公路桥梁病害及预防方法.doc

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1、 贵州大学毕业论文 第57 页 共 57 页第一章 绪论1.1 国内外现役桥梁的状况随着经济的发展，特大型工业设备运输、集装箱运输、矿山特种车辆及私自改装重型车辆的运行，都给现有桥梁的安全使用造成威胁。原来按旧标准规定的荷载等级设计建造的桥梁，由于交通量的不断增加，加之前述重型车辆的频繁出现，更是造成这些桥梁雪上加霜。现有道路上的桥梁由于营运使用多年，主要部位出现缺陷，如裂缝、错位、沉降等，通过对现有桥梁进行检查，了解其各部位损坏的程度，核定其承载能力，为桥梁的维修加固提供必要的依据。另外，当桥梁遭受特大灾害时，如因地震、洪水等而受到严重损坏或在建造、使用过程中发生严重缺陷（如质量事故、过度的

2、变形和严重裂缝以及意外的撞击受损断裂等），均须通过对其检查，核定其承载能力。为桥梁的管养提供可靠依据。 尤其是采用加固补强方法来恢复、提高其承载力，已成为公路养护与设计研究部门的当务之急。据美国1981年统计共有公路桥梁566 000座，在调查的514 000座桥梁中，有98 000座桥必须关闭交通，或降低使用标准或立即整修，约占总数的20；102 000座桥老化，桥面太窄或承载能力偏低，约占总数的20。日本在七、八十年代，汽车运输急剧发展，汽车日益大型化、重型化，交通量逐年增加，给现有公路桥梁造成了越来越大的压力。1956年以前按旧标准设计施工的桥梁，其承载力更加不足。据统计，这类桥梁约有5

3、 500座，其中普通混凝土桥有4 500座。在国内，据1982年的不完全统计，在上世纪80年代以前修建的桥梁有136 000座，而且大部分是按1972年以前颁布的标准建造的，其中危桥4 823座，共12 788延米，单是大中桥，汽-10级以下标准的就占8.6。据四川省2001年普查资料，全省共有桥梁17 521座，虽经多年加固改造，目前仍存在病危桥945座，占桥梁总数的5.4，并有相当比例的桥梁承载力偏低，不能满足交通发展的需要，有待于加固提高荷载等级。进入20世纪90年代以后，我国进入了交通大建设的高潮，全国公路里程和等级连创新高，但是由于运营管理和养护工作不够完善以及存在的一些设计和施工问

4、题，使新修建的连续刚构桥、刚架拱桥、悬索桥、肋拱桥、斜拉桥等也相继出现了病害，诸如重庆李家沱长江大桥（主跨440米的混凝土斜拉桥），通车不到10年，就出现大量病害，投入了上千万的加固补强费用。1999年3月被全国人大代表点名批评的四条高等级公路（沈四线、柳南线、昆绿线、佛开线）成为豆腐渣工程，其中佛开线是1996年12月竣工，1998年9月全路封闭维修三个月，原因是该路的所有桥面均出现大面积开裂、松散等，严重影响车辆的运行。类似的情况在全国各地普遍存在，所以现役桥梁的状况不容乐观。目前桥梁的陈旧、老化、强度降低是一个全球性的问题，已经引起了世界各国的极大关注，并提到了刻不容缓的日程上。1.2

5、旧桥加固的研究现状对于不能适应现代化交通运输的桥梁，如果全部拆除重建，不仅资金耗费巨大，而且在时间上也不允许。即使在经济最发达的美国，若将40的桥梁推倒重建，大约需要3000-5000亿美元，也是不现实的，在中国或者其他国家就更不可能了。因此，世界各国不论是发达国家还是发展中国家，无一不把已建桥梁视为国家的宝贵财富，竞相投入了大量的人力、物力，不断加强现有桥梁的维修、养护、加固与改造，使其恢复设计承载能力或提高荷载标准，把延长桥梁的使用年限，保障公路建设的可持续发展作为一项基本国策。目前，在世界范围内，桥梁维修、养护、加固的技术已成为交通研究领域中的重要课题。由西方24个发达国家参加的联合国“

6、经济合作与发展组织”，于1981年召开“关于道路桥梁维修管理国际会议”；1982年召开的“国际桥梁与结构会议”，1983年召开的“第十七届国际道路会议”，很多国家对现有桥梁的安全性评价、检查及维修加固等方面，提出了众多篇有价值的论文。20世纪70年代以来，我国在旧桥加固改造技术的研究和试验方面进行了大量的工作。交通部在“六五”、“七五”计划期间下达了“旧桥检测、评价、加固技术应用”等一系列科研课题。“十五”期间，交通部实施国省道主干线危旧桥改造计划，从2001年起分5年，每年交通部下拨2亿资金扶持各省公路危桥的改造工作。2001年和2004年，交通部西部科技项目又分别立项了“公路旧桥检测评定和

7、加固技术研究及推广应用”和“大跨径桥梁监测加固养护成套技术研究”。同时，我国也开始引进桥梁全寿命设计理念，研究全寿命设计的理论和方法。各省、市、自治区交通部门都在桥梁维修、养护、加固改造的实践中取得了成功的经验，并在实践中获得了显著的社会、经济效益，推动了交通事业的发展。随着交通运输的发展需要，旧桥的维修、养护、加固与改造已经成为桥梁工程学科中的一个重要分支，并且将在以后发挥愈加显著的社会经济效益。1.3 公路桥梁加固的意义我国公路桥梁大部分为建国后所修建，桥龄相对较短，但是病害问题已经开始逐步暴露，目前已有不少桥梁发生老化、破损、裂缝等现象，危桥逐年增多，承载能力明显下降。随着道路交通的发展

8、，汽车保有量与国民经济的同步上升，公路客货运输量不断增长，对公路提供安全、快速、重载行驶的要求也越来越高。桥梁是确保道路畅通的咽喉，其承载能力和通行能力又是贯通全线的关键，为避免重蹈发达国家的覆辙，有计划、有步骤地突出重点，及时加强对现有桥梁进行调查研究，区别情况，分析病害原因，采取相应的维修加固措施，检验评定旧桥承载能力和提出提高桥梁荷载等级的有效方法，从实践中取得成效，以充分发挥经济效益和社会效益，确保道路交通正常运行，这应是我国道路建设发展中具有战略意义和深远影响的迫切任务。1.4 本论文研究的内容本文通过对贵遵高速公路沿线的100座桥梁进行病害检查，总结其存在的主要病害问题，以采取经济

9、、合理、有效的措施对其进行维修加固，确保贵遵高速公路的正常运营，并为桥梁养护和管理部门的决策提供了事实依据。根据不同的病害情况，文中归纳了一般桥梁的常用加固方法，以更好的为旧桥加固方案设计提供理论参考。然后对贵遵路上病害桥梁进行了加固设计分析，其中主要分析了病害情况比较严重的拱桥的加固设计方案和施工工艺，以为将来贵遵地区其他公路桥梁的病害分析及维修加固提供参考资料。第二章 桥梁常见病害及其成因分析随着经济的不断发展，交通运输任务日益繁重，交通量剧增、车辆荷载逐步加大。由于过去的设计受到时代限制，施工受到材料局限，随着桥梁负荷日益加重，桥梁结构逐渐暴露出了各种各样的缺陷，发生了这样那样的病害。随

10、着时间的推移，桥梁病害不断加重，桥梁维修、加固和改造工作，已成为一项重要而长期的任务。所以我们必须先了解和掌握桥梁常见的缺陷和病害及其成因，以便更有效的对桥梁进行维修、养护、加固和改造分析和研究。本文主要归纳总结了桥面系、梁桥上部结构、拱桥上部结构和墩台基础等的常见病害形式。2.1 桥面系常见病害分析桥面铺装破坏、桥面板渗水、桥头跳车和伸缩缝损坏等桥面系病害虽然不会马上破坏桥梁的安全运营，但是这些病害会极大的影响行车的舒适性、缩短桥梁结构的使用年限，所以有必要对此类病害及其成因进行分析。2.1.1桥面铺装的常见缺陷桥面铺装材料主要有水泥混凝土和沥青类材料两种，由于使用材料不同，缺陷的形式也不样

11、，现分述如下：1、沥青类铺装层的缺陷（1）泛油：桥面出现泛油后，车辆过桥时粘轮，下雨时易打滑，使行驶安全度降低；（2）松散、露骨：桥面出现锯齿状的粗糙状态；（3）裂缝：有纵缝、横缝或网裂；（4）高低不平、产生跳车：一般出现在桥跨结构物的连接部位。如简支梁桥的接头处和有挂梁的悬臂梁桥挂梁支点处，使过桥车辆产生跳车。2、普通水泥混凝土铺装层的缺陷（1）磨光：铺装层被行驶的车辆磨耗，形成平滑状态；（2）裂缝：有网裂、纵横缝等；（3）脱皮、露骨：表层脱皮或局部破损露骨；（4）高低不平：在接头部位与沥青铺装层相同。2.1.2 桥面板渗水有些桥梁的桥面板渗水现象比较严重，渗入的雨水会造成桥梁的钢筋产生锈蚀

12、，从而影响结构的安全。这主要因为桥面铺装层防水设施不好，使雨雪水渗入桥面造成的。为了防止这种现象，应采取以下措施：1、在桥面铺装时，严格控制施工程序，尽可能的将桥面铺装层防水设施铺筑好，从根本上杜绝渗水现象；2、由于冬季降雪会造成行车安全性降低，一般在降雪时都会将高速公路关闭，并进行除雪作业，为了能快速地清除路面积雪，尽可能早地开放交通，一般管理部门都采用除雪机上路除雪，人工辅助，并撒盐，以助其尽快融化，这样一旦桥面铺装层防水不好，融化后的雪水将会对桥梁的钢筋结构产生锈蚀，影响其使用寿命。在北方寒冷地区尤其要注意这类问题。2.1.3 伸缩缝损坏过去，大桥伸缩缝经常使用梳齿形钢板伸缩缝，其梳齿在

13、反复行车荷载及自身的伸缩过程中易产生翘曲，而杂物的填堵更加剧其变形，造成与路面的连接不顺；在中小桥中使用的橡胶板式伸缩缝，其橡胶体直接承受车轮碾压冲击，其本身及锚固件易损坏，而其施工又不易控制，造成质量不稳定，其他伸缩缝尺寸较宽，行车软硬过渡中必然产生较大震动，从而导致伸缩缝损坏或与路面连接不顺。2.1.4 桥头引道的常见缺陷1、 桥面与引道路面衔接处，路面沉陷，交接段引道纵坡与桥面纵坡不，衔接不顺适，致使桥头产生“跳车”；2、引道路面损坏，产生积水、渗水，出现坑塘，高低不平；3、引道两边的挡土墙、护栏等产生严重变形、破坏或缺损；4、护坡、锥形溜坡因受洪水冲刷而发生冲空、坍塌或产生缺口；5、引

14、道上如设有涵管或水渠时，其顶部受损，路面遭受破坏，并有渗水现象等。2.1.5 桥面排水设施的缺陷桥面排水设施主要有泄水管和引水槽两种，这两种排水设施的常见缺陷有：1、泄水管的缺陷（1）管道破坏，损伤。在外界作用影响下而产生局部破裂，损伤，出现洞穴而产生漏水；（2）管体脱落。主要由于接头连接不牢而产生掉落，失去排水作用；（3）管内有泥石杂物堵塞，从而排水不畅，水流不通；（4）管口有泥石杂物堆积。2、引水槽的缺陷有堆泥、堵塞，水流不畅，槽口破裂损坏而出现漏水、积水等。2.2 梁桥上部结构常见病害分析为了对旧桥采取合理、安全、可靠的维修加固措施，需首先了解其产生的各种常见缺陷及发生原因。梁式桥上部结

15、构的各种常见缺陷及产生原因叙述如下。2.2.1 混凝土梁式桥的裂缝及其产生原因在混凝土梁式桥上部结构中产生的主要缺陷，根据其结构类型、构造型式、使用构件、建桥处地理气候条件以及使用情况等的不同，其产生的部位、种类和程度也不同。但混凝土梁式桥中的主要缺陷往往从其表层发生的各种异常现象中反映出来，如表面裂缝、磨损、剥落、掉角、露筋、锈蚀、蜂窝麻面等。即使一般认为对结构受力没有什么影响的细小裂缝，也会由于雨水慢慢地渗入，空气中二氧化碳或其他气体的作用，使钢筋产生锈蚀膨胀，裂缝增大，混凝土材料性质不断变坏。裂缝是混凝土桥梁最常见的缺陷之一，根据裂缝的发生部位和产生原因不同，主要有以下几类：图2-1 梁

16、（板）受拉区的弯曲裂缝图1、梁（板）受拉区出现弯曲裂缝 位置和方向： 弯曲裂缝出现在梁的侧面，从梁底向上开裂，并与主钢筋垂直；在长裂缝之间，往往夹着数根短裂缝。一般裂缝宽度：梁结构=0.030.2mm、板结构=0.030.15mm；裂缝之间的间距：l=0.050.2m，如图2-1所示： 梁底面出现的弯曲裂缝，时常垂直于主钢筋，裂缝宽度：=0.030.2mm。 裂缝的性质：当梁（板）受荷时，已有裂缝的长度会缓慢地延长，缝宽也会变宽，同时，又会出现一些新的短裂缝；卸载时，裂缝一般恢复原状。这样的裂缝是属于弹性范围的裂缝，其性质比较稳定。但是，有个别裂缝为深层裂缝，也有部分贯穿裂缝。 2、沿梁腹板梁

17、高度上的表面裂缝 常见于T形梁的腹板侧面上，在半梁高度处常出现枣核形裂缝，间距无规律；裂缝宽度=0.20.6mm，有的达到0.8mm。 位置和方向：腹板裂缝，常出现在梁的跨中，并垂直于主钢筋；在支座到1/4跨径之间，裂缝与主钢筋形成60斜角。 原因：混凝土质量不均匀，在受到较大荷载，易沿腹板产生表面裂缝大。这种裂缝，最大宽度一般变化不大，但是，容易与受拉区裂缝相连接，如图2-2所示：图2-2 沿梁腹板高度上的表面裂缝图3、梁腹板的斜裂缝 斜裂缝常见于跨径大于10m的钢筋混凝土梁桥。 位置和方向：斜裂缝常发生在支座到1/4跨径之间，出现在梁的侧面，并与梁形成 4560左右的夹角。裂缝形式：裂缝宽

18、度0.10.3mm，裂缝间距0.51.0mm。 原因：梁在弯剪作用下，在0l/4区域产生的主拉应力，超过了该部位的材料抗拉强度。随着荷载增加，斜裂缝也逐渐增大。在0l/4梁段内，外力主要以剪力形式出现，因此，裂缝形成角度大于45；随着弯矩增加，梁腹板在剪弯作用下，发生剪弯裂缝，裂缝则与梁纵向成为3045角，裂缝条数为 12 条，缝宽为0.20.3mm。这种裂缝的发生的过程：先出现垂直于梁轴的弯曲裂缝，再发生倾斜裂缝，如图2-3所示：图2-3 梁腹板斜裂缝图4、梁（板）结构的主筋部分水平纵向裂缝 位置和方向：在主筋位置附近，沿着主筋延伸方向，出现的水平纵向裂缝；裂缝度可达半跨。最大裂缝的宽度达到

19、4mm。伴随着裂缝扩展，混凝土保护层剥离，钢筋外露而锈蚀原因：这种裂缝产生的原因比较复杂，可以是混凝土先出现裂缝，引起钢筋的锈蚀；也可能是钢筋锈蚀膨胀引起混凝土开裂。发生这种病害原因，施工质量较差，保护层过薄；混凝土内加了过量的添加剂，导致混凝土碳化、钢筋锈蚀胀裂混凝土，如图2-4所示：图2-4 梁在主筋部位的水平纵向裂缝图5、混凝土梁上的网状裂缝 位置和方向：混凝土梁上网状裂缝没有规律，一般缝宽为0.010.05mm。在车辆荷载下，长度和宽度的变化很小。 原因：混凝土内外所受外界不均匀的非荷载作用所致，如图2-5所示：图2-5 梁腹板侧面上的网状裂缝 图2-6 梁体在钢板支座处的裂缝6、梁体

20、支座处裂缝 位置与方向：在简支梁支座的垫扳处的梁体上，支座上的垫板与混凝土交界处，时常发生的斜向裂缝。这种裂缝往往只有一两条大裂缝，裂缝宽度max = 2mm。 原因：桥墩发生不均匀沉降、歪斜；局部混凝土承压力不够；支座倾斜或者活动支座失灵等。因此，发现混凝土桥出现缺陷后，必须及时对缺陷进行调查研究，分析缺陷的产生原因、现状、发展趋势，以及桥梁遭受破坏的程度，对使用的影响等，及时采取措施进行维修加固。2.2.2 桥梁承载能力不足1、设计荷载偏低正常使用桥梁的承载能力是由其设计荷载标准所确定的。但是，随着时间的推移、历史的发展，公路运输对桥梁载重的要求也在发展，所以为适应这个要求，公路桥梁的设计

21、规范在不断地进行修订（见表2-1）。随着规范的修订，设计用的汽车荷载也在不断增大。但依据“旧规范”设计的许多桥梁却仍在营运使用，而这些用“旧规范”设计的桥梁，其上部结构，如桥面铺装和桥面系构件（如主梁、横梁等）的承载能力，要比现行规范所要求的荷载设计标准小。这样，在现仍使用的桥梁中，施工是设计的实现过程，设计正确性与否，是否完善，在施工中都会得到检验。同时，施工的质量优劣，也将影响桥梁的整体性能。在桥梁建设中，尽管设计正确，但施工方法不当，施工质量控制不严，施工过程中遇到一些非预见性灾害，如洪水、地震等，常常导致桥梁承载能力降低，不能达到设计的预期目的。由于施工原因，致使日后桥梁承载能力不足，

22、其具体原因主要有以下几个方面：（1）材质不好施工中所采用的混凝土、钢筋、预应力钢材等材料，如质量不好，不符合规范的要求，则常常是导致桥梁结构产生各种缺陷的内在因素。（2）施工质量不好在混凝土结构物产生破坏的原因中，最多的是由于施工质量不好引起的。特别是修建混凝土公路桥时，工程种类多，其大部分是现场施工，每个现场施工操作工人往往要负担多方面的工作，如钢筋工、起重工、混凝土工等。而且桥梁工程的工序较多，如果不注意或搞错，就有可能使结构出现缺陷并最后暴露出来。4、外界因素外界因素是指行驶于桥梁上的车辆流量的不断增加，车辆载重的加大；发生突然事故，如受机械撞击的影响；受到自然界特大灾害，如地震、洪水等

23、的破坏；周围恶劣环境，如海水、污水等化学作用；以及桥梁基础产生破坏，出现不均匀沉陷等因素。这些因素也都是导致桥梁结构产生缺陷的重要原因。2.2.3 桥面净宽偏小由于公路交通的不断发展，显得许多旧桥的修建标准偏低，桥面窄小，致使车辆不能顺利流畅通过。在此情况下，往往采取拓宽加固的措施，从而达到增加桥面净宽，提高桥面车辆通过能力的目的。2.3 拱桥上部结构常见病害分析为了对旧桥采取合理、安全、可靠的维修加固措施，需首先了解其产生的各种常见缺陷及发生原因。拱桥上部结构的各种常见缺陷及产生原因叙述如下。2.3.1 拱桥裂缝及其成因分析2.3.1.1拱桥的简介，分类及改造方法（一）、概 论 1、拱桥拱式

24、体系的主要承重结构是拱肋（拱圈），在竖向何在作用下，拱圈主要承受压力，但也承受弯矩，可采用抗压能力强的圬工材料来修建。墩台除受竖向压力和弯矩外，还承受水平推。 2、拱桥的主要组成拱桥由上部结构和下部结构组成。(1)拱桥的上部结构 拱桥的上部结构是由拱圈及其上面的拱上建筑所构成。拱圈是拱桥的主要承重结构。由于拱圈呈曲线形，一般情况下车辆都无法直接在弧面上行驶，所以在桥面系与拱圈之间需要有传递压力的结构或填充物，以使车辆能在平顺的桥面上行驶。桥面系和这些传力构件或填充物统称为拱上结构或拱上建筑。 （2）拱桥的下部结构 拱桥的下部结构由桥墩、桥台及基础等组成，用以支承桥跨结构，将桥跨结构的荷载传至地

25、基并于两岸路堤相连接。（二）、拱桥的分类 1、按拱圈横截面形式分类 （1）、板式拱桥 主拱圈采用矩形实体截面是圬工拱桥的基本形式。由于它的构造简单、施工方便，因而使用广泛。但由于在相同截面积的条件下，实体矩行截面比其他形式截面的截面抵抗矩小，如果为了获得较大的截面抵抗矩，必须增大截面尺寸，这就相应增加了材料用量和结构自重，从而更进一步加重了下部结构的负担，这是不经济的，所以通常只在地基条件较好的中、小跨径圬工拱桥中采用板拱形式。(2)、肋拱桥在板拱桥的基础上，将板拱划分成两条（或多条），形成分离的、高度较大的拱肋，肋与肋之间用横系梁连接。这样就可以用较小的截面面积获得较大的截面抵抗矩，以节省较

26、多的材料，从而大大地减小拱桥的自重，因此多用于较大跨径的拱桥。（3）双曲拱桥这种拱桥的主拱圈截面是由一个或数个小拱组成的,由于主拱圈在纵向及横向均呈曲线形,故称为双曲拱桥。由于双曲拱桥的截面抵抗矩较相同材料用量的板拱大的多，因此可以节省材料。加上具有装配式桥梁的特点，适合于工业化生产，具有加快施工进度，缩短工期，施工工艺简单等优点。（4）箱形拱箱形截面拱圈的拱桥，外形与板拱相似，由于截面挖孔，使箱形拱的截面抵抗矩较相同材料用量的板拱大很多，所以能够节省材料，多余大跨径桥则效果更为显著。的别适用于无支架施工。但由于箱形截面施工制作较复杂，一般情况下，跨径在50米以上的拱桥采用箱形截面才是适合的。

27、2、按建筑材料分类可分为圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥和钢拱桥。3、按拱上建筑形式分类（1）、实腹式拱桥，其构造比较简单，施工方便，但自重大，长用于跨径20米以下的拱桥。（2）空腹式拱桥其圬工体积小，桥形美观，还可以增大泄洪能力，但施工不如实腹式拱桥简单，常用于跨径25米以上的拱桥。4、按拱圈采用拱轴线形式分类可分为圆弧拱、悬链线拱和抛物线拱。从施工方面看，圆弧拱比悬链线拱简单。从力学性能方面看，悬链线拱比圆弧拱好。大跨径桥为了改善受力，可以采用高次抛物线。5、按静力体系分类（1）、三铰拱三铰拱属于静定结构。温度变化、混凝土收缩、支座沉陷等原因引起的变形不会在拱圈内产生附加内力。所以地基条件很差或寒

28、冷地区修建拱桥时可以采用三铰拱。但是由于铰的存在，使其构造复杂，施工困难，而且降低了整体刚度，尤其是减小了抗震的能力，因此主拱圈不采用三铰拱。三铰拱长用于空腹式拱上建筑的腹拱圈。（2）、无铰拱无铰拱属于三次超静定结构。在自重及外荷载作用下，由于拱的内力分布比三铰拱均匀，所以它的材料用量较三铰拱省。又由于没有设铰，使结构的整体结构刚度大，而且构造简单，施工方便，因此在实际中使用广泛。由于无铰拱的超静定次数高，温度变化、材料收缩、特别是墩台位移会在拱内产生较大的附加内力，所以无铰拱一般适宜修建在地基良好的条件下。但随着跨径的增大，附加力的影响也相对的减小，因此钢筋混凝土无铰拱仍是大跨径桥梁的主要类

29、型之一。（3）两铰拱两铰拱为一次超静定结构。它的特点介于三铰拱和无铰拱之间。由于取消了跨中铰，使结构整体刚度较三铰拱较大。在因地基条件较差，不宜修建无铰拱时，可考虑采用两铰拱。（三）、目前桥梁加固改造的技术途径桥梁加固一般是指：通过对构件的补强和结构性能改善，以恢复或提高现有桥梁的承载能力，延长使用寿命，适应现代交通运输的要求。目前，国内外对桥梁进行加固改造的技术途径主要有以下五种。1、加强薄弱构件在桥梁上，对于有严重缺陷的部位，或者因要通行重型车辆而不能满足承载要求的部位，如桥梁的跨中部位、支座部位、承受负弯矩的部位；以及变截面处等，采取加强措施，进行补强。在桥梁结构中，特别要注意的是：桥梁

30、的薄弱处一般在受拉区范围内，受压区的情况则比较少。所以对于薄弱处补强方法往往采用粘贴钢板、碳纤维，增大主梁截面积的方法。2、增加辅助构件在桥梁承载力不足或因为某种原因导致桥梁遭受破损时，可以在原有的结构上增加新的受力构件，如：增设横隔板、更换支座等。3、改变结构体系根据桥梁的实际情况，简支梁改为连续梁桥;单跨改为多跨结构;增加支点等,通过这些手段达到改善结构薄弱处的受力状态,提高整体桥梁的承载能力。4、减轻恒载减轻桥梁上部结构的恒载，改善原桥梁的受力状态，提高桥梁的承载能力，特别是在桥梁基础承载力受到限制，不能满足加固上部结构和提高活载承载力时，通过减轻桥梁恒载的办法来承受活载的能力，乃一种经

31、济有效的措施，如：将较厚的素混凝土桥面凿除，然后浇筑较薄的钢筋混凝土桥面。5、加固桥墩、台及桩基础在桥梁结构中，有相当一些缺陷是由桥梁墩、台及基础引起的，因此，需要从其着手进行加固处理。通常采用的办法是：用钢筋混凝土套箍并施加外部预应力加固墩身。对于基础加固措施，常采用加桩法和扩大基础法进行处理。（四）、拱桥加固的基本要求从某种意义来讲，旧桥加固的难度甚至超过了新建桥，因此，对现有桥梁加固改造需要提出以下基本要求。加固改造技术可靠，耐久性使用要求。加固费用省，经济效益高（与新建造一座桥梁相比）。设备简单，施工方便。尽量不中断交通或少中断交通。加固改造的材料性能好，养护工作量少。尽量减少对原桥梁

32、结构的损伤。2.3.1.2拱桥下部结构的病害处理及加固一、桥梁下部结构存在的主要缺陷和病害桥梁下部结构包括：墩台和基础，他们直接承受桥梁上部结构的荷载，并将荷载传递给地基的受力结构。（一）、桥梁基础存在的问题桥梁基础分为浅基础和深基础两类：浅基础可分为刚性扩大基础、单独和联合基础、条形基础；深基础可分为桩基础、沉井基础、混合基础。拱桥基础大多为浅基础。1、基础沉降和不均匀沉降浅基础由于埋设浅、结构简单、施工方便、造价低，是建筑物最常见的基础形式。在地基压密或软土地基上的桥梁，往往出现沉降，的别是不均匀沉降，对桥梁结构产生及大的危害。2、基础划移和倾斜（1）、基础由于经常受到洪水冲刷而发生滑移，

33、一般与洪水冲刷深度有密切关系，因此，关键问题应放在如何确定洪水冲刷深度上。（2）、由于河床在种种原因影响下，造成了桥台前临河面地基土层的侧向压力减少，使基础产生侧向滑移。（3）、桥台基础的地基强度弱化、台背高填方路提，如果处理不当，往往会造成主动土压力太大，使桥台前倾；或者土体下沉，使桥台台座前移，台顶后仰，导致基础移动、桥台倾斜。3、在基础滑移或倾斜下，造成桥台破坏形式（1）、支座和墩台支撑面破坏。（2）、梁桥的梁从支撑面上滑落。3）、伸缩缝装置破坏或接缝减小、伸缩机能受损。（4）、基础滑移量过大，梁端与胸墙紧贴，甚至导致胸墙破坏或梁局部压坏。4、基础结构物的应力异常和开裂应力分析对于刚性基

34、础，在中心荷载作用下，基底压力呈马鞍型分布如图（2-7），荷载再增加，基底压力重新分布成跑物线形，如图（2-8），荷载再继续增大，基底压力会继续发展，成为钟形分布，如图（2-9）。所以，刚性基础的地面压力分布与荷载大小无关，与基础埋置的深度有关。 2-7基础底应力呈马鞍形 2-8基础底应力呈抛物线形 2-9基础底应力呈钟形在实际计算中，常常简化为：中心荷载、偏心受压，如图（2-102-12）。N计算公式：=N/F2-10中心荷载 N 2-11偏心荷载（一）Nmax=2N/3（b/2e）L2-12偏心荷载（二）公式中：e偏心距。 N垂直压力。 b、L基础底面宽度与长度。（二）、桥梁墩台缺陷1、裂

35、缝从外观上看，裂缝是桥墩的主要病害。 （1）、网状裂缝：多出现在桥墩的向阳面，水位线以上；产生原因是由于混凝土内部水化热、外部温差、日照影响产生的温度拉应力、混凝土干缩引起。 （2）、墩台竖向裂缝：多为下宽上窄，是由于基础不均匀沉降引起。 （3）、墩台水平裂缝：裂缝呈水平状态，多为混凝土浇筑接缝不良引起。2、撞击破坏 桥梁墩台在船只、漂流物的碰撞下，或跨线桥墩受到车辆的撞击下，墩台会产生局部破坏，混凝土会产生剥落与脱落。 总之，桥梁墩台的主要缺陷有：裂缝、剥落、空洞、钢筋外露和锈蚀、材料老化、结构变形或位移，久而久之，若不及时处理，小病害酿成大病害，逐步失去使用功能。3、常见的基础破坏类型桥梁

36、基础的类型与常见缺陷基础类型常见的缺陷浅基础天然地基上的浅基础1、埋设深度浅、易冲刷、掏空。2、埋设深度不够，受冻害影响。3、地基不稳定，易产生滑移或倾斜。岩石基层1、基础置于分化石层上，分化部分未处理好，经水流的冲刷、掏空、悬空；2、受地震时的剪切作用，产生裂缝。人工地基基层处于软土低级上，在竖向荷载作用下压实沉陷，是地基下沉。二、扩大基础的病害处理及加固墩台在使用过程中，由于过桥车辆荷载的加重以及自然作用的影响，会使基础产生沉陷、墩台出现倾斜和过大的裂缝。因此，往往应该根据墩台基础不同的损坏程度，不同的机构情况进行处理及加固，以确保行车安全。延长桥梁使用寿命。同时避免拆除重建，从而减少投资

37、。扩大基础的病害处理及加固的常用方法有：扩大基础加固法、增补桩基法和改良地基法。一、扩大基础加固法桥梁基础扩大底面积的加固，称为扩大基础加固法。适用于基础承载力不足，或埋设太浅，而墩台又是刚性实体式基础时的情况。在刚性实体式基础周围加石砌圬工或混凝土，以扩大基础的承载面积，来提高承载力，如图2-13。墩身新基础原有基础 图213二、补桩加固法在桩式基础的周围，不佳钻空桩或打入钢筋混凝土预制桩，并扩大原承台基础，以次提高基础承载力，增加基础稳定性。补桩法加固墩台基础的优点是：不需要抽水筑坝等水下施工作业，且加固效果显著，如图2-14。墩身 新基础 新增桩 原有基础 图214三、基础冲刷处理（1）

38、、基础受到水流冲刷而危及桥墩基础的处理当河床收到冲刷而危及桥墩台基础时，必须采取防护措施，一般采用保持水土法。1、如果下游河水较为平缓，以后冲刷下切不会过大，我们可以采用石笼或混凝土将其原来扩大基础围护，如图2-15，避免造成对原基础的冲刷破坏。 原基础原基础 围护结构 河底线 图215 2、下游水流急，对桥墩部位掏空比较严重，我们可以采取在桥墩下游修筑潜墙的方法，对桥墩和扩大基础下进行强制式淤积，来保持水土，达到保护基础的效果。水流原基础系梁潜墙原基础 河底线 图216三、桥墩台的病害处理及加固 对于砖石和钢筋混凝土墩台常见的缺陷和病害，砖石墩台的裂缝、砌体剥落，钢筋混凝土墩台的裂缝、钢筋外

39、露、混凝土剥落。常见的病害处理办法：（一） 、裂缝修补1、 砖石裂缝修补将裂缝周围松散结构凿除，凿成V形槽，然后用高压水清洗干净，用同结构强度的高性能砂浆或高一标号的高性能砂浆进行修补。高性能砂浆主要不收缩，修补后不会出现裂缝。2、钢筋混凝土裂缝修补对混凝土表面高压水冲洗干净，将裂缝出现的位置标明，测量裂缝的长宽，做好记录，并确定那些为表面封闭，那些为灌注处理，以便在裂缝修补时进行统一部署安排。表面处理：对混凝土表面小于0.3毫米的裂缝，可以清除裂缝表面污垢后封闭处理。凿槽法：对于大于0.3毫米的裂缝，延裂缝凿成V形槽，槽宽根据裂缝深度和有利于封缝来决定。糟除后要将粉末清干净，然后进行封闭处理

40、。钻孔法：对于较深的裂缝，可在裂缝上钻孔孔距不大于0.5米，钻孔后清理孔内粉末，然后埋设压浆嘴，进行压浆处理。裂缝修补材料一般采用环氧砂浆或环氧胶泥，环氧砂浆配制时一定要注意砂子必须为干燥砂子。灌浆一般采用环氧浆液。（二） 、钢筋锈蚀及剥落修补1、 钢筋锈蚀处理对锈蚀钢筋用钢丝刷除锈，锈蚀严重的钢筋可将锈蚀钢筋周围混凝土凿除，凿出无锈蚀钢筋，然后采用不小于原钢筋直径的同型号钢筋进行补筋，焊接长度必须满足规范要求。2、 剥落修补混凝土剥落，将剥落部位进行凿除，露出坚硬骨料，将松散部位全部凿除。用高压水清洗凿除后的表面，清洗干净后采用不低于结构强度的砂浆活混凝土进行修补。砖石修补办法和混凝土相同。

41、2.3.1.3拱桥上部结构的病害处理及加固第一节、拱桥加固与改造的基本原理一、拱桥基本力学图式拱桥的基本力学图式，如图3-1所示。拱式桥梁在荷载（恒载、活载）作用下，除了承受荷载产生的轴向压力外，还承受荷载对其产生的弯矩和剪力，由于剪力影响相对较小，所以拱式结构是以压弯构件作为称重结构。根据材料力学的基本原理，其计算式为：=N/AM/W式中：主拱截面拉（压）应力； N主拱截面轴向力； A主拱截面面积； M主拱截面弯矩； W主拱截面拉弯几何弹性模量。 由此可见，拱式桥梁主拱圈结构受力状况由三个要素决定，即（活载、恒载）作用产生的内力（轴力、弯矩）、主拱圈截面的面积和抗弯惯性矩或几何抗弯弹性模量，

42、以及主拱圈材料的自身强度。当车辆荷载增加、超限、超载车辆行驶，对桥梁引起的内力超过主拱圈材料强度的允许范围时，势必造成主拱圈受拉部位开裂、破损，承受力下降，成为危桥，或者随着运营年限增加，各种因素作用导致材料性能恶化、强度降低，也将造成原桥承载力下降，开裂破损成为危桥。二、加固基本原理尽管目前拱桥加固方法和技术很多，但归纳起来不外乎属于从内因和外因两个角度对桥梁结构进行加固补强。1、从外因角度是通过结构的性能改变提高主拱圈的承载力（1）增大主拱圈截面积对主拱圈采用喷射混凝土、现浇混凝土、外包混凝土等加固方法，都是属于此类加固技术和方法。采用增大主拱圈截面的方法加固，其目的是当荷载等级不变的前提

43、下，减小主拱圈截面承受的拉应力，当荷载等级增加时，保持或适当减少主拱圈截面承受拉应力，保持在主拱圈材料性能承受范围内，即【】，从而达到加固主拱圈、提高承载力的目的。（2）增加拱圈的强度对主拱圈采用环氧树脂砂浆（胶泥）粘贴钢板、钢筋、玻璃钢、碳纤维布等高强度材料，增加主拱圈的强度，都是属于此类加固方法和技术。采用增加主拱圈强度的方法加固，其目的是当荷载等级不变或荷载等级增加时，增加主拱圈的强度,使荷载对主拱圈产生的拉应力小于补强材料的强度,即【】, 从而到达加固主拱圈,提高承载力的目的.2、从内应角度就是采用改变结构体系、减轻拱上建筑恒载重量提高主拱圈的承载力(1)改变结构体系，减小主拱圈的内力

44、采用梁拱结合共同受力的方式，或将原桥重力式拱上建筑改变为轻型的桁架或刚架，减轻主拱圈承受的恒载重量，较小主拱圈承受恒载内力，从而减小了拱圈承受拉力，即【】，从而可以达到提高承载能力的目的。（2）减轻拱上建筑恒载重量，减小拱圈的内力采用减轻桥面系自重和减轻拱上建筑自重，较小主拱圈承受的恒载能力，也可以达到减小主拱圈承受拉应力，达到加固主拱圈，提高承载的目的。1、跨中部位的裂缝 位置与方向：在跨中23m范围内，或1/ 43/4范围内，从拱肋（板）底部下边缘向上延伸；缝宽=0.10.5mm，缝长L=0.20.3m 。 原因：拱圈截面太薄，正弯矩作用导致拱肋（板）下缘开裂；桥（墩）台水平位移；施工时吊

45、装不当。 2、拱脚附近径向裂缝 位置与方向：拱座与拱脚之间交接处，时常发生 12条较宽的裂缝，从上缘向下发展。原因：拱圈截面太薄，负弯矩大；桥台产生水平位移，负弯矩增加；拱肋、拱扳或者各个箱形肋连接处的混凝土处理不当、收缩大等。 3、双曲拱拱波纵向裂缝位置与方向：在主拱圈的拱波顶上，裂缝沿跨径方向延伸，在桥宽方向往往有数条裂缝。原因：主拱圈横向刚度不够，使主拱圈产生横向位移和连拱效应；拱板顶部浇筑混凝土收缩大而引起开裂，4、双曲拱桥的拱肋与拱波结合面的裂缝 位置与方向：拱肋与拱波交界处沿桥跨方向的裂缝。 原因：没设专门的结合设施，或者措施，拱波过于单薄，拱肋与拱波之间也存在施工缝，桥台发生水平位移，使肋和波之间的结合面剪力、拉力增大，导致裂缝产生；拱波座浆不良；拱波脚的斜面脚较大；砂浆质量差，含水量较大，沿肋波结合面形成裂缝，如图2-9所示。5、拱上建筑裂缝 位置与方向： （1）腹拱开裂，腹拱分为重型腹拱和轻型腹拱。 重型腹拱（圆弧形拱）裂缝，大多数在单位长度的块件处开裂，往往发生在拱脚和拱顶；在短墩腹拱或者靠近跨中实腹段，一般在腹拱墩处发生开裂，而且第一个腹拱为多见。 轻型腹拱以双曲拱为例，裂缝出现在拱顶、拱波、拱脚以