公路旧桥的检测、评定与加固
1 前言
岁月无情，任何一座“新”建的桥梁经过若干年大自然的侵蚀和使用，终将成为一座“旧”桥。所以，旧桥加固、维修将是一个永久性的技术课题，旧桥的加固利用和改造已成为桥梁工程建设中既古老、又年轻的新兴学科；实践证明，旧桥的检测、评定与加固是一项既综合繁杂，又在不断发展创新、逐步完善的技术，也是当今国际土木工程界所共同关心的热点问题之一，亦是桥梁建设可持续发展的一个重要组成部分和关键技术之一。
旧桥加固改造技术，是针对正在使用的旧桥进行检测、评定、维修、加固或改造等技术对策的总称。国内、外的实践均以证明，旧桥加固、维修工作是一项技术上可行、经济上合理的举措。但由于旧桥加固的过程中常存在原始资料和图纸不全的客观原因；旧桥加固设计的规程尚在制订；旧桥加固设计的制约因素和技术风险远比设计新桥要大得多。
而且，旧桥加固是一项繁杂的系统工作，工程量往往不大，但涉及面广，并关联到诸多隐蔽工程。病害原因、加固方法常常因桥、因地而异，且施工工艺多具特殊性和复杂性。上述情况是旧桥加固工作的特点，应引起我们的重视。同时，实践也证明，尽管每座旧桥的情况各不相同，具有各自不同的特点，但旧桥加固也同其他任何事情一样，有其内在的规律，也存在一定的共性。我们应遵循桥梁加固、改造工作的共性，结合具体桥梁的特殊性，在实践中发挥积极性和创造性，不断进取和探索，采用最先进的技术和材料，在旧桥检测、评定、加固和改造工作中，创造和总结出多种多样的、切实可行的技术和方法。
1.1 旧桥加固工作内容
具体到对某座旧桥进行加固和改造时，既要针对其病害特点和环境条件等，采取相应的、有效的、甚至极具创造性的具体措施，同时也应遵循一定的工作步骤来开展工作。这些工作包括：
①日常养护发现桥梁存在较为严重的结构病害后决定进行加固的决策过程；
②对桥梁进行结构检查、检测和评定；
③加固设计和编制工程预算；
④加固施工和加固后的鉴定、验收；
⑤加固前、后必要时进行动、静载试验等等。
1.2 关键的三项工作
上述旧桥加固的工作内容当中，以下三项是关键性：
①检测、评定是旧桥加固工作的“前提”：目的——了解“病情”，诊断“病状”；要求——检查要全面、仔细，病害分析要准确。
②加固设计是旧桥加固工作的“基础”：加固方法要合理，针对性强；灵活应用各种技术方法，创造性地开出“处方”。
③施工质量是旧桥加固工作的“关键”：加固施工好比外科医生给病人“做手术”，“成败”在此一举。
下面通过实例，分别论述这三项工作的重要性、创造性和灵活性。
2 旧桥加固的前提工作：检测与评定
2.1 制定检测方案
在开展此项工作前，首先应明确我们工作的目的是什么：①病害桥梁的维修利用；或②加固改造，提高荷载等级；或③需要通过超重车辆等。然后，根据不同的目的来制订检测方案，并指导开展具体的检测工作。桥梁检测工作的好坏、资料是否齐全，关键在于事前准备工作是否充分、周全。一座桥梁的构件极为繁杂，为避免现场检测时有所缺漏，致使检测资料不完整，需要再次至现场补测，不仅影响工作进度，还要增加经费。因此，检测前制定详细、周全的检测方案，是确保检测任务顺利、完整地完成的先决条件。
2.2 检测工作的实施
要全面、彻底、仔细地检测一座桥梁，桥下必要的支架是不可缺少的。实践证明，检测支架是确保检测质量和检测人员安全的重要环节。在安全、可靠、适用的前提下，可因地制宜地解决好检测支架问题。经济条件许可的专业检测机构亦可购买桥检车。（实例：略）
2.3 检测结果分析与评定
首先要保证检测和收集的资料要齐全、完整。实践证明，资料的可靠性和实用性取决于其完整性。
在病害产生原因分析时，一定要全面客观和依据充分，病害的根源一定要找准和分析透彻，从而确保加固补强措施能够起到实效。
2.4 实例：江西省香屯大桥的检测、评定
2.4.1 大桥简况
香屯大桥位于江西省乐平至德兴公路上，跨越乐安河，1969年8月竣工。大桥设计荷载原为汽-13，拖-60，桥面净宽为净-7+2× 0.25m 。上部构造为5孔 45m 的双曲拱，矢跨比1/6，横向6肋5波。下部构造为重力式实体桥墩和加后座的U型桥台。
图1 香屯大桥总体布置图（尺寸单位：标高为m，余为cm）
在距大桥20余公里处，建有德兴铜矿，该桥成为铜矿与乐平、铜矿与香屯火车站联系的必经之路，随着铜矿生产规模扩大，因而通过大桥的交通量日益俱增。据交通量观测站记录，交通量以每年6%的速度增长，最高峰达2247辆/昼夜。过桥车辆总数中约有60%属铜矿车辆，其车辆吨位一般较大，有的车长达 20m ，装有36个轮胎，观察人员估计总重超过500KN，这种车辆平均每周要通过大桥4～6次。此外，外省大型集装箱重车过桥也有所增加。
2.4.2 香屯大桥主要病害状况
（1）主拱圈裂缝
①主拱圈中波纵向裂缝。大桥横向中心线正处于第3拱波波顶处，检查时发现各孔中波波顶均存在纵向裂缝，一般自拱顶开始至L/4附近为止，但第5孔则两拱脚之间均存在，裂缝宽度最大约 0.4mm 。
②肋、波连接处裂缝。在各孔拱波与拱肋连接处，大部分都有裂缝，有的较细、有的十分明显，且有不少水泥砂浆脱落现象，也有不少处发生渗水现象。
③拱肋裂缝。各孔拱肋均有横向裂缝，而以第1、5孔比较集中，有不少是U形裂缝，这些裂缝多发生在拱顶前后 10m 左右范围内。
④横系梁裂缝。为数较少但除第1、4孔外均有发现。
（2）主拱圈轴线下沉
主拱轴线普遍下沉，拱顶下沉5～18cm，L/4点下沉0～9cm，而且上下游下沉量也不一致。
（3）桥面变形及破碎
桥面纵向变形已呈波浪形，但峰顶和波底之差虽不很大，但桥面破碎现象甚为严重，且集中在3、4、5孔及两台后座上，在墩顶附近伸缩缝处裂缝尤为发育，以致破碎露筋。
2.4.3 病害原因分析
据调查，1979年返修桥面时，拱圈上的裂缝并不太多，此后重车日益增加，病害则日见严重，特别是铜矿运矿石重车经大桥去乐平及尔后经大桥去火车站，回来则为空车，在大桥上经常会车。随着交通量的增加，桥上会车日见频繁，重车则多在一侧车道上行驶，这种经常性的重车偏载要对桥中心线附近拱圈进行反复交替的剪切，而该处拱圈仅有 26cm 厚，且基本上没有钢筋、系梁断面仅 15 cm × 18cm ，抗剪作用甚微，因而每孔主拱圈均产生中波上的纵向裂缝。由于空腹段强大的立墙可起横向联系的作用，而实腹段拱圈距活载又近，故此裂缝多般在两L/4点之间。分道行驶的拱桥，一般要求采取构造措施来抵抗错动剪力，大桥构造在这方面也是不足的。1979年新修的混凝土桥面虽已加钢筋，但是分离式的构造，无助于抵抗纵移错剪。幸运的是本桥立墙刚度较大，纵移作用对本桥影响尚属次要。
在肋与板、波整体性受到一定程度的破坏，而横向整体性又不能很好地保证，重车荷载有增无减地继续作用，势必使拱圈在许多局部呈现单个或少数构件受力集中现象，全断面受力甚不均匀。如在实腹段中波纵向缝已经形成时，单侧重车荷载则主要地由拱圈的两个半单元承受，而在肋波裂缝严重处，拱肋便可能因应力超限而开裂。
3 旧桥加固的基础工作：加固设计
3.1 加固方案的选择
旧桥的病害原因找准后，接下来就是选择加固方案。国内外已有很多成熟的旧桥加固技术和方法，但要针对某座桥的具体特点加以综合考虑，要重点考虑技术可行性、经济合理性和体现创造性。一种病害可能采用多种方法都能处理，如何选择最优的方案，这是切实加固好一座桥梁的最基础工作。（实例：略）
3.2 加固设计
加固方案确定后，就是进行细部设计。要强调是：由于旧桥加固施工的特殊性，设计人员应将施工方法、工艺流程或施工顺序阐述清楚，并应有相应的技术要求和衡量工程质量的指标。
3.3 实例：江西的走马岗大桥加固提载与拓宽设计
3.3.1 大桥概况
走马岗大桥位于江西省修（水）武（宁）公路，该桥建成于1974年。大桥全长 105.7m ，上部构造为2跨 40米 等截面悬链线空腹式钢筋混凝土双曲拱及两岸各一孔净跨径 4m 的半圆弧拱副孔（设置在桥台上）。桥面净空为：净－7+2× 0.35m 栏杆。根据同年代类似桥梁推定该桥原设计荷载为：汽车－13级，拖车－60；通航等级为不通航。双曲主拱的净矢跨比为fo/Lo=1/10，拱轴系数（推算）为m=2.514。
上部构造：每跨主拱圈由4肋3波及2个悬半波组成，拱肋中距为 185cm ，主拱圈全宽 7.4m 。主拱圈截面由基肋、拱波和现浇混凝土填平层组成；其中拱肋宽为 25cm 、高 50cm 。每跨拱肋各按等弧长设置11道横隔板联接。每跨各设8个腹拱，腹拱跨径为 250cm 左右。
下部构造：桥台为明挖扩大基础配U型桥台与重力式桥墩。
3.3.2 加固拓宽设计要点
通过将空腹式双曲拱桥的拱式腹拱及拱顶实腹段等拱上建筑拆除后，重建为连续板式拱式建筑，从而达到减轻恒载、调整主拱圈受力状态，以及改善桥梁荷载横向分布性能，提高桥梁承载能力之目的；并在利用和加高腹拱墩的同时，将墩帽外悬加长，达到拓宽桥面的目的。
图2 走马岗大桥现状总体布置图
图3 加固拓宽总体布置图
图4 桥面加固拓宽图
4 旧桥加固的关键工作：加固施工
4.1 选择施工单位
由于旧桥加固施工不同于建新桥，工程量虽不大，但工序较繁杂，且涉及到诸多隐蔽工程，施工工艺多具特殊性和复杂性，因此应选择具有相应资质与类似加固工程施工经验的施工单位进行施工，并聘请具有旧桥加固工程施工经验的工程师进行监理。这是保证加固目的实现的关键，再好的加固方案和设计，也要通过施工单位去做出来。加固施工质量不好，不仅起不到加固补强作用，甚至对原有桥梁结构造成新的伤害。
4.2 设计单位要切实配合
设计人员通过对桥梁的检测和分析，已了解了桥梁的病害和产生原因，也针对性地提出处治措施，并绘制了加固设计图，但最终还是要通过施工单位的加固施工去体现其意图和达到加固补强的目的。因此，设计人员要切实配合好施工全过程，尤其是施工前的技术交底，要详细讲解，以求施工人员明白设计意图和工程质量要求。同时，要充分调动施工人员的积极性和创造性，从而补充和完善加固设计的不足。最终目的就是共同搞好加固施工，使加固设计意图和目的完全达到。（实例：略）
5 结束语
旧桥加固技术是一门新兴的学科，也是始终在完善、补充、发展的学科，随着桥型的改变、新材料、新工艺、新技术的出现，新的、更好的加固方法就会出现和得到应用。所以，旧桥加固是一项非常有意义、有前途、有成效的工作，也可以充分体现技术人员个性化：一个病害可以用很多种方法处理，谁优？个人选择。好坏，实践检验。
最后提点建议：多收集资料，积累经验，多加交流，共同进步与发展。但要做到：认真工作，慎重决策，精心设计，创造性开展工作。
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