一 ），女，安徽芜湖人，工程师，２００２年毕业于湖南科技大学土木工程专业； 赵勇（１９７４一 ），男，安徽冬至人，高级工程师，１９９８年毕业于重庆交通学院路桥专业； 陈中月（１９７８一 ），男，安徽庐江人，工程师，２００１年毕业于青岛理工大学路桥专业。 ・５８・ 山西交通科技 ２００９年第６期 况、主要病害等情况的调查；对于有相关设计资料的 桥梁，还应加强桥梁基本情况与设计图纸的核对工 作，为改建方案的论证提供最为完备和有效的第一 手资料。另外，一般旧桥运营多年，桥位附近的管线 位置、走向和埋深等也应详细调查，以便在设计工作 开展前与相关管线单位协调运作。 ２．２检测报告的分析 新的要求。也就是要针对桥梁所发生的不能满足继 续使用的状况进行处理。而新建工程必须经评估认 定确系不能正常使用的四类或五类桥梁。如果是界 乎加固和新建之间的桥梁则必须对结构进行多方面 的考量。 ３．１．１可行性 根据桥梁的现有技术状况、存在病害、车辆通行 的需要以及将来交通发展的趋势，对加固的必要性 ａ）研读检测报告混凝土回弹模量，混凝土碳 化深度，钢筋锈蚀率，裂缝的分布、发展情况、长度和 宽度等等都是综合判别结构的安全度，使用寿命的 和可行陛作出分析判断。桥梁经加固后，其结构性能 和承载能力能达到使用上的要求，桥梁下部结构具 极限状态的重要依据。对于没有图绘的检测报告可 以在设计过程中辅助以图绘的方式对桥梁病害进行 系统归纳和直观反应。 ｂ）加强病害关联性分析其中包括主要构件和 附属设施之间的关联性、上部结构和下部结构的关 联性等等。往往病害的产生除了原发性病害外，更多 的是转移性病害。如支座脱空、伸缩缝损害、基础冲 刷严重等可以产生一系列上部结构和下部结构的连 锁病害反应。因此在对检测报告进行分析要特别注 重发掘病害之间的关联性，寻根溯源，抓住重点。 ｃ）对即将发生病害的预期结构的加固改建应 防治结合。例如对于钢筋混凝土构件，除了要重视超 过规范限值的裂缝以外，还应该充分重视未超过规 范的限值规定的裂缝，特别是顺筋向裂缝，这些裂缝 通常是钢筋锈胀的标志物。 ２．３结构验算 结构加固不同于新建桥梁，其存在设计责任转 移，因此结构验算必须全面、细致。上部结构、下部结 构和基础应该全面验算。特别是加固类项目存在施 工期半幅施工半幅通行的情况，因此半幅桥梁的荷 载水平更大，必须增加相应一些工况的结构验算。 ２．４加固方案的比选和论证 根据需要改造桥梁的评估结论及经济分析，当 得知现有桥梁可以通过加固、维修达到使用要求的 结论后，再提出桥梁加固的设计方案；而后应建立既 有桥梁维修、加固、重建的经济分析模型，通过分析 比较，选择技术可行、经济合理、对现有交通干扰较 小的方案实施，以保证改造后的桥梁能安全运营；对 于主要承重构件需要加固补强时，加固设计方案一 般不应少于两个，并进行方案比选和经济评估，选择 最佳加固方案。 ３桥梁加固设计必要的论证工作 ３．１桥梁加固方案和桥梁新建方案的论证和权衡 桥梁加固，就是通过一定的措施使构件乃至整 个结构的承载能力及其使用性能得到提高，以满足 有足够的潜力，能满足加固后的桥梁对基础的要求。 ３．１．２ 经济性 综合考虑因加固桥梁中断交通造成的经济损失 和工程费用在内，在未来设计的一定的使用寿命周 期内，加固费用较之新建费用越低，加固方案才更有 意义的。就象一座桥梁在运营了几年后，加固费用与 新建费用的比例小于６０％，则可以考虑加固；而一座 桥梁已经到了设计寿命，加固费用与新建费用的比 例大于２０％，那还不如新建桥梁。但我们一般的公路 桥涵设计基准期为１００年，从我国桥梁事业兴起至 今，使用年限并不长，因此对于大部分在役桥梁一般 均可通过加固设计实现承载能力的提高；若有特殊 要求，新建方案必须充分论证。 ３．１．３耐久性 应结合病害的情况和加固的方法对各种加固方 案的技术经济效果进行比较。很多加固方案一旦实 施后，在后期养护过程中因关键部位被掩盖或缺乏 监测管理，日后难以再进行检测和评定，因此对于该 类桥梁加固技术的先进性和耐久性等应全面综合评 价，只有各种指标较好的加固材料和方案才能为选 择的大前提加分。 ３．２桥梁加固方案的可行性论证 ａ１验算结构、构件承载力时，应考虑原结构在加 固时的实际受力状况，即加固部分应变滞后的特点， 以及加固部分与原结构共同工作程度。 ｂ）ｊＪｌ固改建后上部构件恒载增大，应对相关结 构、构件及构造物地基基础进行必要的验算。 ｃ）地震区结构、构件的加固，除应满足承载力要 求外，应复核其抗震能力，即充分考虑结构刚度增大 而导致地震作用效应增大的影响。 ｄ）不能因局部加强或刚度突变而形成的新薄弱 部位。 ３．３无设计图纸桥梁加固方案的论证 对于必须进行姑息型加固方案的桥梁结构，尤 其是荷载标准要进行提高的桥梁加固。当然对原结 构的反算，很难与原设计完全一致，在这种情况下， ２００９年第６期 吴潇潇，等：桥梁改建和加固的问题分析及决策研究 ・５９・ 可以通过混凝土强度等级和截面尺寸，通过反算法 不足的同时伴随有墩柱附近抗剪不足的情况，如果 对原桥结构进行内力计算，并对控制截面进行配筋 在结构抗力和内力相差不太悬殊的情况下，完全可 计算，认定原结构实际配筋与反算配筋量相符合，以 以通过截面加固，上部结构改善等方式解决，如果相 此控制截面在新设计荷载作用下的弯矩差值Ａ 作 差较大，则可以主动加固或加桩柱等方式解决。 为加固设计的依据，从而进行加固设计。 ４．２．２基础 ４桥梁常见加固设计方案的关键点 基础部分是隐蔽工程，多数处于水下，较难观察 和判断，是加固改造的难点。主要的病害表现为基础 ４．１预制拼装上部结构加固的重点 在沉降和不均匀沉降、基础滑移和明显的倾斜、基础 在铰接板梁法的假设与简化中认为，在结合缝 结构物的开裂以及基础严重冲刷等等。 ｆ企口缝）的高度不大、刚性甚弱时，通常可近似视作 常见的加固改造主要方法是扩大基础加固法。 铰接。这种不考虑横向弯矩对传递荷载影响的做法 但需要注意的是在基础刚度相对小的情况下这种方 对于单梁而言从理论上是偏安全的，但同时将这种 法的改善程度是有限的。 较为薄弱的横向连接用理想铰的力学简化却是不安 全的。很多预制装配式的梁板因铰缝的破损导致横 而在桥台沉降明显的区域，人工地基加固法与 新建下部基础有很大的比较价值。从一些新建的市 向联系的减弱，从而将导致横向分布系数的增大。 政项目的方案的经济比选可以看出人工地基加固法 并且横向分布系数的增大将导致梁体承担更大的浯 的经济性略胜一筹 荷载，促使梁与梁间横向连接进一步损坏，形成恶 对于桥梁墩台产生沉陷，影响桥下净空者，可以 性循环。因此我们通常考虑采用铰接板梁法和单板 考虑进行加高改建。因此用顶升桥梁上部结构的方 受力的情况分别进行验算。当然后者验算的承载能 法来加高墩台的方法是修复桥梁墩台沉陷的一种既 力肯定不足。因此预制拼装上部结构应着力于对横 经济又简便易行的施工方法。 向分布系数改善的改造工作。 对于遭受冲刷的基础，轻者可以采用表面防护 常规的加固方法通常采用除去原桥面铺装，凿 进行治理，严重者可以考虑采用石笼防护或在上游 毛主梁上表面，处理铰缝并重新加铺整个桥面的加 增加导流堤的加固方式。 筋混凝土。现浇桥面铺装一方面提高了各梁间传递 横向弯矩的能力，同时也加大了横向连接面积并使 ５设计体会 ． 得梁体整体的抗扭能力加大。这对各梁的整体受力 ａ）前期加固设计有效方案越多越好，不仅可以 是有利的，将起到较大的补强作用。另外还可以在接 强化论证推荐方案的优势，同时还可以经得起比选 缝底部采用横向钢板连接相邻板梁，以加强梁与梁 和推敲。往往设计方案归根结底还是取决于设计论 间的横向联系，从而加强对扭矩和横向弯矩的抵抗 证的细致程度和深入程度。 能力。 ｂ）桥梁加固归根结底就是主动加固和被动加固 ４．２下部结构的常见病害以及加固方案 两种方案。而选定的方案与先期的检测工作有密切 从旧桥技术状况质量评定的权重可以看出，上 关系，从适用性来看被动加固适合于在横载作用下 部主要承重构件占到２０％的权重，而墩台基础占到 承载力满足要求但使用阶段承载能力不足要求的中 了４７％的权重，是真正意义上的桥之根本。桥梁下部 小桥梁和部分大桥的次要受力方向加固。因此，在设 构造能否正常使用，不仅与墩台本身的完好程度有 计阶段与检测单位的沟通和协同设计尤为重要。 关，而且往往涉及到基底土质和水文等诸多因素。 ｃ）结构设计的储备应给予足够重视，结构应留 因此，对于旧桥的下部构造加固改造，无论是加固前 有一定的刚度和承载能力富余，基础设计尽可能考 的检验与病害原因分析、判断，还是具体的加固设计 虑周全和慎重。截面的构造尺寸对于耐久性和抗腐 与加固方法，相对于上部构造来讲难度更大，变数更 蚀性充分考虑。结构应为今后发展的新需求提供先 多。在针对具体的旧桥下部构造实施加固改造前，还 天优势，最大可能地满足可检性、可修性、可换性和 是应确定下部构造是否具有加固改造的意义。 可强性。 、 ４．２．１墩台 ｄ）对于下部基础的冲刷计算应加强核算，河床 很多小型结构物，其最终体现的病害多是转移 表层为细砂、中砂或位于采砂河段和水库下游的桥 性病害，表现尤为突出的就是桥墩盖梁。原因很多： 梁应尤为重视，基础埋置深度应扣除一般冲刷和局 支座脱空、单板受力、截面刚度小、承载能力低、基础 部冲刷深度，必要时应对河床的演变进行评估和论 不均匀沉降等等。而通常这类构件在抗弯承载能力 ￣ｌｌ：ｏ （下转第７８页） ・７８・ 山西交通科技 ２００９年第６期， 之一，在实际制作时绝不可忽视。另外，沥青改性制 ４总结 ’ ． 备设备结构设计的合理性也是十分重要的。在这方 面，ＪＫＬＧ系列改性沥青成套设备在总结国内外大量 成熟经验和设备结构基础上做了大量工艺研究和设 为了达到公路工程用改』生沥青的必要的技术条 件，其制作过程中的工艺合理性及专用制作设备的 选用是十分重要的。另外，基质沥青与改性剂的相容 性也是影响制作质量的关键因素。所以近年来国内 备结构优化工作，使之成功实现了沥青改性制作的 一次剪切完成。 外公路工程技术和管理部都特别重视改性剂与沥青 的合理配伍研究。要精心选择基质沥青的品种，并对 改性剂聚合物的分子量、分子结构、分散状态加以选 择，使它们能形成较好的配伍。同时，较为理想的作 业温度也是达成路用改性沥青成功制作的重要条件 参考文献： ［１１］ 王志廷，靳长征．沥青加热技术【Ｍ】．北京：人民交通出版 社，１９９９． 【２】于小鹏．改性沥青成套设备的设计 ．太原：太原理工大 学，２００９． Ｔｈｅ Ｍａｉｎ Ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ Ｍｏｄｉｉｆｅｄ Ｂｉｔｕｍｅｎ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｑｕａｌｉｔｙ ＬＩ Ｙｏｎｇ－ｓｈｅｎｇ （Ｓｈａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｔａｉｙｕａｎ，Ｓｈａｎｘｉ ０３０００６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｍｏｄｉｉｆｅｄ ｂｉｔｕｍｅｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｂｉｔｕｍｅｎ；ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ；ｆａｃｔｏｒ （上接第５９页） ｅ）诸如护栏和泄水管等附属工程的设计应更多 考虑可更换性和二次改造的可能。以便于日后的养 护和改造工程的实施。 学报，２００１（Ｓ１）：２６—２８，３３． ［４］李莉．桥涵单板受力分析与防治【Ｊ］．交通世界（建养・机 械），２００９（７）：９７—９８． ［５］李国清．高速公路桥涵单板受力产生原因及处治方法【Ｊ】． 参考文献： 【１】郝伟，陈江洲．基于寿命周期成本的桥梁技术改造经济评 价研究［Ｊ】．兰州交通大学学报，２００９（３）：２５—２８． ［２］叶文亚，李国平，范立础．桥梁全寿命成本初步分析［Ｊ】公 路，２００６（６）：１０１—１０４． ［３］周建廷．桥梁加固机理及加固准则探讨［Ｊ】．重庆交通学院 公路交通科技（应用技术版），２００９（３）：４６—４８． ［６】叶吉军．桥梁加固技术的研究与应用【Ｄ］．上海：同济大学， ２００７． 【７］ 肖萍．桥梁技术状况评价与预测【Ｄ】．长安大学，２００３． 【８】黄良．公路桥梁加固技术探讨【Ｊ】．广西大学学报（自然科学 版），２００６（Ｓ１）：２７５—２７７． Ｔｈｅ Ｐｒｏｂｌｅｍ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ－Ｍａｋｉｎｇ Ｓｔｕｄｙ ．ｏｎ ｔｈｅ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｂｒｉｄｇｅ ＷＵ Ｘｉａｏ・ｘｉａｏ，ＺＨＡＯ Ｙｏｎｇ，ＣＨＥＮ Ｚｈｏｎｇ・ｙｕｅ （Ａｎｈｕｉ Ｓｕｒｖｅｙ＆Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｈｅｆｅｉ，Ａｎｈｕｉ ２３００８８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｒｏｊｅｃｔｓ，ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ，ｐｒｏｇｒａｍ ｖｅｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｃｉｓｉｏｎ—ｍａｋｉｎｇ ｅｔｃ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｒｉｄｇｅ；ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ；ａｎａｌｙｓｉｓ；ｄｅｃｉｓｉｏｎ—ｍａｋｉｎｇ
