马广德—既有桥梁加固维修的主要措施

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1、 1 / 36 桥梁工程师培训教材 （公路篇） 2 / 36 3 / 36 第四章 桥梁常见病害及养护维修方法对策 4.1、桥梁概况、桥梁概况 4.1.1 桥梁密度高桥梁密度高 上海地处江南水乡，河网纵横交叉密布，路线立体交叉较多,因此桥梁密度颇高，截至2012 年年底， 全市共有城市道路 4775 公里,城市桥梁 2151 座,共有公路里程 12541 公里,公路桥梁 10393 座。 城市桥梁密度达 0.45 座/公里,公路桥梁密度达 0.82 座/公里.均高出全国平均密度 0.16 座/公里 45 倍之多，位居全国前列。 4.1.2 中小跨径桥梁居多中小跨径桥梁居多 这些桥梁按桥梁跨径和

2、长度分类，在全市桥梁中，以小桥及中桥数量最多，如在公路桥梁中互通式立交 87 座， 占总座数的 0.84%， 特大桥 65 座， 占总座数的 0.62%， 大桥 606 座，占总座数的 5.83%，中桥 2731 座，占总座数的 26.27%，小桥 6991 座，占总座数的 67.26%，中小桥梁合计已占总量的 93.53%；在桥梁长度方面，大桥所占的比例相对较大，为 32.7%；其次为特大桥，占总长度的 27.4%；中、小桥分别占总长度的 21.4%和 18.4%。 4.1.3 桥梁结构形式繁多桥梁结构形式繁多,但钢筋混凝土和预应力混凝土简支梁结构最但钢筋混凝土和预应力混凝土简支梁结构最多多

3、. 公路桥梁上部结构以钢筋混凝土或预应力混凝土梁式桥为主， 占总量的 95%以上； 此外，有少量的拱桥（包括系杆拱桥 14 座、双曲拱桥 31 座、桁架拱桥 72 座） 、斜拉桥（6 座） 、钢桥、涵桥等。 4.1.4 总体桥梁技术状况较好总体桥梁技术状况较好 4.1.4.14.1.4.1 总体评分总体评分 根据 2012 年底统计资料，全市城市桥梁检测 1756 座桥梁的评定结果，被评为 A 类桥为1338 座占总量的 76.2%， B 类桥为 310 座， 占总量的 17.65%， C 类桥为 83 座， 占总量的 4.7%，D 类桥为 22 座，占总量的 1.3%，E 类桥为 3 座，占

4、总量的 0.2%，一票否决 14 座，占总量的0.8%。 A、B 类合计已占总量的 93.76%。全市平均 BCI 值达 93 分 在公路桥梁定期检查， 其中， 一、二类桥梁共计 9013 座，占总量的 92.3%； 三类桥梁 619座，占总量的 6.3%；四类桥梁 119 座；五类桥梁 20 座。在桥梁长度方面，一、二类桥梁长度之和占长度的94.6%； 三类桥梁占总长度的4.7%； 四、 五类桥梁长度之和占总长度的0.7%。 全市公路桥梁技术状况评分 Dr 均值为 83.5 分。3、按照国道、省道、县道、乡道、村道的顺序，一类和二类桥梁所占的比例依次降低，四五类桥梁所占的比例依次升高。表明公

5、路行政等级越高，桥梁整体技术状况越好。随着桥梁运营时间的增长，一、二类桥梁数量所占4 / 36 的比例逐渐降低，四五类桥梁所占的比例逐渐升高。 4.1.4.24.1.4.2 公路部件缺损状况公路部件缺损状况 4.1.4.2.1 2012 年全市共对 9713 座公路桥梁的部件缺损状况进行了检查与统计分析（注：莘奉金高速的 58 座桥梁因采用新标准评定，其部件状况未纳入统计） ，对每座桥梁按公路桥涵养护规范 （JTG H111-2004）划分的 17 类部件统计，全市公路桥梁 93.6%的部件处于好的状态（完好、良好或较好） 。 4.1.4.2.2 全市公路桥梁各部件中，损坏（评定标度为 3、4

6、 或 5）比例最高的部件依次是伸缩缝、桥面铺装和上部主要承重部件，相应损坏的桥梁数量分别占总量的 17.5%、16.6%和 10.6%。 4.1.4.2.3 处于较差状况（评定标度为 3）数量最多的部件是伸缩缝，占总量的 13.0%，其次是桥面铺装，占总量的 12.9%。 4.1.4.2.4 处于差的状况（评定标度为 4）数量最多的部件是伸缩缝，占总量的 3.9%；其次为桥面铺装，占总量的 3.2%。 4.1.4.2.5 处于危险状况（评定标度为 5）数量最多的部件是伸缩缝，占总量的 0.6%；其次为上部主要承重构件，占总量的 0.5% 4.1.5 四类及五类公路桥梁情况四类及五类公路桥梁情况

7、 4.1.5.14.1.5.1 本年度全市共有四五类桥梁 139 座，其中四类桥梁 119 座，五类桥梁 20 座。 4.1.5.24.1.5.2 本年度四五类桥梁中农村公路桥最多,共有 124 座，占四五类桥梁总量的 89.2%,高速公路仅有一座四类侨. 4.1.5.34.1.5.3 本年度四五类桥梁的建造时间多集中在 70 年代、80 年及 90 年代；其中，有 54 座为 1980 年-1989 年建造， 有 32 座为 1990 年-1999 年建造， 有 30 座为 1970 年-1979 年建造。 4.1.5.44.1.5.4 本年度的四五类桥梁以中桥和小桥为主，中小桥共计 123

8、 座，占四五类桥梁总量的88.5%。 4.2 桥跨部位的病害、病因及维修措施桥跨部位的病害、病因及维修措施 4.2.1 钢筋砼板梁及预应力砼板梁钢筋砼板梁及预应力砼板梁 上海的钢筋砼预制板梁始于50年代， 当时系参考苏联实心板梁标准图设计， 其跨长为4.6m，5.6m，6.6m 宽为 1m 的标准跨径，60 年代以后发展为空心板梁，标准跨径为 6m，8m，10m，13m，非标跨径根据需要设计。曾扩大至 16m，20m，后因裂缝较多而逐渐共识为 13m 作为钢筋砼和预应力砼的分界线。 钢筋砼空心板梁的预制一般在工地附近择地就地浇筑， 然后移运5 / 36 至桥上架设。施工方便设施简单，但其最主要

9、的缺点是容易出现梁底横向裂缝。根据钢筋砼结构设计原理，在最不利荷载作用下， 公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范允许出现小于 0.150.2mm 的裂缝，在非最不利荷载组合或自重荷载比例较小的情况下，也不一定出现肉眼可见的裂缝。而公路桥涵养护规程规定允许最大裂缝宽度为 0.25mm。因此可以认为大于 0.25mm 的裂缝属于病害，必须找出原因，进行维修加固处理。但小于 0.25mm 的裂缝虽不属允许限值， 久而久之空气中水分浸入或梁体内贮水渗入， 将致钢筋锈蚀， 影响耐久性，降低承载能力。因此也需进行封闭处理。简支梁桥的受弯内力在跨中附近最大，任何附加因素的组合，一般均在该区域首先反映。因此梁底横

10、向裂缝是这种病害的普遍现象。见下图： 图图 4.2.1.1 4.2.1.1 梁底横向裂缝梁底横向裂缝 钢筋砼空心板梁底的横向裂缝产生的原因可归纳如下： 1、正常的荷载作用，可能出现未超限的裂缝。 2、荷载作用增大。 车辆行驶荷载超过原设计荷载。 恒载超重，养护单位擅自增加沥青铺装层厚度。 沥青砼桥面铺装施工时震动压路机开启强震，引起结构共震。 铰缝分离造成横向分布系数增大，甚至发展到单梁受力。 3、施工质量问题 空心板梁浇筑时，芯模上浮造成截面中和轴下移，抗弯能力降低。见下图。 6 / 36 4545图图 4.2.1.24.2.1.2 梁体断落梁体断落 图图 4.2.1.3 4.2.1.3 芯

11、囊上浮后力学分析芯囊上浮后力学分析 7 / 36 （设计标准断面的抵抗力矩应为 fsdAS * y1, 上浮后断面的抵抗力矩应为 fsdAS * y2 ，因为下浮后中和轴下移，故 y2y1，对应的抵抗力矩小于原设计的抵抗力矩，降低了承载能力。 ） 梁体砼强度偏低。 箍筋保护层偏小，空心板梁孔腔内储水或大气中水分的渗入使钢筋生锈膨胀产生裂缝。 4、桥下火灾焚烧梁底,使梁体承载能力降底 图图 4.2.1.4 4.2.1.4 桥底焚烧后照片桥底焚烧后照片 由于钢筋砼结构出现裂缝后，特别是额外长期外力因素，使裂缝难于恢复。因此必须消除裂缝产生的原因后进行加固维修。 对于小于 0.25mm 封缝措施，以

12、前大多采用水泥砂浆或环氧砂浆表面涂刷，这种方法虽达到表面暂时封闭的效果， 但缝隙内的水分， 特别是贯穿板底的缝隙来自空腔部分渗入的水分无法排除，近年来水泥基渗透结晶型系列防水材料应运而生，这类材料系由波特兰水泥，特种石英砂及多种活性化学物质以水为载体，向砼内部渗透，在砼中形成不溶于水的结晶体，填塞毛细孔道，从而使砼致密防水，达到了永久性防水、防潮和保护钢筋的作用。这种材料对于小于 0.4mm 的非结构受力裂缝（包括上述小于 0.25mm 的裂缝） ，只需经涂布表面即可达到防水、封缝的目的，且渗透深度可达 2530cm，关键是施工时必须保持 23 天的潮湿或喷水养护。目前这类产品常用的有加拿大引

13、进的赛柏斯（XYPEX）防水材料。相关性能及施8 / 36 工 可查阅供应商提供的资料，其耐水压力、渗透深度、裂缝自愈修复能力、力学强度指标均足以满足封缝要求， 并优于水泥砂浆和环氧砂浆的作用。 近年来上海郊区公路桥梁应用赛柏斯（XYPEX）防水材料 ，效果较好。 超过缝宽限制的裂缝， 必须查明裂缝原因。消除病害原因后，对小于 0.4mm 的裂缝仍可采用上述材料和方法进行封缝，对大于 0.4 mm 的裂缝需将裂缝凿成 2530mm 宽，3570mm 深的 U 型槽，采用相关供应商指定的产品混合料及工艺进行堵塞，并在 23 天内保持湿治。 对震动压路机引起的和偶然超载引起的裂缝， 如今后不再超载

14、， 也可采用上述方法维修。否则就应粘贴碳纤维布或钢板进行加固： 钢板粘贴补强的方法是： 采用环氧树脂系列粘结剂， 将钢板粘贴在钢筋混凝土结构物的受拉区域或薄弱部位，使之与结构物形成整体，用以代替需增设的补强钢筋，通过钢板与补强结构的共同作用， 抑制裂缝开展， 改善钢筋及混凝土的应力状态， 提高梁的极限承载能力，以达到补强效果。 粘贴碳纤维布的补强方法是： 利用碳纤维具有其抗拉强度高 （标准强度达到 3000Mpa，普通钢材仅 235Mpa） 、 质轻 （自重仅为 200300g/m2） 、 耐腐蚀、 弹性模量与钢材基本相同、片材很薄 （设计厚度为 0.1110.167mm） 、 可在同一部位重

15、叠粘贴多层并适应不同构件形状、对原结构不产生新的损伤、 能有效封闭和约束混凝土裂缝的发展等特点， 代替钢板对结构物进行加固。因此这种方法被视为梁式桥加固补强、提高承载能力，尤其是当建筑高度受限制时的首选加固方法，其施工工艺也很简单。 图图 4.2.1.5 4.2.1.5 碳纤维梁底加固碳纤维梁底加固施工照片施工照片 9 / 36 对由于铺装层加厚增重或梁体强度低的原因产生的裂缝，用上述方法维修后,经验算再采取粘贴碳纤维布或钢板加固，粘贴碳纤维布或钢板加固的方法同上。 对由于铰缝分离增大单梁受力的原因产生的裂缝必须维修铰缝或增强横向联接功能后用上述方法维修。 铰缝维修时必须翻挖桥面铺装和剪裂的铰

16、缝混凝土， 保留板梁内外露弯入桥面铺装连接相邻板梁的箍筋，如有损坏应采用植筋技技术恢复。植筋技术也称为钢筋、螺杆化学锚固。是运用高强度的化学粘合剂，使钢筋、螺杆等与混凝土产生握裹力，从而达到预埋效果。植入后具有很高的抗剪能力，不产生相对位移，由于通过化学粘合固定，也不会对梁体产生膨胀破坏且对结构有补强作用，适合于边距、间距较小的铰缝附近布筋，试验表明植筋受拉的极限状态应是钢筋拉断而不是钢筋被拔出。 重新浇筑的铰缝和桥面铺装混凝土标号应大于原设计， 对于铰缝材料最好采用微膨胀的材料，并宜掺入矿物纤维(如玄武岩纤维)、钢纤维、聚酯纤维等类型复合材料的 C40 混凝土以减少收缩裂缝。使用实践表明以前传统的钢纤维已显露出不易拌和均匀、容易生锈、且强度不如玄武岩纤维高的缺点。 每条铰缝桥面铺装维修的宽度宜在 1 米左右， 以保证锚固端长度。有条件时宜全桥面改建，以减少接缝。由于翻修铰缝难以挖除狭小范围内的铰缝混凝土且容易损坏铰边的板梁混凝土。 当桥面标高可以提高或桥面混凝土铺装上设置有沥青混凝土铺装可以适