病害悬索桥加固与改造方法研究

病害悬索桥加固与改造方法研究

陈其亮

中铁十局集团第二工程有限公司

摘要：

目前高速公路桥梁由于超载、养护不到位等因素，陆续出现各种病害，主要加固方法是对桥面板进行更换，包括用钢桥面板更换混凝土桥面板以及采用UHPC超高性能凝土材料以其强度高、延性好、与普通混凝土黏结好等优点而特别适用于桥梁加固。行车道严重网裂，渗水劣化，影响结构耐久性和承载力，本文将结合实际工程项目，对锚碇系统、桥塔系统、主缆系统、吊杆系统、进行加固与方法的研究。

关键词：悬索桥；病害；加固与改造

引言：

西藏国道559西漠河主桥桥大修加固工程主要是更换主缆、吊杆，对大桥的锚碇加大加高、索塔加高，并做好后期的除锈、刷漆和涂装等工作。加固维修的目标是维持桥面与原路面平稳过渡，使新缆、新吊杆和加劲梁线形、受力合理。未加固前照片如图1。

图1西漠河主桥

一、桥面系外观加固

1.1铺装层加固

采用UHPC对桥梁结构加固的主要方法为增大截面法。研究表明，UHPC加固方法以UHPC材料自身超高的抗拉强度，在一定程度上可以提高普通混凝土板的刚度和延性。超高性能混凝土(UHPC)薄层加固法，以增强主梁和桥面板之间的联系，提高桥面板的刚度，降低桥面板横向应力及挠度。

西漠河大桥则对原始桥面板混凝土进行清理，并在正交异性桥面板上铺设8cm厚混凝土面层，代替原始桥面板。

1.2伸缩缝加固

现阶段对于伸缩缝发生病害时主要采取更换的方式来满足其后日常使用功能。主要通过几下3个步骤进行更换：1)拆除旧伸缩缝。如果是水泥混凝土路面，在拆除旧伸缩缝的过程中，可直接切割两侧后浇筑的混凝土，在桥面混凝土以及浇筑混凝土交界线位置顺直切割。如果是沥青混凝土路面，则无需切割，只需要注意在风镐破碎时保护好接茬沥青路面。可以使用空压机风镐破碎旧的混凝土，在拆除旧伸缩缝的过程中，还需要控制好破碎深度，不能破坏梁体的钢筋和混凝土，只去除后浇筑的混凝土部分，避免影响预应力损失或梁体受力。2)安装锚固。在安装新的伸缩缝之前，需要做好清理预留槽这一工作。可以从如下几方面入手：第一，清理槽池的底面和侧面，不得留有破碎块和松散块，保证槽池的平顺和整齐。第二，及时检查施工中割断的预埋筋，进行整理后及时补充、植筋。第三，全面检查预留槽的特点、空间要求，看其是否能满足新伸缩缝的装置要求。如果新位置没有原来的预埋筋，需要进行纵横向的支撑筋补植。3)浇筑混凝土。成功安装并锚固定混凝土后，再进行两侧混凝土浇筑，不能长时间放置，以免伸缩缝变形。同时在更换完伸缩缝时应该加强日常养护。

二、主缆加固

现阶段主缆加固主要有以下几种种方案:（1）保留原主缆，新增索股，增强原主缆有效受力面积；（2）新增辅助主缆，在原有主缆上方新增一根辅助主缆，通过拉杆连接上下主缆共同受力；（3）更换主缆，在原主缆位置或者上方新增一根主缆代替原主缆，（4）采用斜拉悬吊体系，通过改变结构受力形式，来减小主梁下挠，减轻主缆和吊索的负担，提高全桥承载能力；（6）增加保护层。

西漠河大桥所处的墨脱县降水多，湿度大，造成主缆内部和外部产生严重的锈蚀情况，虽然表层锈迹可以处理干净，但是其内部钢绞线锈迹却难以处理，同时丰沛的雨水在若干年后进一步加剧主缆的锈蚀。

考虑到西漠河大桥的实际情况，其主缆已经锈蚀严重，保留原主缆以及新增辅助主缆可能满足不了其日常使用功能，而斜拉悬吊体系结构受力复杂，施工难度以及加固所花费的费用较高，在本工程中可实施性很小，只能通过更换主缆的方式来满足日后正常使用功能。

目前对于锈蚀不太严重的吊索常用的加固方式主要有涂防锈剂增加保护层等措施，而对于锈蚀较严重或者吊索发生断裂现象则主要采取更换吊索的加固方式。

三、锚碇加固

西漠河大桥由于新缆锚固位置变化、改变锚固位置后锚碇整体稳定的需要以及原锚碇混凝土裂缝，采取对原锚碇进行加高加大处理，同时加强基础。

改造后的锚碇从立面上看整体上为一个倒“工”型，“扣在”原有锚碇之上。

图2西漠河大桥锚碇加固

从加固方法上来看圣岛大桥和西漠河大桥均在原锚碇的基础上对锚碇进行加固，不同之处在于圣岛大桥采用了预应力锚固技术，西漠河大桥则直接将主缆锚固在加固后的锚碇上，究其原因预应力锚固技术较传统拉力集中性锚杆施工更为复杂，其花费的成本更高，经济性不高，在满足使用要求的情况下西漠河大桥所采用的锚碇加固技术更适宜。

四、桥塔加固

在西漠河大桥中对原索塔外包混凝土破损、索塔出现露筋等现象进行加固，并且由于主缆的更换，对原桥塔进行了加高处理，具体将原塔顶横梁作为新浇塔顶横梁的底膜，并对塔顶横梁部分顶面进行植筋操作，以保证新、老塔顶横梁二者之间的整体性。

图 3西漠河大桥桥塔加固

总的来说对于桥塔的加固无论是西漠河大桥还是上述分析中的其他桥塔，现阶段桥塔加固方式是：（1）加大受力截面面积，通过在在混凝土桥塔发生裂缝的位置或者腐蚀截面上安装加强板的地方来实现同时注意防腐处理，（2）加大竖向刚度，可以通过对桥塔进行整体加高，在加高位置和原桥塔连接处进行植筋处理，确保二者之间具有可靠的联系。

五、混凝土裂缝加固

混凝土桥梁开裂后修补裂缝的方法也是多种多样的，如：灌浆法、嵌缝法、表面修补法、结构加固法、混凝土置换法等等。

灌浆法是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成整体，从而达到封堵加固的目的。常用胶缉料有环氧树脂或水泥浆。

嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法,它通常是沿裂缝凿槽,在槽中嵌填塑性或刚性止水材料,以达到封闭裂缝的目的。

表面修补法是一种简单、常见的修补方法。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，若在裂缝表面粘贴玻璃纤维可以防止混凝土继续开裂。

结构加固通常是加大混凝土结构的截面面积，在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射凝土补强加固。

混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入新的混凝土或其他材料(水泥砂浆、聚合物)。

西漠河大桥对混凝土裂缝处理时综合考虑了上述的加固方法。

小结

以西漠河大桥为对象通过和其他病害桥梁的加固方法进行对比，得到如下结论：

（1）对于桥面系发生的病害主要是通过对桥面板进行重新铺装更换来达到日后的使用要求功能；

（2）锚碇桥塔等混凝土结构病害主要通过二次加固来满足日后使用功能；

（3）对于主缆系统发生的病害其处理方式较复杂应该根据实际情况，综合考虑处理方式，比如对主缆的跟换，改变结构受力体系（如采用斜拉悬吊组合体系）等方法来处理主缆所发生的病害。

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