桥梁下部结构加固技术

桥梁下部结构加固技术第一页，共80页。主要内容第一节概述第二节盖梁加固方法第三节墩柱加固方法第四节桥台加固方法第五节基础加固方法第六节地基加固方法第七节支座更换方法第二页，共80页。3

桥梁的承载能力是否满足正常营运的需求，不仅与上部结构有关，也与桥梁重要组成部分的下部结构有关。墩台和基础，将直接承受上部结构的作用（包括恒载和活载）传递给地基。下部结构的状况，也直接影响承载能力和正常使用，部分桥梁承载能力的降低和主要病害的产生，是由于下部结构的病害引起的。因此，在桥梁加固改造工作中，下部结构的加固改造应该引起高度重视。

9.1概述第三页，共80页。4桥梁的下部结构：桥墩、桥台、基础桥墩：连接上部结构，并将荷载传递给地基 荷载：上部结构的恒载、活载，风力，流水压力，冰压力，浮力，船舶、漂浮物等的撞击力桥台：连接桥梁与路堤，强度、刚度变化大，应力集中 荷载：上部结构的恒载、活载，填土压力基础：负担整个桥梁结构的恒载、活载，以及洪水冲刷、地震的作用 9.1概述第四页，共80页。5加固的前提条件：具备加固改造价值，同时又能实施加固改造施工现场检测资料确定下部构造是否具有

分析与判断加固改造的价值加固技术和施工工艺能否实现加固

分析与判断改造目的9.1概述第五页，共80页。6加固的方法：1、盖梁加固方法：施加体外预应力加固、增大截面加固、粘贴钢板或纤维复合材料加固等。2、桥墩加固方法：钢筋混凝土套箍加固、粘贴（钢板、碳纤维等）加固、加桩（柱）加固。3、桥台加固方法：台后加孔减载加固、台后增设拉杆、撑墙或挡土墙加固、钢筋混凝土围带或钢箍加固。4、基础加固方法：扩大基础加固、增补桩基加固、水泥灌浆加固、钢筋混凝土套箍加固。5、地基加固方法：换土垫层法、水泥搅拌桩、振冲碎石桩、砂石桩灰土挤密桩、强夯法等。9.1概述第六页，共80页。7加固的方法：1、盖梁加固方法：施加体外预应力加固、增大截面加固、粘贴钢板或纤维复合材料加固等。2、桥墩加固方法：钢筋混凝土套箍加固、粘贴（钢板、碳纤维等）加固、加桩（柱）加固。3、桥台加固方法：台后加孔减载加固、台后增设拉杆、撑墙或挡土墙加固、钢筋混凝土围带或钢箍加固。4、基础加固方法：扩大基础加固、增补桩基加固、水泥灌浆加固、钢筋混凝土套箍加固。5、地基加固方法：换土垫层法、水泥搅拌桩、振冲碎石桩、砂石桩灰土挤密桩、强夯法等。9.1概述第七页，共80页。8墩台盖梁、雉墙的裂缝： 局部应力集中； 桩基不均匀沉降， 盖梁受力不均匀。9.2

盖梁加固方法

盖梁加固方法：施加体外预应力加固、增大截面加固、粘贴钢板或纤维复合材料加固等。第八页，共80页。9

9.2

盖梁加固方法盖梁加固实例工程概况：

某三跨连续梁，中墩采用高桩承台，为减轻结构自重，桥墩采用部分空心的实体桥墩，顶面设实体墩帽即盖梁主要病害：盖梁出现裂缝第九页，共80页。10

9.2

盖梁加固方法盖梁加固实例裂缝成因分析：

1、横向两边支座布置偏外

2、盖梁顶面配筋数量不足3、混凝土收缩4、横梁横向预应力束张拉5、临时支座的采用第十页，共80页。11

9.2

盖梁加固方法盖梁加固实例加固方案比选：一、体外束加固在盖梁外侧采用体外预应力束进行加固，两侧各设2根钢束，钢束间距为400mm，一个盖梁设4根钢束.张拉的两端采用圆弧形钢板为传力结构，钢板中间开孔，可使浇注混凝土密实。第十一页，共80页。12

9.2

盖梁加固方法盖梁加固实例加固方案比选：二、填补格口加强

原设计盖梁留有槽口，现考虑采用槽口补强及植入加强筋增大盖梁上缘抗拉性能，并增大截面面积。第十二页，共80页。13

9.2

盖梁加固方法盖梁加固实例加固方案比选：三、钻孔体内张拉预应力束+填补槽口加强

在方案二的基础之上，在横向盖梁的两侧钻孔后，钢束穿人孔内形成体内束张拉，并结合补槽的方式进行钢筋补强。第十三页，共80页。14

9.2

盖梁加固方法盖梁加固实例加固方案比选：四、支座内移

调整支座的位置，将两侧支座内移，减小盖梁悬臂端的受力。第十四页，共80页。15

9.2

盖梁加固方法盖梁加固实例加固方案的确定：

经过综合比较，确定采用方案三，即体内钻孔张拉预应力束+槽口补强方案；考虑对已有裂缝的不同效果，采用先张后填法一次张拉预应力束的实施方案，即在桥墩盖梁两侧施加横向体内预应力束及在墩顶凹槽处连接钢筋浇注混凝土。第十五页，共80页。169.3

墩柱加固方法钢筋砼套箍或护套加固法围带加固法增大截面、钢套管内灌注混凝土法粘贴纤维复合材料或钢板法第十六页，共80页。17钢筋砼套箍或护套加固法当墩台损坏严重，如严重裂缝及 大面积表面破损、风化、剥落时， 只能围绕整个墩台设置钢筋砼护 套进行加固9.3

墩柱加固方法第十七页，共80页。18钢筋砼套箍或护套加固法桥梁墩台出现贯穿裂缝在墩身上中下分设钢筋砼围带， 并用钢销与墩身锚固连接施工工艺：钻孔埋设钢销－绑扎 钢筋网－浇筑混凝土9.3

墩柱加固方法第十八页，共80页。19

工程概况：主桥上部结构为8×16m预制钢筋混凝土T型梁，下部为双柱式墩，桩基为摩擦桩；引桥上部结构采用7×8m现浇钢筋混凝土矩形截面梁，双柱式墩，钻孔灌注桩。桥墩、桩基出现不同程度的露筋。桩基受冲刷，桩身钢筋裸露2~5米，锈蚀较严重。加固要求：

对桩基露筋情况进行加固处理9.3

墩柱加固方法墩柱加固实例第十九页，共80页。20设计方案：桩基表面进行清洗，钢筋进行除锈处理；浇注环氧滑石粉保护层；缠绕芳纶纤维薄板；浇注环氧砂保护层。9.3

墩柱加固方法墩柱加固实例第二十页，共80页。21支撑加固法增建辅助档土墙加固减轻荷载法加柱（桩）加固增厚台身加固更换台后填土并加便梁加固9.4

桥台加固方法第二十一页，共80页。22支撑加固法埋植式桥台：尺寸不足，难以承受台背 土压力，向桥孔方向倾斜或滑移 加固方法：修筑撑壁9.4

桥台加固方法第二十二页，共80页。23支撑加固法单孔小跨径桥台：桥台之间设水平支撑 如浆砌片石撑板，钢筋砼支板梁9.4

桥台加固方法第二十三页，共80页。24增建辅助挡土墙加固法台背水平土压力太大，桥台倾斜 加固方法：增建挡土墙9.4

桥台加固方法第二十四页，共80页。25增建辅助挡土墙加固法减轻荷载加固法侧向土压力使得桥台倾斜更换台背填土，减小土压力拉杆加固法侧墙外倾：对穿侧墙，设置对拉钢筋加固9.4

桥台加固方法第二十五页，共80页。269.5基础加固方法桥梁基础：浅基础：刚性扩大基础，单独和联合基础，条形基础，筏板和箱形基础深基础：桩基础，沉井基础，混合基础桥梁基础的病害：1.基础沉降2.基础滑移、倾斜3.基础结构的应力异常、开裂第二十六页，共80页。279.5基础加固方法病害1：基础沉降深基础：沉降在施工中表现，1~2年达到稳定浅基础：最常见的形式，埋设浅，结构简单，造价低 在地基压密或软土地基上的桥梁，不均匀沉降第二十七页，共80页。289.5基础加固方法病害2：基础滑移、倾斜洪水冲刷引起基础滑移——洪水冲刷深度河床运动导致桥台地基土层侧向压力降低，引起基础侧向滑移地基弱化，土体下沉，导致桥台前倾，台座前移等病害沉井和桩的滑移桥墩、桥台的破坏形式：支座和墩台支撑面破坏主梁从支撑面上滑落，拱圈开裂，跨中下挠，跨塌伸缩缝装置破坏或接缝减小，伸缩机能受损基础滑移量过大，梁端与胸墙紧贴，导致胸墙破坏或梁局部破坏第二十八页，共80页。299.5基础加固方法病害3：基础结构的应力异常、开裂刚性基础的底面压力分布－－跟荷载、基础深度、地基刚度分布等有关马鞍形抛物形钟形等效计算：中心荷载，偏心受压第二十九页，共80页。309.5基础加固方法病害3：基础结构的应力异常、开裂桩的破坏形式坚硬地基软土层土体滑动刺入地基第三十页，共80页。31浅基础病害：天然地基：冲刷、掏空，冻害，滑移、倾斜岩石基础：冲刷、掏空、悬空，地震作用产生裂缝人工地基：地基下沉深基础病害：木桩：腐蚀RC预制桩：洪水冲刷、侵蚀产生空洞、剥落，船舶、漂流物碰撞钻挖孔桩：桩基下沉，洪水冲刷、剥落、露筋，桩身脱空，碰撞管桩基础：基础下沉沉井基础：基础下沉、滑移、倾斜9.5基础加固方法第三十一页，共80页。32基础冲刷的处理1.基础局部掏空或损坏水深<3m：围堰－混凝土封底－钢筋混凝土护套水深>3m：潜水－水下混凝土封底－钢筋混凝土护套9.5基础加固方法第三十二页，共80页。33基础冲刷的处理2.位于风化层上的基底掏空：混凝土封闭3.钢筋砼灌注桩和打入桩基础受冲刷、侵蚀 水泥砂浆修补，灌注混凝土修补－抛填块石、石笼护底或钢筋砼块防护9.5基础加固方法第三十三页，共80页。34基础冲刷的处理4.河床受水流冲刷危及桥墩基础石笼防护，铺砌、板桩防护， 河床铺砌处理9.5基础加固方法第三十四页，共80页。35基础加固方法扩大基础加固法增补桩基加固法人工地基加固法9.5基础加固方法第三十五页，共80页。36扩大基础加固法基础承载力不足，或埋植太浅，墩台是砖石或混凝土刚性实体式基础在刚性实体式基础周围加石砌圬工或混凝土，扩大桥梁基础的底面积9.5基础加固方法第三十六页，共80页。37扩大基础加固法施工工艺：板桩围堰开挖填土铺砌石块，或浇筑混凝土新旧基础之间加设锚固钢筋 或钢销，使扩大基础与旧基 础牢固结合9.5基础加固方法第三十七页，共80页。38增补桩基加固法在桩基周围，补加钻孔桩或打入钢筋砼预制桩，并扩大承台，提高基础承载力，增加基础稳定性优点：不需围堰抽水等水下作业缺点：需搭设打桩架，影响水路交通9.5基础加固方法第三十八页，共80页。39增补桩基加固法工艺措施：原桩距较大，桩间插桩 原桩距较小，桩两侧增加桩桩间插桩：需要凿除原盖梁， 浇筑新盖梁连接新旧桩顶9.5基础加固方法第三十九页，共80页。40增补桩基加固法（2）如果桥台承载力不足，可在台前增加一排桩，并浇筑盖梁，分担一部分上部结构的压力浇筑的盖梁可单独受力，也可与旧盖梁连接，共同受力9.5基础加固方法第四十页，共80页。41地基加固法桥梁结构是通过桥梁基础与地基共同作用来承担桥梁结构的上部荷载。当桥梁结构地基的承载力不足或沉降过大不能满足要求时需要进行地基加固处理。换土垫层法水泥搅拌桩法振冲碎石桩法砂石桩法灰土挤密桩法强夯法注浆加固法9.6地基加固方法第四十一页，共80页。42人工地基加固法砂桩法软弱地基层较厚，可用砂桩法施工工艺：将钢管或木桩打入基础周围的软弱土层中，然后拔出，灌入粗砂，捣实做成砂桩，提高土层的密实度9.6地基加固方法第四十二页，共80页。43注浆法在墩台基础下面直向或斜向钻孔或打入管桩，注入水泥砂浆，把原来松散的土固结为有一定强度和防渗性能的整体，或把岩石裂缝堵塞起来，从而加固地基，提高地基承载力分类：根据注浆压力的不同9.6地基加固方法注浆法静压注浆高压喷射注浆填充注浆裂缝注浆渗透注浆挤压注浆旋转喷射注浆定向喷射注浆第四十三页，共80页。44旋转喷射注浆加固法用钻机将喷注浆管置于软土地基中，借助注浆管的旋转、提升运动，用一定的压力从喷嘴中喷射浆液冲击土体，把土和浆液搅拌成混合体，凝聚固结后形成新的有一定强度的人工地基施工工艺： 钻机就位－钻孔－插管－旋喷－冲洗设备9.6地基加固方法第四十四页，共80页。45旋转喷射注浆加固法工艺类型：单管旋喷注浆法，二重管旋喷注浆法，三重管旋喷注浆法9.6地基加固方法第四十五页，共80页。46技术优点：适用范围广施工简便：钻孔5~10cm，可得到0.4~2m的固结体固结体形状可靠：可调节喷射压力、角度、流量，设计固结体的形状确保固结强度：采用不同的浆液配合比，得到不同的强度耐久性好成本低：原材料来源广泛，价格低设备简单，管理方便9.6地基加固方法第四十六页，共80页。47设计方法：受力原则：最初旋喷固结体几乎不受力，随着时间的推移，土体缓慢产生徐变、滑移，由于固结体刚度大，一部分压力逐渐转移到固结体上，当土体接近或达到极限强度时，固结体承担大部分压力，进入工作状态1.加固前基础承载力的计算（σ0）：A.基础发生较大沉降，危及桥梁正常使用，需要提高地基承载力B.基础状况良好，考虑到桥梁要通行临时重载，需要提高地基承载力2.旋喷法加固基础的设计计算方法（旋喷桩数m）A危及正常使用的基础加固B未发生病害仅为提高荷载等级的基础加固9.6地基加固方法第四十七页，共80页。48浆液选择原则浆液应是真溶液而不是悬浊液，浆液粘度低，流动性好，能进入细小裂缝浆液凝胶时间可在大范围内随意调节，易准确控制，浆液凝胶可在瞬间完成浆液的稳定性好，在常温常压下，长期存放不改变性质，不发生任何化学反应浆液无毒无嗅，对环境不污染，对人体无害，属非易爆物品浆液对注浆设备、管路、混凝土结构物、橡胶制品无腐蚀，并容易清洗浆液固化时无收缩现象，固化后与岩石、混凝土等有一定粘接性浆液结石体有一定抗压和抗拉强度，不龟裂，抗渗性能和防冲刷性能好结石体耐老化性能好，能长期耐酸、碱、盐、生物细菌等腐蚀且不受温、湿度影响材料来源丰富，价格低廉；浆液配制方便，操作容易9.6地基加固方法第四十八页，共80页。491加固前基础承载力的计算方法：A.加固前基础已经不能满足使用要求调查病害的历史、现状，发生、发展，推算地基承载力基础底面现有应力σ由于地基下沉，现有应力σ>σ0

地基极限强度，

α

－现有地基支撑系数，根据病害程度取值0.8~0.95

对下沉较小，或目前基本稳定的地基，α

取值0.95

对下沉速度很快，或下沉正在迅速发展的地基，α

取值0.89.6地基加固方法地基承受的荷载基础底面积第四十九页，共80页。509.6地基加固方法1加固前基础承载力计算方法：

B.目前无病害，为提高荷载等级而加固1.按照地质钻探或土工试验得到的土体极限强度σ0

2.根据规范“经过多次压实、未受破坏的旧桥基”其允许承载力可提高1.25~1.5倍的方法确定第五十页，共80页。512.A旋喷法加固危及正常使用的基础的设计计算1.用地质钻探的方法，确定基岩深度，决定旋喷固结体的性质 基岩较浅－>支撑桩，基岩较深－>摩擦桩2.现场采取土样，进行水泥:水:土配合比试验，确定固结体强度σpile3.计算固结体面积Apile4.通过试桩或经验公式确定旋喷固结体的有效直径D

单管法，对0<N≤5m的黏性土 对5<N≤15m的砂性土5.旋喷桩数m9.6地基加固方法桩的安全系数，2.0地基承载安全系数1.15~1.3N－土的标准贯入度第五十一页，共80页。522.B旋喷法加固未发生病害仅为提高荷载等级的基础1.确定桥梁结构需要的最大荷载Wmax2.确定加固前地基所承受的荷载Wnow3.求出加固后地基增加的荷载Wpile，全部由固结体承担4.加固桩的总面积5.确定固结体的有效直径D和桩数m6.桩位布置9.6地基加固方法固结体的安全系数，2.0第五十二页，共80页。53盆式橡胶支座 橡胶板密封在不锈钢盆内，可设计成 固定支座，单向活动支座，多向活动 支座等形式 优点：构造简单，结构紧凑，滑动系 数小，转动灵活，承载力大球型橡胶支座 盆式橡胶支座的改进，可适应各种转角的需要目前，绝大部分使用板式、盆式、球型橡胶支座9.7支座更换方法第五十三页，共80页。54支座的受力形式桥梁上部结构的恒载、活载通过支座传递给下部结构受力状态：点－面，点－线，面－面9.7支座更换方法第五十四页，共80页。55支座的破坏：不能发挥正常功能，危及行车安全油毛毡支座：老化、破裂、脱落钢板支座：锈蚀、裂纹、磨损，残余塑性变形，不能自由转动混凝土摆柱支座：混凝土脱落，露筋橡胶支座：老化、脱胶、不均匀凸出支座位移超限、转角超限、锚栓剪切断裂9.7支座更换方法第五十五页，共80页。56支座的破坏：不能发挥正常功能，危及行车安全支座锚固部位的破坏钢结构支座锚固件：螺栓剪断，支座锚栓松动、剪断，压板咬死、折断橡胶支座锚固件：钢板裂纹、翘曲，锚固件剪断支座连接部位的破坏梁、墩的预埋件锈蚀，支座部位混凝土开裂、掉角、剥离等9.7支座更换方法第五十六页，共80页。57设计原因：支座形式的选择与布置材料的选择支座边缘宽度预留不够支座垫石配筋不足螺栓、螺母的脱落缺乏研究施工原因：铸件材料的质量问题金属防腐、防锈处理砂浆填充9.7支座更换方法管理养护原因：滑动面、滚动面夹杂异物伸缩缝漏水，造成支座锈蚀螺栓、螺母松动、脱落，没有及时维修怎么办？更换之！第五十七页，共80页。589.7支座更换方法枕木满布式支架法

第五十八页，共80页。599.7支座更换方法枕木满布式支架法优点

架设设备比较简单，施工方法简单易于操作。对于小跨度的梁桥，用支架法施工具有一定的优势。缺点

支架法施工工期长、支架和模板用钢材、木材量大、成本高，不适宜桥墩过高的场合。

工作原理

在地面上设置枕木，以枕木为基础，设置满布式或部分木支架至桥梁梁体处，在支架上安置千斤顶顶升梁体。第五十九页，共80页。609.7支座更换方法桥面钢导梁法

第六十页，共80页。619.7支座更换方法桥面钢导梁法优点

对桥下场所无要求，适用于多种桥梁类型，整个起梁过程都在桥上进行，不影响桥下通航、通车要求。

缺点

钢梁长度有限制，跨径不可过大；要求用较大吨位千斤顶，对桥面局部压力较大，有可能损伤梁体。工作原理

支撑位置在桥面上，支撑面为顶升梁相邻跨的梁体。在顶升梁上绑扎钢带，安置钢梁，以相邻跨梁体为支撑基础，配合顶升设备，抬升梁体。第六十一页，共80页。629.7支座更换方法端部整体顶升法

第六十二页，共80页。639.7支座更换方法端部整体顶升法优点

对桥下通车影响不大，可自由通行，能满足桥下不中断交通的要求。与采用少数大吨位的千斤顶相比较，无须为应力集中设置过大的传力杆及横梁。缺点

对桥跨下的地基基础要求较高，需建顶升基础，工序时间长，工期较长。

工作原理

以地面为支撑，在墩台两侧建立顶升基础，然后用贝雷梁、槽钢、螺栓连接成受力钢梁（也可用钢管墩作为传力构件），受力钢梁上架千斤顶，在梁两端同步整体顶升。第六十三页，共80页。649.7支座更换方法鞍型支架法

第六十四页，共80页。659.7支座更换方法鞍型支架法优点

施工方便，该方法不受河床地质、桥下水深和桥梁高度的限制。缺点

顶升过程中盖梁会发生偏心受压现象和局部承压过高的现象以及支架变形过大的现象，顶升前须严格的验算。工作原理

用桥墩本身做支撑在盖梁上搭设支架，设计成“鞍型支架”，放置千斤顶来顶升梁体。

第六十五页，共80页。669.7支座更换方法钢扁担梁法

第六十六页，共80页。679.7支座更换方法钢扁担梁法优点

对桥下场所无要求，适用于多种桥梁类型，整个起梁过程都在桥上进行，不影响桥下通航、通车要求。

缺点

钢扁担梁结构设计较为复杂，需进行专门计算；要求用较大吨位千斤顶，对桥面局部压力较大，有可能损伤梁体。

工作原理

支撑位置在桥面上，支撑面为顶升梁相邻跨的梁体。在顶升梁上打孔，绑扎钢带，安置钢扁担梁，以相邻跨梁体为支撑基础，配合顶升设备，抬升梁体。

第六十七页，共80页。689.7支座更换方法扁型千斤顶法

第六十八页，共80页。699.7支座更换方法扁型千斤顶法

优点

机具设备很少，成本低廉；工序简单，施工快速，中断交通时间很短；对桥下场所无要求，适用于多种桥梁类型。缺点

由于扁型千斤顶的特殊构造，导致其行程较短，可能需要多次顶升才能到位。工作原理

把超薄的液压千斤顶安放在主梁与盖梁的狭小的空间内，直接顶升梁体。第六十九页，共