申文杰

（山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012）

目前桥梁病害问题的研究与处理已经引起工程界高度重视，而由桥梁墩、台和基础的病害引发的危桥不在少数，因此，从桥梁墩、台和基础着手加固处理研究就非常有必要。目前桥梁墩台的加固通常采用的办法是用钢筋混凝土套箍并施加外部预应力或增大截面尺寸等方法加固墩身[1]。但是这些常规的方法大部分存在施工工艺复杂、成本高、构件尺寸和自重显著增大等缺点，因此在桥墩加固方法的选取上需要选择新的加固方法。

1 桥梁加固技术

桥梁加固一般通过对桥梁局部部位的补强和结构体系的性能改善，达到恢复或提高现有桥梁的承载能力、延长使用寿命的目的。

对于桥梁有严重缺损的局部构件，一般采用粘贴钢板和复合纤维材料等方法。

在桥梁抗弯能力不足或桥梁挠度过大时，一般采用体外预应力法或者增大截面法。在对一些建设年代较久远的简支体系桥梁加固时,也可以采用简支转连续加固法。

其他主要桥梁加固技术还有改变结构体系、减轻恒载、增加桩基等方法[2]。其中本文重点阐述的是对严重缺损的局部构件进行加固（更换）。加固薄弱构件方法主要有增大截面、外包钢板以及体外预应力等，本文着重讲的是外包钢板法在桥墩中的应用。

2 外包钢板加固技术

2.1 外包钢板加固技术特点及适用范围

外包钢板加固技术在实际应用中施工简便，对施工环境影响较小，成本较低，没有显著增大原构件截面尺寸和自重就可以大幅度提高构件承载力[3]。一般来说外包钢板法适用于受压构件的承载力、刚度、延性提高，适用于相对湿度不大且无化学腐蚀环境。

2.2 外包钢板受力模式及计算

2.2.1 承载力计算

湿式外包钢板法加固时混凝土强度可按约束混凝土计算；抗压、抗弯计算时外包角钢应乘以强度降低系数0.85，抗剪计算时钢箍应乘以强度降低系数0.7[1]。

约束混凝土强度计算：

式中套箍系数

式中：fc为混凝土的设计强度；Ac为混凝土面积；fs为钢箍扁钢设计强度；As为钢箍扁钢面积；b为钢箍扁钢的宽度；s为钢箍扁钢间距。

干式外包钢板法钢构件与原构件所受外力按各自刚度比例分配。

2.2.2 抗弯刚度计算

外包钢板加固法抗弯刚度按式（2）计算[1]：

式中：Ec0为原有构件混凝土弹性模量；Ic0为原有构件截面惯性矩；Ea为加固型钢弹性模量；Aa为加固构件一侧外包型钢截面面积；a为受拉与受压两侧型钢截面形心间的距离。

3 工程实例

某大桥上部结构采用7-30 m装配式先简支后连续预应力混凝土箱梁；左幅下部结构采用钢筋混凝土独柱实心墩，右幅下部结构采用钢筋混凝土双柱实心墩，桥台采用柱式台，4号墩为联端墩；桥墩基础采用桩接承台基础，桥台基础为桩基础。

本桥左幅1～4号桥墩、右幅1～4号桥墩均采用滑模施工，其他桥墩采用翻模施工。

在桥梁检查中发现，滑模施工的矩形实心墩存在竖向、横向裂缝，部分区域存在破损露筋、空洞现象，敲击时空鼓回响明显。

3.1 主要病害及原因分析

3.1.1 主要病害

图1 病害桥墩

在对存在问题的桥墩进行了彻底调查，并对桥左幅3号墩进行了更为详细的有损伤调查后。通过对比桥左幅3号墩有损伤调查结果和其敲击时的反应，对其他墩的情况作出了相应推断。

这些桥墩盖梁下方墩柱存在较多数量的竖向裂缝，裂缝宽度多数超过0.5 mm，个别向下延伸长度超过6 m。墩柱自地面起存在一定数量的竖向裂缝。个别墩身横桥向方向存在横向裂缝，并未出现闭合，缝宽0.1～0.15 mm。墩柱主筋保护层厚度控制稍差，下部区段主筋净保护层厚度仅0.5 cm；墩身竖向裂缝与主筋位置分布基本对应，且此类裂缝深度较深；在墩柱中上部区域主筋净保护层厚度超过10 cm。竖向主钢筋定位状况较差，墩身周侧主筋分布间距疏密差别较大，密集区段主筋净距为0.5～2 cm，稀疏区主筋净距超过30 cm甚至达到130 cm。主筋外露区域设置箍筋或横向约束钢筋的数量明显少于设计图纸——设计图中箍筋为间距10～15 cm的复合箍筋（钢筋为直径12 mm的HRB335钢筋），而现场调查未发现设置复合箍筋。在空鼓区凿除后基本未发现完整箍筋，个别位置偶尔存在长度小于2 m的横向钢筋，其位置设置在主筋内侧，且未形成横向封闭圈。下部区段部分主筋与周侧混凝土黏结性能较差，部分区段甚至完全脱离；凿除空鼓区混凝土后部分钢筋外凸近3 cm。

依据大桥左幅3号墩的专项检查情况，清除空鼓区后，经初步统计判断该墩柱表面整体损伤达33%，其中表面已清除出的90%区域未见箍筋及定位钢筋；在墩柱表层损伤最严重区段的顺桥向方向有大于等于35 cm的混凝土截面折减，横桥向方向有大于等于15 cm的混凝土截面折减；在墩柱表层空鼓最严重区段，对露出的钢筋逐根判断，存在钢筋-混凝土解离的有118根（主筋共152根），该断面竖向主筋的钢筋-混凝土解离率达78%。

3.1.2 原因分析

基于以上病害状况，初步分析造成上述病害的主要原因是滑模施工时模板的提升间隔时间较长，模板变形等。考虑到桥梁位于冲沟处，并经过调查过去曾有泥石流等地质灾害发生，结合以上病害应该对桥墩进行加固处理。另外施工时未按设计要求设置箍筋。因缺少对竖向钢筋的定位及紧箍作用，在浇筑混凝土时竖向钢筋位置变化将导致下述病害：当钢筋间距变小将致使墩柱的保护层缺少混凝土骨料；当钢筋向内侧或向外侧变形将致使混凝土保护层厚度不均匀。

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）中 9.6.1的规定，该墩应按照设计图要求设置复合箍筋，缺少箍筋时桥墩主筋自由长度增大，钢筋的抗压屈能力将相应降低。在施工过程中，下层混凝土强度较低时进行上层混凝土的浇筑将会因缺少箍筋束缚导致钢筋受压变形后与混凝土解离，并最终形成一定面积的混凝土空鼓和伴生裂缝。

3.2 方案比选

3.2.1 外包钢板加固

图2 破损露筋

在对原墩柱空洞混凝土彻底凿除后使用环氧树脂砂浆进行修复，然后在墩柱外侧外包钢板补强。钢板与墩柱之间留10 cm空隙浇注C40微膨胀混凝土。对原承台加厚处理，并采用法兰盘与桥墩外包钢板相连。

3.2.2 增大桥墩截面加固

在对原墩柱空洞混凝土彻底凿除后，在原墩柱四周浇注新的混凝土以增大桥墩截面，顺桥向加大到4.8 m，横桥向分别加大到10 m（左幅）和5 m（右幅），并增加箍筋和定位钢筋设置。新浇注混凝土与原墩柱采用植筋相连。

3.2.3 方案比较

经过对桥墩承载力的复核计算，外包钢板加固法和增大桥墩截面加固法均能满足桥墩承载力和抗弯刚度的安全要求。外包钢板加固法加固效果明显，投资较少，不影响外观，但是对施工质量要求高，涉及施工工艺较多。增大桥墩截面加固法加固效果也较为明显，施工简单，但是投资较大，严重影响外形美观。

综合比较外包钢板加固法更有优势。

3.3 维修方案

3.3.1 病害维修思路

3.3.1.1 修补原有墩柱

为尽量充分发挥原墩柱的作用，应将原墩柱空洞混凝土彻底凿除后，使用环氧树脂砂浆或聚合物修补砂浆等进行修复，尽可能恢复主筋与混凝土的黏结。

3.3.1.2 外包钢板补强

因对原墩柱混凝土空鼓区的修复效果、主筋与混凝土的后期协同受力状况难以保证达到原设计要求，因此需对墩柱再进行外包钢板补强。

3.3.1.3 主要板件的焊接

外包钢板为传力构件，其纵、横向的所有连接焊缝均需按设计要求熔透，并应采用焊缝金属量少、焊后变形小的坡口，要求对焊缝表面进行打磨处理，以减小应力集中。

钢板的焊接应严格遵照本桥招标文件的技术规范及国内有关规程、规范实施。设计图中所标柱的钢板全部尺寸，均为20℃基准温度下的尺寸。钢板段制造时，应考虑板材的压缩弹性变形补偿值。现场节段拼装焊接时需要计入焊缝的收缩量，和节段间顶板拼接缝宽度，以实现设计竖曲线线形。

由于钢板为全焊结构，结构焊缝较多，所产生的焊接变形和残余应力较大，制造过程中，在保证焊缝质量的前提下，应尽量采用焊接变形小、焊缝收缩小的工艺。所有要求熔透的对接焊缝及连接焊缝均应焊透；所有要求熔透的贴脚焊缝，原则上都应熔透。

3.3.2 主要维修措施

a）对空鼓区进行凿除后修复。

b）原桥墩外侧外包钢板，钢板与桥墩之间留10 cm空隙，内浇注C40微膨胀混凝土，墩底采用法兰盘与原桥墩承台相连。

c）承台加厚80 cm，并植入钢筋加强与旧承台的结合。

d）原桥墩与后加钢板通过植入钢筋连接一起，以保证钢板与桥墩连成一体。

e）在原墩柱竖向方向每隔1 m增设加强箍筋，凿除桥墩表层混凝土与竖向主筋焊接，端部再与外包钢板连接。

f）盖梁横桥向表面粘帖钢板，与墩身外包钢板相焊接，形成整体。

4 结论

本文通过对某预应力混凝土梁桥桥墩存在的病害从设计、施工、养护等方面进行了研究分析，得出以下结论：

a）通过对桥墩病害的研究分析得出在桥墩滑模施工时模板的提升间隔时间不能较长，时间太长会使模板变形，最终造成钢筋混凝土表面出现许多裂缝。

b）外包钢板加固法施工简便、效果直观明显、成本低，而且不增大原构件截面尺寸和自重，但是却能大幅度提高承载能力，因此外包钢板法值得在桥墩加固中推广使用。

c）简单介绍了外包加固方法的原理和特点，并具体阐述了外包钢板加固方法的一系列工艺流程。