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  1 前言

    隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和時代的進步，人們對安全、快速、舒適和美觀的公路交通提出了越來越高的要求。由于歷史和資金等原因，我國大部分20世紀六、七十年代甚或五十年代修建的橋梁仍在營運使用，但其設計荷載標準偏低和橋梁寬度偏小等因素，這些橋梁已成為交通運輸中的潛在隱患。對這些舊橋、危橋如要全部推倒重建，則既不科學，更不現(xiàn)實。更何況歲月無情，任何一座“新”建的橋梁經(jīng)過若干年大自然的侵蝕和使用，終將成為一座“舊”橋。所以，舊橋加固、維修將是一個永久性的技術課題，舊橋的加固利用和改造已成為橋梁工程建設中既古老、又年輕的新興學科；實踐證明，舊橋的檢測、評定與加固是一項既綜合繁雜，又在不斷發(fā)展創(chuàng)新、逐步完善的技術，也是當今國際土木工程界所共同關心的熱點問題之一，亦是橋梁建設可持續(xù)發(fā)展的一個重要組成部分和關鍵技術之一。舊橋加固改造技術，是針對正在使用的舊橋進行檢測、評定、維修、加固或改造等技術對策的總稱。國內(nèi)、外的實踐均以證明，舊橋加固、維修工作是一項技術上可行、經(jīng)濟上合理的舉措。但由于舊橋加固的過程中常存在原始資料和圖紙不全的客觀原因；舊橋加固設計的規(guī)程尚在制訂；舊橋加固設計的制約因素和技術風險遠比設計新橋要大得多。

    而且，舊橋加固是一項繁雜的系統(tǒng)工作，工程量往往不大，但涉及面廣，并關聯(lián)到諸多隱蔽工程。病害原因、加固方法常常因橋、因地而異，且施工工藝多具特殊性和復雜性。上述情況是舊橋加固工作的特點，應引起我們的重視。同時，實踐也證明，盡管每座舊橋的情況各不相同，具有各自不同的特點，但舊橋加固也同其他任何事情一樣，有其內(nèi)在的規(guī)律，也存在一定的共性。我們應遵循橋梁加固、改造工作的共性，結合具體橋梁的特殊性，在實踐中發(fā)揮積極性和創(chuàng)造性，不斷進取和探索，采用最先進的技術和材料，在舊橋檢測、評定、加固和改造工作中，創(chuàng)造和總結出多種多樣的、切實可行的技術和方法。

    1.1 舊橋加固工作內(nèi)容

    具體到對某座舊橋進行加固和改造時，既要針對其病害特點和環(huán)境條件等，采取相應的、有效的、甚至極具創(chuàng)造性的具體措施，同時也應遵循一定的工作步驟來開展工作。這些工作包括：

    ①日常養(yǎng)護發(fā)現(xiàn)橋梁存在較為嚴重的結構病害后決定進行加固的決策過程；

    ②對橋梁進行結構檢查、檢測和技術狀況評定；

    ③舊橋的結構檢算與加固維修方案的擬定；

    ④加固設計和編制工程預算；

    ⑤加固施工和加固后的鑒定、驗收；

    ⑥加固前、后必要時進行動、靜載試驗等等。

    1.2 關鍵的三項工作

    上述舊橋加固的工作內(nèi)容當中，以下三項是關鍵性的：

    ①檢測、評定是舊橋加固工作的“前提”：目的——了解“病情”，診斷“病狀”；要求——檢查要全面、仔細，病害分析要準確。

    ②結構檢算和加固設計是舊橋加固工作的“基礎”：加固方法要合理，技術上要安全、可靠，加固方案的針對性強；靈活應用各種技術方法，創(chuàng)造性地開出“處方”。

    ③施工質量是舊橋加固工作的“關鍵”：加固施工好比外科醫(yī)生給病人“做手術”，“成敗”在此 一舉。

    2 公路舊橋的結構檢算

    2.1 舊橋結構檢算和新橋設計理論計算的關系與區(qū)別

    在進行公路舊橋結構檢測與評定和加固設計前均應進行必要的橋梁的結構檢算，這項工作是對舊橋進行實際狀態(tài)評定和采取什么樣的有效方法與措施進行加固維修設計的重要前提。

    ①一般來講，新橋的設計與結構計算是經(jīng)濟、合理地擬定結構尺寸，檢算橋梁結構的可靠性，并使其滿足橋梁的使用和相應規(guī)范要求的過程。而舊橋的結構檢算則是利用橋梁現(xiàn)有的結構尺寸、材料等信息，以及通過現(xiàn)場檢查、檢測而發(fā)現(xiàn)橋梁業(yè)已存在的病害和缺損等結果，對橋梁的受力性能和狀況、以及安全可靠性進行分析并作出加固維修方案的決策過程。由于兩者的工作在不同階段進行，兩者所擁有的信息及信息量必然會產(chǎn)生較大變化，這就導致舊橋的結構檢算和新橋設計不僅在宏觀上（涉及過程、原理、準則等）有所區(qū)別，在具體實施中（涉及對荷載和抗力的確定、結構分析方法的選擇以及安全系數(shù)的調(diào)整等）也會有差異。對絕大多數(shù)橋梁來說，其新橋設計是一次完成的，而舊橋的維修與加固卻常常是在不同的時間點可進行多次。另外由于所搜集到的信息、所采取的方法不同，即使對同一座舊橋進行結構檢算和狀態(tài)評定，橋梁工程師也可能會得出相差很大甚至相反的結論。

    ②目前公路舊橋的結構檢算與分析，仍是基本上采用新橋的設計理論和方法再次進行驗算，且大多數(shù)計算方法是以彈性理論為基礎，盡量也考慮了某些因素對承載能力的影響，但由于對結構力學模型的簡化與實際受力狀況的差別（如未考慮實際支座的位置、鋼桁梁節(jié)點的彈性、以及拱腳的固結情況等等），以及計算采用的簡化材料本構關系與結構材料多維受力下本構關系的不同；以新橋設計理論和計算方法來進行舊橋的結構計算，難以充分反映橋梁的實際承載能力和狀況，有相當多的檢算結 果是偏于保守的。事實上，對特定使用條件的特定橋型其承載能力應是一個客觀存在，所以對舊橋進行的結構檢算應區(qū)別于新橋的設計驗算方法。因此，有必要深入研究一種能合理、可靠、真實地充分考慮橋梁實際工作狀況、以及結構和材料情況的舊橋檢算與分析評定方法。

    ③為真實反映舊橋的實際承載能力，在進行舊橋結構檢算中應考慮材料的真實情況，如可以考慮混凝土在雙向受力下的破壞準則及非線性本構關系。混凝土在雙向受壓和未開裂時為各向同性材料，開裂后應視為正交異性材料，并應考慮拉伸勁化和軟化效應；而對于混凝土和鋼筋的強度及彈性模量則應盡量采用在舊橋結構檢測時的實測值。當肋式拱橋的拱腳出現(xiàn)較嚴重的橫向裂縫時，應考慮到原拱腳的固定條件已改變，宜按鉸接來簡化并按內(nèi)力重分布的方法進行結構檢算。

    2.2 舊橋的結構檢算特點

    ①在我國已建成通車的公路橋梁中以中、小跨徑的梁式橋和拱式橋居多，由于近年來的計算理論的發(fā)展、計算機及橋梁結構計算分析軟件的普及與應用、以及橋梁靜、動載測試設備的完善及測試經(jīng)驗與資料的積累，充分證明了過去在橋梁的設計理論和結構計算中許多未予考慮和不甚明了的因素。諸如由于橋面鋪裝層的參與結構受力使得跨中實測撓度普遍小于理論計算撓度值；而拱上建筑的聯(lián)合作用和活載的橫向不均勻分布等也都被廣泛證實是客觀存在的，其影響程度是不容忽視的，尤其是在舊橋的結構計算分析和加固設計時應充分考慮和加以利用的。

    ②在舊橋的結構檢算時，一定要根據(jù)橋梁的實際結構型式，尤其是橋梁的實際橫向聯(lián)系的形式和強弱來選擇采用哪種荷載橫向分布系數(shù)的計算理論和方法。例如，對于預制安裝的T梁橋，當橫隔板間距較小時，宜采用比擬正交異性板法來計算荷載橫向分布系數(shù)；當橫隔板間距較大時，則宜采用剛接梁法來計算荷載橫向分布系數(shù)才更符合橋梁實際受力狀態(tài)。

    ③在進行舊橋的結構檢算時，還應根據(jù)橋梁檢測時所發(fā)現(xiàn)的較顯著的病害來補充必要的局部結構檢算。例如，許多連續(xù)箱梁橋的橋面鋪裝層網(wǎng)裂和破損非常嚴重，檢查后發(fā)現(xiàn)多為少設或未設橫隔板的寬箱窄腹板的箱梁。對于此類橋的結構檢算，不僅要計算箱梁的縱向彎曲應力和剛性扭轉應力，還應計算橫向截面的畸變應力和橫向彎曲應力。當橫向彎曲應力過大，或箱梁頂板厚度較薄、剛度較小，即為橋面網(wǎng)裂和破損病害產(chǎn)生的主要原因，對應的加固方案為重做橋面鋪裝層（此時一般不宜增加其 厚度，避免影響橋梁縱向線型），設置加密的鋼筋網(wǎng)，并加粗配置橫向鋼筋，或者增設橫隔板。

    ④和新橋的結構計算不同的是，當舊橋的水泥混凝土橋面鋪裝層和梁體結合可靠、且無破損現(xiàn)象時，可扣除表面2cm磨耗層后將其考慮與梁體共同受力，一并參與結構計算。

    ⑤在截面應力檢算時，不僅要按新橋一樣對各控制截面進行計算，還應著重對有嚴重缺損的截面在考慮截面折減后進行檢算，并以此作為選擇加固方案和加固設計的一個重要依據(jù)。

    2.3 舊橋結構檢算的一般程序

    ①公路舊橋的結構檢算一般至少要進行兩次：首先是基于橋梁原設計資料和經(jīng)現(xiàn)場結構檢查、檢測得到的橋梁實際情況進行結構檢算（加固前），并以此檢算結果作為評定橋梁狀況和判定是否要進行加固維修的重要依據(jù)。其次，則是在擬定加固維修方案后，根據(jù)不同的結構處理后的信息再次進行結構檢算（加固后），檢算結果主要用于判定加固方案是否可行和是否達到加固設計要求。

    ②加固前對橋梁結構的結構檢算，其結構離散后的計算模型應根據(jù)橋梁結構檢查、檢測結果進行必要的修正，充分考慮橋梁結構的實際情況和材料性能的變化，計入舊橋檢算系數(shù)和結構惡化系數(shù)等影響。

    ③加固方案確定后的結構檢算，應采用加固后的橋梁結構型式和截面尺寸等來進行加固后的橋梁結構內(nèi)力計算和承載力檢算。加固后的橋梁可能是組合結構，在檢算時應注意區(qū)別對待。

    3 公路舊橋的加固設計

    3.1 加固方案的選擇

    舊橋的病害原因找準后，接下來就是選擇加固方案。國內(nèi)外已有很多成熟的舊橋加固技術和方法，但要針對某座橋的具體特點加以綜合考慮，要重點考慮技術可行性、經(jīng)濟合理性和體現(xiàn)創(chuàng)造性。一種病害可能采用多種方法都能處理，如何選擇最優(yōu)的方案，這是切實加固好一座橋梁的最基礎工作。

    3.2 加固設計

    加固方案確定后，接著就是進行細部的結構設計。要強調(diào)是：由于舊橋加固施工的特殊性，設計人員應將施工方法、工藝流程或施工順序闡述清楚，并應有相應的技術要求和衡量工程質量的指標。

  3.3 橋梁加固設計人員的職責與要求

    ①既要熟練掌握橋梁設計理論和方法、相關設計規(guī)范和標準，還要了解熟悉施工工藝和要求，另外，隨時跟進掌握國內(nèi)外可用于橋梁維修與加固的新材料、新技術和新工藝，才能做好舊橋的加固設計。

    ②應熟悉和掌握橋梁的設計荷載和實際使用荷載的特點與區(qū)別；如在分析橋梁結構如何承受荷載，及承受荷載后的應力和應變（變形）情況時，應明白作用在公路橋梁上的使用荷載是活荷載，而移動性、暫時性是其特點，該作用的大小及作用點，是隨時間而變的。

    ③設計人員通過對橋梁的檢測和分析，已了解了橋梁的病害和產(chǎn)生原因，也針對性地提出處治措施，并繪制了加固設計圖，但最終還是要通過施工單位的加固施工去體現(xiàn)其意圖和達到加固補強的目的。因此，設計人員要切實配合好施工全過程，尤其是施工前的技術交底，要詳細講解，以求施工人員明白設計意圖和工程質量要求。同時，要充分調(diào)動施工人員的積極性和創(chuàng)造性，從而補充和完善加固設計的不足。最終目的就是共同搞好加固施工，使加固設計意圖和目的完全達到。

    4 結束語

    舊橋加固技術是一門新興的學科，也是始終在完善、補充、發(fā)展的學科，隨著橋型的改變、新材料、新工藝、新技術的出現(xiàn)，新的、更好的加固方法就會出現(xiàn)和得到應用。所以，舊橋加固是一項非常有意義、有前途、有成效的工作，也可以充分體現(xiàn)技術人員個性化：一個病害可以用很多種方法處理，誰優(yōu)？科學抉擇；好壞？實踐檢驗。

    總之，要做好舊橋的結構檢算和加固設計工作，應多收集資料，積累經(jīng)驗，多加交流，共同進步與發(fā)展；應努力做到：認真工作，慎重決策，精心設計，創(chuàng)造性開展工作。