1.桥梁加固的基本概念

桥梁加固是指，当桥涵构造物局部损坏或承载力不足时，对桥涵构造物所进行的修复和补强工程措施。通过改善结构性能，恢复和提高桥梁结构的安全度，提高其承载能力和通过能力，以延长桥梁的使用寿命，使整个桥梁结构可满足规定的承载力要求，并满足规定的使用功能需求。桥梁加固一般是针对三至五类桥梁，或者是临时需要通过超重车的桥梁。有些时候，加固补强和桥梁拓宽、抬高等技术改造工程同时进行，以满足并适应发展的交通运输要求。

桥梁结构的安全性涉及结构的承载力、刚度、稳定性及耐久性等指标，即桥梁结构必须满足承载能力要求及正常使用功能要求。桥梁结构应具有足够的强度，以承受作用于其上的荷载，使桥梁结构的构件或其连接不致破坏；结构各部分应具有足够的刚度，以使其在荷载作用下不产生影响正常使用的变形；构件的截面必须有适当的尺寸，使其在受压时不发生屈曲而丧失稳定性。

对于桥梁结构，不仅要保证其具有整体强度、刚度及稳定性，而且必须保证各组成部分具有足够的强度、刚度及稳定性，同时必须具备良好的使用性与耐久性。但是，由于所受荷载的随机性、材料强度的离散性、制造与安装质量的不确定性以及理论计算的近似性等，桥梁结构的实际安全度往往是一个不确定值。有的桥梁由于设计与建造年代久远，设计荷载标准偏低，重车增多后而不适应；有的桥梁由于采用了不恰当的结构形式或采用了不合理的设计计算方法，导致桥梁结构实际受力状态与力学图示不尽相符；有的桥梁在施工时由于质量控制不严或管理不当，造成不应有的缺陷；有的桥梁则是因为不注意日常养护维修而导致结构产生缺陷；有的桥梁是因为使用不当而不能维持正常的工作条件等。

2.桥梁加固改造的特点

桥梁加固改造是一项十分重要而又极具专业性的工作，要求将专业基础理论与桥梁病害有机结合在一起，需要考虑的因素涉及方方面面。从某种意义上讲，无论是加固改造方案的拟订与设计计算，还是加固改造方案的具体实施，其难度往往比新建桥梁还大。

（1）桥梁加固改造中的技术分类。

对桥梁主要承重结构进行加固补强的根本目的是恢复和提高其承载能力，改善其使用性能，防止桥梁结构出现安全隐患，提高其通行能力。桥梁加固与技术改造的方法大致分以下几种类型。

①加固补强薄弱构件。对于有严重缺陷或因通行重型车辆而不能满足承载力要求的薄弱构件，可以采用新的材料（如钢筋、钢板、混凝土、复合材料等），以增大构件的截面尺寸、增设外部预应力钢筋或用化学粘贴剂、粘贴补强材料等进行加固补强，这种方法实际上是通过增加刚度或增加受力材料数量来提高原构件的承载能力。

②增设辅助构件。在原结构基础上增加新的受力构件，如在多梁式梁桥中为增强横向联系而增设端横梁、中横梁；又如桩基承载力不足时，增设扁担桩、扩大承台等。

③改变结构体系。不同结构体系的受力性能不同，通过结构体系的转换来改变原有结构的受力状况，人为地改善原结构受力整体性能，可以达到改善和提高桥梁承受荷载能力的目的。例如，将有推力体系的拱桥改造成无推力体系的拱桥，以改善拱圈、拱脚及拱顶截面的受力状态；又如，将原有的多孔简支梁桥通过一定的构造措施改造为连续梁桥，利用连续体系来改善原有简支梁跨中部分的受弯等。结构体系的转变一般都能起到较好的加固补强效果，但在随体系改变而形成的新体系中，某些构件或截面的受力需按新体系认真进行验算，并采取相应的措施。

④更换构件。桥梁局部构件有严重缺陷而不易修复时，也可采用新的构件替换原有构件。例如，斜拉桥的拉索锈蚀损坏时，可用新的拉索来替换；当桥梁支座失去功效而不能满足主梁变形受力要求时，可将主梁顶起以更换支座；少筋微弯板梁桥的微弯板破损后不易修复，也可考虑更换；双曲拱桥的拱波、刚架拱桥的桥面板等，也可以更换。

⑤桥梁加宽。当桥梁宽度不足，影响到桥梁通行能力时，桥梁就需要加宽。加宽一般和提高荷载等级、改善桥面线形等同时进行。

⑥其他上部结构的特殊改造方法。有些加固改造方法在实际工程中应用不多，如桥梁平面线形的改善，桥梁的升高、降低等。

⑦墩台基础处治。在桥梁上部结构进行补强加固以提高其承载能力的同时，对桥梁下部结构及基础是否需采取补强措施也应认真研究。如果原桥下部结构及基础具有足够的潜力，足以满足上部结构补强加固所增加的桥梁自重以及活荷载对它的要求时，则可不再采取补强措施。

如果墩台基础的承载能力不足，或者上部结构缺陷、承载能力的降低等是由于墩台与基础的位移或缺陷等原因引起的，则应对原桥墩台基础进行必要的补强加固。常用的方法较多，如基础灌浆，加钢筋混凝土桩，扩大承台、基础及台后打粉喷桩，在基础周围放置片石、块石（常置于钢筋笼内，主要用于防冲刷）等。

⑧桥台加固。当桥台本身因强度、刚度不足，可能发生较大的位移时，可采用的方法很多，如对桥台进行顶推、改变桥台结构形式、对桥台身进行局部补强等。

⑨桥墩加固。桥墩的加固补强，一般通过对桥墩结构的补强、限制或减小墩顶的位移、增加墩身承载能力（如改变墩身结构形式、增加墩身截面面积）等途径进行。

（2）加固改造的注意事项。

桥梁加固改造方案的拟订，首先必须根据桥梁现有的技术状况和使用荷载的要求，对加固改造的必要性和可行性作出判断，然后对各种可能的加固改造方案的技术经济效果进行分析比较，从中选择合理的改造方案，总体上应注意以下问题。

①一般来说，需加固改造的桥梁结构均有一定的病害，结构已处于相对危险的状态，故加固改造方案必须考虑尽可能少地扰动原结构，特别是主要承重结构，以保证安全。

②桥梁的加固改造工程通常要求在不中断交通或尽量少中断交通的条件下进行施工，故要求施工工艺简单且容易操作，施工速度快、工期短。

③加固改造的施工面狭窄、拥挤，常受原有结构物的制约。

④补强加固施工往往对相邻结构构件产生影响。

⑤加固改造施工中原结构的拆除、清理工作量大，工程较烦琐、零碎，并常常隐含许多不安全因素，要求施工人员更加注意操作安全与施工质量，严格进行施工管理。

⑥加固改造的方案拟订与设计计算，要充分考虑新、旧结构的强度、刚度与使用寿命的均衡，以及新、旧结构共同工作的安全性，特别应注意新增混凝土部分在达到一定的龄期前仅仅只能作为恒荷载来考虑。

⑦加固改造方案应尽可能周密地考虑荷载的增加和减少对原结构的影响，旧结构的拆除与新结构的补加，在有些桥梁结构形式中应考虑减载、加载程序；对大多数桥梁结构，以增加最少的荷载为宜。

（3）加固改造的技术要求。

①加固方案及实施应尽量减少对原有结构的损伤，并充分利用原有结构构件的承载能力，且应保证原有结构保留部分的安全性与耐久性。对于确无利用价值的构件，则应予以报废、拆除，但其材料应尽可能考虑回收。

②加固改造应做到可靠、安全、耐久，满足使用要求，这也是对桥梁进行技术改造的基本要求与目的。

③加固改造工程在施工过程中，应尽量不中断或少中断交通，改造工程的技术经济指标应包括由于交通受阻等带来的经济损失。

④加固改造方案应技术上简易可行，施工上方便，所要求的机具设备尽量简单易操作，且应重量轻、体积小。(www.daowen.com)

⑤加固改造应尽可能地采用轻质材料，也应尽可能地探索使用新材料。

⑥对于某些因下部结构或基础不均匀沉降而导致的上部结构的损伤，或由于其他偶然因素（如地震、强风、船舶碰撞等）所引起的结构损伤，在进行补强加固时应考虑采取消除、减小或抵御这些不利因素的措施，以免在加固后结构物继续受此因素的影响。

（4）加固改造工程必须满足的基本条件。

桥梁经技术改造后，其结构性能、承载能力与耐久性等应都能满足使用上的要求，且具有较明显的经济效益和社会效益。

对于桥梁结构物的改造，可以采用两种不同的方式：一种是废弃原有结构物进行重建，这就相当于建造一座符合新的使用要求的新桥，但还要包括拆除原桥的工程；另一种是充分利用原桥进行加固补强，若需加宽则再行拓宽。桥梁加固改造的经济效益反映在它的耗资明显低于新建，否则就无法体现其优越性。研究表明，加固改造旧桥的投资一般低于新建桥梁投资的40%～50%，当然，还应考虑相关社会效益及其影响。为了更好地对各种改造方案进行技术经济比较和评价，从中选出合理的技术改造方案，可以用以下两个指标进行分析比较。

①结构改善系数。桥梁加固改造的主要目的之一就是提高桥梁的承载能力，结构改善系数k就是表示经加固改造后桥梁承载能力提高的百分率，即

式（2-1）中，Q1为桥梁加固改造前通过活荷载的能力；Q2为桥梁加固改造后通过活荷载的能力。

目前对桥梁的承载能力尚缺乏准确的、可以完全量化的评定方法，即式（2-1）中的Q1、Q2尚难量化。一般而言，桥梁加固改造往往是通过增强原结构的抗弯刚度来提高其承载能力的，故结构改善系数可以改用加固改造前后在设计荷载作用下所产生的最大挠度值的变化来表达，即

式（2-2）中，f1为加固改造前原结构在设计荷载作用下的最大挠度；f2为加固改造后在同一荷载作用下的最大挠度与由加固改造所增加的恒荷载产生的挠度之和。

f1、f2的取值，当有试验资料时，可用实测挠度值；无试验资料时，可采用理论计算值。

②成本效益系数。成本效益系数是指加固改造工程单位成本所得的“结构改善系数”，成本效益系数愈大，说明该桥技术改造的经济效益愈好。成本效益系数F的计算公式为

式（2-3）中，k为结构改善系数；S为每平方米桥面所需的技术改造费用。

即便加固改造方案相同，其技术经济效益往往也会因桥而异。因为影响经济效益的因素很多，例如，桥梁结构形式差异，桥梁跨径的大小，损伤程度，加固补强设施的养护费用，中断、阻塞交通的损失，加固后的耐久性，安全和环境干扰程度等。因此，只有对加固改造工程的技术经济效果进行全面的综合评价，方能对方案的选择作出合理的判断。

（5）加固改造的设计计算原则。

桥梁加固改造工程必须进行详细的设计计算，对关键的技术措施应尽量事先进行必要的试验，以掌握其技术要求及检验方法。进行加固改造设计计算应遵循以下基本原则。

①应按现行公路桥涵设计规范进行设计。改造后的桥梁在使用荷载作用下，原有结构及新增加结构各部分的强度、刚度及裂缝限值等均应符合规范要求。

②应明确加固改造的具体目标，以确定加固改造设计计算方法。一般的桥梁加固改造是永久性的，也有一些是临时性的，如超重车过桥时采取的临时加固措施。针对不同的目标有不同的计算方法。

③当仅要求提高原桥的承载能力时，改造工程可在原有结构保持恒荷载作用状态下进行。此时，原有结构的全部恒荷载及补强加固所增加的恒荷载，可以考虑由原构件（截面）承受，汽车荷载作用则由原结构和新增构件（截面）共同承担。

④在桥梁有条件中断交通和卸除部分恒荷载时，采取卸载措施，对桥梁在卸载部分恒荷载的状态下进行加固改造工作。此时，新增构件（截面）除与原有构件共同承受活荷载外，还承受原有结构的一部分恒荷载。

⑤设计时应周密考虑并采取必要措施，保证新旧结构、新旧混凝土的整体性并能共同工作。新旧结构的混凝土往往会由于收缩不同而导致结构内力重分布，引起新旧混凝土结合面的开裂，从而影响结构的整体性。因此，在设计时应注意尽量减小混凝土收缩的不利影响而采取相应的措施，如可采用微膨胀混凝土。

⑥设计计算的力学图式，应充分考虑已损坏结构的实际受力状态，这种力学图式不能使加固设计结果偏不安全。

⑦设计计算时应恰当考虑利用原有结构的承载能力。

（6）加固工程设计的工作程序。

①根据桥梁管理系统的资料，初步确定需要进行加固改造的桥梁（主要是三～五类桥梁）。

②实地初步调查（一般检查）上述桥梁的病害，并分析病害发生的原因；查找原桥技术资料。

③调查并确定加固改造的目的、要求及技术标准。

④对原桥承载能力及技术状况进行评定与理论分析，确定是否进行特殊检查，如动静载试验。

⑤确定试验方案，并进行特殊试验，进一步确定是进行加固改造还是将桥梁废弃。

⑥技术改造方案的拟订与设计计算。

⑦施工图绘制及工程数量统计与预算编制。

⑧加固完成后的测试和验收。