1、增江大桥病害分析及加固 伍宁德 广州市公路管理局，广州 510080 摘要：增江大桥是 50 年代修建的一座旧桥，下部为木群桩基础，上部为构加挂梁结构， 设计荷载标准低，出现了较严重的病害。通过对该桥梁结构的病害进行了检查和分析，提出了 同时采用外部粘贴纤维薄板法、体外预应力法及增大主梁截面法等多种加固方法的综合应用， 达到了提高设计荷载等级的效果。 关键词： 旧桥；病害分析；加固 1 概述 增江大桥位于广州市增城境内，属于国道 324 的原广汕线主干通道，于 1957 年建成并投入 运营，但加固前已无任何历史资料可寻，只能以实测鉴定作为设计依据。该桥原设计荷载等级 为汽-10 级，挂-60，
2、人群荷载 2.5/ 2，桥面净宽为净 7+20.75，跨径组合为 12.6+733.0+12.6，全长 256.2。上部结构是双悬臂连续梁带挂梁结构组成的普通钢 筋砼梁式桥，横截面为 2 片梁，中间以横隔板连接，其立面布置见图 1(图中加固架为加固后 设置)。下部结构为木群桩，双柱式桥墩。 随着广州东部经济的快速发展，该桥长期处于超载运行状态。 图 1 桥梁立面图（单位：cm） 2 病害调查与分析 1999 年 11 月进行了全桥现状检查和主跨的桥梁动载试验检测。 2.1 下部结构 （1）木群桩基础：由于下游长期挖砂，已致使主航道桥墩下的木群桩均暴露于空气中 12。其中，3 #、4 #、5 #
3、、6 #等 4 个水下墩较为严重，最严重处外露约 2.2。 （2）墩、台：经现场抽芯检验，墩、台的砼强度普遍较低，平均约 17.0MPa，同时发现局 部砼表面有剥落现象。 2.2 上部结构 （1）主梁跨中腹板底部约 1范围内有两条横向贯通裂缝（缝宽约 0.30.5）。全跨 其他位置也出现多条贯通梁底宽的横向微裂缝（约 80 余条， 间距约 1020，缝宽约 0.18）。 （2）主梁外侧距两边支座约 8处，各有两道约 3545的斜裂缝（裂缝最大宽度约 0.15），裂缝自翼板根部延伸至主梁腹板底。主梁靠近两边支座处，自翼板根部向下延伸 3 条裂缝（裂缝长 100120，最大缝宽约 0.13）。 （
4、3）桥面铺装层下有数条贯通桥面砼板的裂缝（最大缝宽约 0.28）。该桥面沥青铺装 层已满布坑槽，伸缩缝处连接不顺，伸缩缝被杂物填充，已基本失效。 （4）桥面动荷载试验跨中挠度实测结果较大，各种工况下的最大挠度为 1.523。 2.3 主要病害原因 引起主梁跨中、支座处顶部等位置横向裂缝的主要原因是该桥的实际通行车辆已大大超过 了原设计荷载等级，导致梁底弯曲，正弯矩过大，部分薄弱位置超过混凝土拉应力而开裂。支 座两侧斜裂缝（3545）的产生是由于通行车辆超过设计标准后支座位置处混凝土剪力过 大，形成剪应力破坏。同时，由于支座采用油毛毡，其弹性、延性等都比橡胶支座差，限制了 主梁的伸缩变位，引起了
5、附加内力。同时桥面的不平顺，又加大了行车荷载对梁体的冲击力， 从而加快了主梁的损坏。 3 桥梁加固 该桥是五十年代建造的旧桥，设计标准低，经过四十多年运营，已出现了较为严重的病害。 经分析，本次加固不仅要对病害进行处理，还必须提高其承载能力，才能适应目前的车辆荷载。 3.1 木群桩基础加固 对病害较严重的 3#、4 #、5 #、6 #4 个水下墩，先进行桩基加固。在每墩旧承台下分别对称施 工设置 4 根水下砼灌注桩，再在其上设钢筋砼加固平台，托起旧承台（新、旧承台之间通过埋 管压浆紧密连在一起）。加固后，原有 3#墩的局部微倾现象得到了纠正，达到了纠偏加固目的。 另外，对 1#、2 #、7 #
6、、8 #等陆上墩分别采用浆砌片石护坡进行防护。 3.2 上部构造加固 上部构造梁体采用了体外预应力模式，并采用了粘贴碳纤维薄板的复合加固方法，以提高 桥梁结构的承载力和抗裂性，有效改善结构的应力状态。 3.2.1 设置加固架 为减小梁体跨中挠度，采用改变支座支点减小净跨距的梁体受力体系转换法。墩顶采用了 加固架，在本桥所有桥墩（2 #8 #墩）都设置了八字支撑架支撑主梁（图 2），0 #台9 #台没有 设置。此举改变了结构的受力体系，使一跨由原来的两点支承变为四点支承或三点支承（桥台 没有设置八字支撑架，故两边跨为三点支承）。 图 2 加固架设置 3.2.2 增大截面 在每条梁肋的支座位置，每
7、隔 36cm 凿槽一道，槽内插入剪力钢筋（32），共计 10 根， 使钢筋直接参与抗剪。如折算为混凝土受剪面积，则整体抗剪能力大大增加，从而有效防止支 座附近因抗剪强度不够而产生的 3545的斜裂缝。另外，凿除原桥面沥青砼铺装，桥面重 新满布钢筋，并与上述受剪钢筋连接，浇筑 C40 砼。 3.2.3 体外预应力加固构悬臂 体外预应力的力学原理与无粘结预应力基本相同，两者的区别主要在于体外预应力钢筋与 结构一般不直接接触，而是通过锚具和转向块作用于结构上。一般的布筋形式有折线型或直线 型，本工程采用折线型，如图 3 所示。 图 3 体外预应力束布置图 结合加固后桥梁结构的工作性能，按加劲梁组合结
8、构计算预应力筋在外载作用下的应力增 量，按无粘结部分预应力混凝土结构计算抗裂性，按钢筋混凝土构件计算挠度。 （1）根据梁的控制截面的抗弯强度确定体外束面积。旧桥的承载力为汽车-10 级，设定加 固后桥梁所要达到的承载能力为汽车-20 级，加固前后梁的承载力差值为 251.7KNm。根据此 差值，初步估算每片梁采用 4 根 25mm 钢筋，A =5.6cm2。 （2）计算控制应力以及应力增量。因体外预应力筋的预应力损失比有粘结预应力混凝土梁 预应力筋要小，所以体外束的张拉控制应力应适当降低，以避免体外束长期处于高应力状态下 工作，改善加固体系结构的受力状态。用体外束加固的简支梁，对加固后的混凝土
9、梁截面应力 验算时，考虑了由活载引起的体外束中的应力增量。 3.2.4 粘贴纤维薄板 碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic）加固修复水泥混凝土结构是近年来 一种较新颖的加固技术。该技术是将碳素纤维薄板这种高性能纤维结构应用于土木工程，利用 树脂类材料粘贴于结构或构件外表面，形成复合材料体 CFRP，通过其与结构或构件的协同工作， 达到补强加固及改善受力性能的目的。加固修复混凝土结构碳纤维的抗拉强度为建筑钢材的十 几倍，而弹性模量与钢材相当，且施工性能与耐久性良好，是一种比较理想的加固修复材料。 配套树脂则包括底层树脂、整平材料及粘贴树脂，前两者的作用是
10、为了提高碳纤维的粘结质量， 而后者的作用则使碳纤维与混凝土形成一个整体，共同工作。 在碳纤维加固施工中，纤维布与混凝土表面的粘结质量直接影响加固的质量和效果。因此， 须严格控制施工质量。 （1）表面打磨平整，并清理干净。在梁转角处打磨成150mm 的圆弧，并且用整平材 料处理平滑，防止碳纤维在折角处产生应力集中。裂缝必须用填缝胶灌实。 （2）由于梁混凝土表面部分出现剥落、蜂窝等现象，在打磨清理后，表面不平，注意不 得用高标号砂浆修补，必须先涂底胶后用专用料 FE 修平，以确保基底的牢固。 （3）控制涂胶的厚度和均匀性，以保证胶能浸透碳纤维布，均匀涂胶，保证粘贴的紧密性。 如局部出现空鼓，可用针
11、管注胶修补。 （4）树脂胶均为甲、乙料配制而成，在使用中充分注意树脂胶的固化时间，施工中严格按 说明书要求操作。 （5）对于长度大于 3m 的碳纤维采用分段粘贴的形式，并做好搭接标志，保证碳纤维之间 的搭接长度150mm。在粘贴时用辊子沿纤维方向反复滚压捋出气泡，使粘贴树脂充分浸渍碳纤 维。木桥跨中、1/4 梁体处至梁端处腹板的侧面和底面以及支座附近 10m 的翼板底面均粘贴双层 双方向碳纤维薄板。 4 加固效果 4.1 静载检测 在桥梁加固后，对该桥主跨进行了静载试验，分别采用了汽-10 级、挂-60 和汽-20 级，挂- 100 两种设计荷载等级，以对加固效果进行有效性检验。 从图 4 可
12、见，该桥在施加原设计荷载等级（汽-10 级、挂-60）下，加固后结构的挠度比加 固前要小得多；而结构在提高设计荷载等级（汽-20 级，挂-100）后，挠度的增量也不大。实测 数据表明，桥梁加固后，达到了预期目的，有效地提高了通行能力。该桥至今已经历了 3 年多 的行车检验，未发现任何结构性病害。 图 4 主跨跨中挠度实测曲线示意图 加固前，对旧桥进行了静载试验，评定其跨中抗弯承载能力为 679.90KNm；而加固后，跨 中抗弯承载能力达到了 1059KNm，抗弯能力增加了 379.1KNm。 4.2 动载检测 对该桥主跨进行的跑车动载试验结果如图 5 所示。 车速（km/h） 图 5 不同车速
13、下的第一阶振动频率曲线 由图 5 可知，加固后各车速下实际所测的桥梁第一阶竖向振动频率均有较大程度的提高， 表明该桥的整体刚度在加固后有了较大程度的提高。 5 结语 增江大桥是典型的六十年代桥梁，这些桥梁的特点是设计荷载标准低，用钢量少。因此， 为确保在现代重荷载、大流量交通下的结构安全和行车安全，又能在公路改造中充分保留利用 这类型的桥梁，除了要及时处理病害外，还须采用先进有效的方法提高其实际承载能力。本文 就上述问题简要总结介绍了增江大桥应用体外预应力束配合粘贴碳纤维薄板等桥梁结构加固方 法。检测结果表明，该方法能有效增大梁体横截面，同时使体外预应力束与高强纤维板承受 80% 以上的弯矩，提高了桥梁的承载力。 参考文献： 1公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范 JTJ023-85S.北京：人民交通出版社，1985. 2公路桥涵施工技术规范 JTJ041-2000S.北京：人民交通出版社，2000. 3公路养护技术规范 JTJ073-96S.北京：人民交通出版社，1996. （摘自：广东公路交通2003 年第 4 期）
