第四节圬工结构物修理1

第四节圬工结构物修理美国桥梁破坏实例墩台破损

桥面破损

省内桥梁典型病害照片桥面破损梁体破损护坡沉降墩台破损翼缘板连接处漏水支座病害桥梁可靠性降低的主要原因:车辆的超限运输

使桥梁增加了额外的载重负担结构的老化与病害混凝土碳化，裂缝开展引起的钢筋锈蚀，施工质量差、材料强度下降以及常年失修和恶劣的运营条件等设计标准的演变道路等级的提高，新旧规范荷载设计要求的不同，《公路桥涵设计规范》有1974版、1985版和2004版人为的或自然的破坏

意外碰撞，地震等桥梁维修加固的目的要求

掌握桥梁结构状况，完善基础资料确保桥梁工程的安全、完整、适用与耐久提高原有桥梁的通过能力与承载能力

桥梁维修加固的基本概念

养护维修：防止缺陷的产生和扩大加固：提高整座桥梁承载能力（永久性、临时性）改造：拓宽、顶升、更换、形式改变桥梁维修养护中常见的问题

桥面不平、不洁桥面栏杆破损不完整桥头产生跳车桥梁构件小坏不修桥梁承载能力不足、危桥情况不明路宽桥窄，形成“瓶颈”，影响通过能力桥梁荷载标准不明，以致产生错误和混乱2主要工作内容2.1养护维修①保持构造物表面的清洁完整，防止表面的风化和及时修理风化部分。②保持排水设备的良好状态，除掉排水管中堵塞的泥土，防止砌缝砂浆漏水和修理其浸蚀部分。③经常检查各部分有无毛病发生，当发现圬工上有裂缝、小洞、剥落、缺角、钢筋外露等局部缺陷或表面损伤时，必须及时修理。④保证伸缩缝装置能够自由活动，清除影响支座活动的阻障物。

2主要工作内容2.1加固改造1）对旧桥上部构件进行加固；2）对旧桥下部构件进行加固；3）拓宽桥梁的行车道或人行道；4）升高桥梁上部构造的高度；5）更换桥梁行车道路面或引桥路面的结构；6）部分或全部更换桥梁损坏或破旧了的结构物。2加固的基本原则与加固程序2.1加固的基本原则(1)加固设计的要求、内容及范围(2)加固后的桥梁结构整体寿命(3)加固设计应与施工方法紧密结合(4)加固设计方案(5)加固设计与原结构的关系(6)加固设计应按下列原则进行承载力验算(7)加固施工对环境的影响(8)加固施工对新发现缺陷的处理(9)加固施工中的安全措施(6)加固设计应按下列原则进行承载力验算①结构的计算应根据加固后结构的实际应力情况和实际的边界条件进行。②结构的计算截面积，保留的构件采用基于检测结果的计算截面积，新增构件采用实际有效截面积，并考虑结构在加固后的实际受力程度及加固部分的应变滞后特点，以及加固部分与原结构协同工作的程度。③加固后使构件重量增大时，应对被加固的相关构件及基础进行验算。2.2

加固程序桥梁现状评价加固工程可行性研究报告加固工程施工图设计加固工程施工、监理招标施工组织设计施工验收(1)桥梁现状评价使用功能评价：①技术标准②桥涵各部完好程度③桥梁养护状况及意外事故的分析承载能力评价：①原结构复算②基于检测结果的承载能力评定③荷载试验鉴定(2)

加固工程可行性研究报告

①概述②桥梁现状评价及发展环境③交通量预测④加固技术标准⑤加固建设条件与加固方案选择⑥投资估算及资金筹措⑦实施方案⑧经济评价⑨问题与建议(2)加固工程可行性研究报告

桥梁现状评价及发展环境①原设计概况②在交通运输网中的作用③存在的问题④基于检测结果的使用功能评价⑤基于检测结果的承载能力评价⑥加固的必要性和紧迫性(7)

加固工程验收一般规定桥梁加固工程只分为竣工验收一个阶段竣工验收工程质量等级分为合格和不合格竣工验收工程质量评定采用100分制验收条件试运营1年后对加固工程已进行全面检测竣工决算、审计已完成各参建单位完成工作报告3结构维修加固常用方法3.1裂缝和钢筋锈蚀处理3.2混凝土梁、板加固方法3.3

混凝土墩柱加固方法

增大截面法，外包钢法，外包纤维布法，预应力加固法，增补桩加固法，扩大基础加固法，增补桩基加固法，墩台基础的旋喷注浆加固法等3.1.1裂缝种类荷载裂缝，沉降裂缝，收缩裂缝，干缩裂缝，沉缩裂缝，温度裂缝，张拉裂缝，施工裂缝等3.1.2裂缝的判定一般认为以下裂缝是有害的：损害结构使用功能的裂缝；宽度超过规范规定范围值的裂缝；沿钢筋的纵向裂缝（易引起钢筋锈蚀）；严重降低结构刚度或影响结构整体性的裂缝；严重损害建筑物美观的裂缝3.1.3

裂缝处理裂缝灌浆和表面修补

3.1

裂缝和锈蚀钢筋的处理表面处理法：适用性：用于修补宽度小于0.2mm的裂缝。表面涂抹法适用于浆材难以灌入的细而浅的裂缝，表面贴补法适用于大面积漏水的防渗堵漏。包括表面涂抹和表面贴补法。（1）该方法只能处理混凝土表面浅层的微小裂缝。（2）该方法只能达到防水的目的，但对结构的修复无任何贡献。（3）涂刷的树脂保护膜是高分子有机物，长时间直接暴露在外界环境中极易老化失效，且对周围环境有影响。

主要缺点灌浆法：适用性：适用于修补宽度大于0.2mm的裂缝。深度较浅的裂缝以及小规模裂缝的简易处理可采用取开Ｖ型槽，然后作填充处理。包括填充法和压力灌浆法。（1）灌浆法虽然能处理较宽的裂缝，达到防水及一定程度上的补强目的，但无法处理微小裂缝。（2）灌浆法需要专用施工设备，施工工艺也比较复杂。（3）灌浆法一般都使用有机高分子材料对裂缝进行处理，其耐久性差，且不环保。主要缺点裂缝灌浆施工要求裂缝处理封缝封缝检查配制浆液灌浆封口检查埋设灌浆嘴埋设灌浆嘴、封缝注意：在一条裂缝上必须有进浆嘴、出浆嘴。对于细小的裂缝，用环氧胶泥封缝，对于较宽的裂缝，可粘贴玻璃丝布封缝。安装持续加压式灌浆嘴灌浆用弹性束带注射筒持续加压新型无机裂缝修补材料CS-21

仅需要水和未完全水化反应的混凝土即可，通过喷涂水化反应诱使剂CS-21（无色透明、无毒，可溶于水）即可不断促使水化反应的发生，在裂缝处生成结晶体，填充修复混凝土结构裂缝。已被应用于桥梁、污水处理池、护坡、停车场、体育馆等裂缝修补。施工及渗透示意表层以下50mm处混凝土切片电镜扫描图片未经处理混凝土结晶过程的初始状态结晶过程的成熟状态施工前施工后清除破碎混凝土钢筋除锈涂防锈漆涂抹混凝土界面粘结剂用不收缩水泥砂浆抹平3.1.4

钢筋进行防腐处理3.2混凝土梁、板加固方法3.2.1增大截面加固法3.2.2改变受力体系加固法3.2.3预应力加固法3.2.4粘贴钢板加固法3.2.1增大截面加固法原理：在原有构件的基层上面或下面再浇一层新的混凝土和补加钢筋，以提高原有构件的承载力。效果：有效地增加构件的承载能力和刚度。注意事项（1）将原构件在新旧混凝土粘合部位的表面凿毛后，或者涂覆107胶聚合水泥浆或者在原构件浇筑面上每隔一定距离凿槽，以形成剪力健。（2）新浇混凝土强度等级宜比原构件混凝土强度等级提高一级。（3）新浇混凝土最小厚度对于梁，不小于60mm；对于板，不小于40mm。（4）在新浇柱之前，原构件表面应保持湿润，但不得有积水。梁的上面浇注混凝土梁的下面配筋并浇注混凝土老混凝土d新混凝土剪力键凿槽，形成剪力键老混凝土新混凝土化学聚合物水泥浆对于板4mm对于梁6mm加涂一层聚合物水泥浆增大截面的几种方法3.2.2改变受力体系法原理：在梁、板的中间部位增设支点、支柱或将多跨简支梁改为连续梁。优点：大幅度降低计算弯矩，提高结构构件的承载力、减小挠度、缩小裂缝，达到加固目的。缺点：影响了使用空间，破坏了整体效果。增设支点增设支柱M1maxM2maxM2max<M1max多跨简支梁变连续梁3.2.3

预应力加固法原理：利用预应力产生的负弯矩抵消一部分荷载弯矩，致使梁（板）的弯矩减小，裂缝宽度收缩，甚至完全闭合。3.2.3

预应力加固法优点：

（1）梁体混凝土灌注无管道阻碍，易保证质量；（2）预应力筋不从腹板穿过，可以减小腹板的厚度；（3）预应力筋的布置方便，力筋状态易于检查；（4）可以补张拉或更换预应力筋；（5）预应力摩擦损失小；（6）无制孔压浆等工序，灌注混凝土与施加预应力作业单独进行，减少了作业之间的相互干扰

3.2.3

预应力加固法缺点：

（1）在抗弯承载力方面，梁体高度范围内布筋的体外预应力筋一般小于体内有粘结筋的贡献；（2）转向块和锚固块因承受较大的集中力，给构造设计和外观处理带来一定困难；（3）锚具和力筋外露，对防腐要求高；（4）预应力筋外露，还存在一些防火、防局部振动等问题。

3.2.3

预应力加固法施工技术上的若干关键问题

：

（1）换索技术

；（2）锚固块、转向块施工技术（新旧混凝土界面粘结技术和植筋技术）；3.2.3

预应力加固法设计理论上的若干关键问题

：

（1）应力增量计算

；（2）预应力损失计算

；（3）锚固区、转向块构造设计

（4）体外索二次效应和振动问题

3.2.4

粘贴钢板加固法（1）原理（2）优点（3）缺点（4）加固工艺（5）关键问题（1）原理

用粘合剂把钢板粘贴在构件外部，起到增加配筋的作用，提高构件的承载能力，增加构件的刚度。常用的粘合剂，也称为“结构胶”，就是在环氧树脂中加入适量的固化剂、增韧剂等配成。（2）优点工艺简单，施工方便。粘合剂固化快，施工工期短。粘合剂的粘结强度高于混凝土的剪切强度，可以使加固体与原构件形成一个整体。施工时占用空间小，几乎不增加原有构件的重量和截面尺寸，不影响净空和构件的外形。（3）缺点加固后的钢板需要防锈必须保证粘贴牢固和耐久性能受施工质量影响大（4）加固工艺混凝土梁将底面打毛粘贴钢板

涂结构胶（5）关键问题粘贴钢板基层混凝土强度不能低于C15。粘贴钢板厚度不宜太厚（3mm）。粘贴钢板要满足锚固长度要求，对不满足锚固长度的地方，要附加设锚固措施。钢板表面需进行水泥砂浆抹面，或涂刷防锈漆。粘钢加固3.3

混凝土墩柱常用加固法（1）增大截面加固法（2）外包钢加固混凝土柱（3）预应力加固法（4）增设桩基加固法（1）增大截面加固法原理：加大截面法又称为外包混凝土加固法。由于加大了原柱的截面面积和配筋量，因此这种方法不仅可提高原柱的承载力，还可降低柱的长细比，提高柱的刚度。优点：不仅可提高原柱的承载力，还可降低柱的长细比，提高柱的刚度；比较经济。缺点：增大原有截面尺寸，对原有结构外观造成影响；施工工期较长。

四周外包

单面加厚

两面加厚加固示意四周外包受压不足单面加厚双面加厚（2）外包钢加固混凝土柱原理：在混凝土的四角或两面包以型钢的加固方法。干式外包钢加固法湿式外包钢加固法干式外包钢加固法原混凝土柱角钢缀板填充水泥砂浆湿式外包钢加固法原混凝土柱角钢缀板填充环氧砂浆（3）预应力加固柱

在加固柱的过程中，对加固用的撑杆施加预顶升力，以达到卸除原柱承受部分外力和减少撑杆的应力滞后，充分发挥其加固作用。预应力加固法常用于应力较高或变形较大而外荷又较难以斜除的柱，以及损坏较严重的柱。对撑杆施加预顶升力的方法有纵向压缩法和横向收紧法纵向压缩法原柱撑杆千斤顶横向收紧法原柱撑杆收紧螺栓（4）增补桩基加固法1特点及使用条件

当桥梁采用桩基础，改造拓宽项目，通过增加桩的数量，扩大承台面积，提高基础承载力；桥梁墩台基底下有软弱层，墩台发生沉陷，而桩的深度不足；由于风蚀、水蚀或冲刷等原因使桩基外露或发生倾斜时。当地基承载力不够时，对桩式基础可增基桩（钻孔桩或打入桩）优点是不需要抽水筑坝等水下施工作业，且加固效果显著。缺点是需搭设打桩架和开凿桥面，对桥头原有架空线路及陆上、水上交通均有一定影响。关于静压桩2.附加影响

增加的桩基会引起河床过水断面面积的减少，从而引起水流速度加大，这样将会加剧原有桩基的冲刷。通航净跨由于增加桩基而缩小。在桩间加桩时，较小的桩基中距，对桩基的承载力有一定影响。

基础的整体性由于新旧桩基及承台的连接将有所降低。

缺点是需搭设打桩架和开凿桥面，对桥头原有架空线路及陆上、水上交通均有一定影响。混凝土承台的新旧连接

原承台凿成锯齿状剪力键，设置钎钉，也可采用植筋法连接新老承台，即通过植入的钢筋承接和传导弯矩及剪力，并使新旧混凝土形成有机整体，以达到扩大原承台尺寸的目的。为加强新旧混凝土的结合，应把原承台有蜂窝或空洞缺陷部分尽可能凿除，并对新承台下的加桩顶部分进行凿毛处理，使之露出新鲜混凝土，让混凝土表面保持湿润、清洁。4加固改造新方法介绍4.1构件加固

4.1.1

外贴（E-B）FRP加固法，高强钢丝网-聚合物砂浆加固法

4.1.2嵌入（NSM）FRP条带或棒材加固法

4.1.3预应力（Prestressed）FRP片材加固法4.2结构整体顶升

需增加净空、拓宽道路时，可满足改造需要4.1.1外贴FRP加固法

从作用原理来讲，采用在受拉区（或受剪薄弱区段）直接粘贴高强复合纤维材料加固与粘贴钢板加固钢筋混凝土梁同属被动加固范畴，极限状态下后加补强纤维的应力取决于原梁的配筋率。

（1）特点（2）材料特性（3）施工工艺（2）施工工艺工程实例墩柱加固混凝土梁加固圆柱加固完成后加固完成后表面防护处理

梁、板、柱加固图（3）优、缺点优点：纤维片材轻质、高强、耐腐蚀、操作方便，施工时不需重型机械，施工空间不受限制，对结构正常使用影响较小，与外贴钢板加固相比加固效率更高，施工速度更快，附加荷载更轻。对控制裂缝和增大刚度有一定作用。缺点：（1）对于原梁高度较小，配筋率较大的情况，后加补强纤维的高抗拉强度根本无法发挥作用；（2）对已有一定损伤的既有结构而言，外贴FRP加固不能解决已有损伤的恢复问题；（3）改善使用阶段性能作用有限；（4）温度低于5℃或湿度在85%以上时，胶粘剂很难固化。4.1.2内嵌FRP条带或棒材加固法（1）特点（2）施工流程（3）应注意的问题CommercialavailableFRPreinforcement

Arapree-AramidPrestressingElementforReinforcingConcrete

ConpozuCFRPToraycaRodsTransversedirectionLongitudinaldirectionNESTEMLeadlineRods

（1）施工流程（a）在结构表面按照设计要求的尺寸开槽；（b）仔细清除槽中的灰尘和残渣在槽中注入树脂至1/2高度；（c）把FRP筋或板条放入槽中并轻轻施压；（d）往槽中继续注入树脂；（e）至槽满待树脂固化后，做表面处理。表面切槽、清理槽中注胶并压放板带施工完成后筒仓抗弯、抗震加固工程实例桥梁内嵌加固实例切槽槽中注胶嵌入板带4.1.3预应力FRP片材或筋加固法

像传统的预应力加固法一样先张拉加固材料，然后将其锚固于桥梁结构表面。预应力可用来平衡结构的一部分恒载，可较充分发挥FRP的增强效果，见下图示意。PPP1P1（1）特点（2）关键问题（3）工程实例（2）应注意的问题（a）按设计要求的尺寸在实际工程中开槽时，应尽量减少对原结构的损害。开槽的深度取决于所用材料的尺寸以及混凝土保护层的厚度，应该稍大于加固用FRP材料的尺寸。（b）在结构构件表面开槽后，应该用空压机或其他除尘设备仔细清除槽中的混凝土残渣颗粒及浮尘，否则，残渣可能会影响FRP材料与原结构的粘结，影响加固效果。（c）粘结材料通常采用具有一定触变性的树脂，有利于施工。在实际加固工程中，经常会遇到仰视工作的情况，如果树脂的流动性比较强，则不容易注入到槽中，而且滴下的树脂还会对操作的工人造成伤害。施工中如果用树脂作为粘结材料，在构件表面开的槽必须是干燥的，因为水分会影响树脂的粘结性能。（d）当将FRP放入槽中时，应轻轻施压，防止气泡进入，以使其表面粘满环氧树脂，有利于FRP材料与原结构的粘结。开始时往槽中加入树脂不宜过多，高度以槽深的1/2为宜，防止嵌入FRP时树脂溢出槽外。（e）如果放入FRP材料以后，树脂溢出槽外，需用刮刀等工具将其抹去。当加固桥面板等构件时，可以用热沥青进行最后的表面处理。（3）特点

与外贴FRP加固法相比，有以下优点：（1）FRP材料与原结构的粘结性能更好；（2）FRP材料加固负弯矩区域效果优势明显，其抗冲击性、耐久性得以提高；（3）可以减少火灾对FRP材料的破坏；（4）环境因素影响和界面处理工作量降低。（2）关键问题预应力施加机具、锚具设计开发变截面时转向器设计相应的施工组织管理VacuumpumpAirAirbagfilmMechanismsofAirbagNormalairpressurePBOsheetsConcretebeamAirP-PUTmethod,prestressingtechniqueusingPBOsheetbyWuZ.Setal.(2002)日本茨城大学预应力PBO布补强技术

我们的预应力CFRP板补强技术

加拿大女皇大学预应力CFRP布加固

（1）关键问题预应力施加机具、锚具设计开发变截面时转向器设计相应的施工组织管理（2）特点

与预应力加固技术相比，纤维材料抗腐蚀能力较强，维护所需费用较低，质轻便于运输和施工；与外贴FRP加固法相比，FRP材料强度利用率显著提高，缓解结构内部钢筋的应变，推迟裂缝的开展等。需研发专门的锚固装置，FRP材料抗折性能较差。（3）工程实例汉城的SungSan桥预应力加固瑞士Lucerne市的警察总部大楼墙体预应力加固京广线与石长线交汇处的晓峰桥预应力加固4.2结构整体顶升

江苏省跨越航道的桥梁众多，特别是已建铁路和高速公路等干线公路桥梁大多不能满足规划通航净宽、净高要求，阻碍了集装箱运输和船舶大型化的发展。而桥梁整体顶升技术可对既有航道进行快速改造。净空不足已经严重影响了航道通航加固设计示例（T梁）一、桥梁病害检查结果及部分照片桥梁结构构造及部位病害类型及存在的问题病害程位置及总量统计备注桥面铺装层纵向开裂，纵向裂缝几乎纵向贯穿于桥面中线附近部分纵缝已被修补横向开裂全部中墩墩顶桥面附近部分已被修补破损、露筋局部大量出现防滑纹磨耗严重车道部位均明显－伸缩缝跳车现象明显大部分伸缩缝有此现象－伸缩缝被杂物填塞，充斥几乎全部有此现象―橡胶条老化几乎全部均有此现象－橡胶条破坏漏水大部分有此现象－左右幅分隔带间接缝接缝漏水严重，雨水侵蚀Ｔ梁，翼缘及梁体表面有锈斑全部接缝处－桥梁结构构造及部位病害类型及存在的问题病害程位置及总量统计备注排水系统排水管附近的梁体水痕迹明显，表明梁体经常遭受雨水侵蚀。几乎每个泻水口附近都有此类现象，较为普遍―板式橡胶支座剪切变形明显伸缩缝附近的橡胶支座有此现象―橡胶有老化现象支座受雨水侵蚀估计内部钢板已经锈蚀伸缩缝脱空、跳动明显边跨桥头伸缩缝T梁梁体混凝土表面未见明显结构性裂缝―――其它问题桥上的标志、标线损坏老化较为普遍－未设中横梁――T梁间接缝处砼剥落露筋局部出现排水孔堵塞大部分泻水孔有此现象需排通T梁梁体混凝土有麻面较为普遍需修补T梁梁体底板露筋锈蚀现象局部现象除锈密封中墩墩顶桥面典型孔洞中墩墩顶桥面典型孔洞修补桥面典型破损修补桥面典型破损桥面铺装层破损、露筋（局部大量出现）桥面贯通典型纵裂桥面铺装典型纵裂桥面铺装典型纵裂桥面铺装典型纵裂纵向开裂，纵向裂缝（几乎纵向贯穿于桥面中线附近，部分纵缝已被修补）横向开裂（中墩墩顶桥面附近，部分纵缝已被修补）防滑纹已磨平部分车道已铺金刚砂抗滑桥面铺装层防滑纹几乎被磨光，防滑能力较差，部分车道已铺金刚砂抗滑部分伸缩橡胶条破坏漏水

伸缩缝附近桥面破损露筋、跳车伸缩缝处路面破损、杂物阻塞伸缩缝，橡胶条损坏伸缩缝处路面破损、存在跳车现象伸缩缝（被杂物填塞充斥，橡胶条老化