我国公路桥梁检测评价与加固技术的现状与发展

我国公路桥梁检测评价与加固技术的现状与发展
(3) 桥梁维修加固技术
伴随着桥梁技术状况评定、结构检测与承载力评定技术的逐步定量化、科学化，桥梁的维修加固技术近些年取得了长足的进步与发展。

许多新材料、新方法被应用于桥梁维修加固工作中。

早在“六五”期间开始，交通部就组织实施了“提高旧桥承载能力的加固技术措施的研究”、“双曲拱桥拱座位移病害整治的研究”、“公路水毁成因及防治措施研究”等一批旧桥维修加固技术的研究，国内研究机构和院校还针对粘贴钢板、纤维片（半）材、增设体外预应力、增补钢筋、增大截面、改变结构体系等加固方法开展了大量专项研究，形成了较成熟的旧桥维修加固计算理论方法和技术措施手段。

“十五”期间通过“公路旧桥检测评定与加固技术研究及推广应用”项目的实施，系统地研究总结和提升了国内外常用的20余种桥梁加固方法，并在旧桥加固基本原则，加固方法特点及适用条件、材料要求、施工工序质量控制与加固工程质量检验评定、加固后评价等方面取得了创新，形成了系统完善的桥梁加固成套技术成果，编制了公路旧桥加固成套技术应用指南，为桥梁维修加固的科学化、规范化奠定了坚实的基础。

目前，正在开展诸如石拱桥、桁式组合拱桥、双曲拱桥、钢筋砼肋拱桥、预应力混凝土斜拉桥、连续刚构和连续梁桥等的专用成套维修加固技术，桥梁抗震加固和震后加固技术，桥梁维修加固质量检验评定方法，桥梁加固高粘结抗扰动混凝土等新材料的研究。

通过这些更为深入的专项研究，将使我国的桥梁维修加固工作更加科学规范。

(4) 桥梁耐久性检测评价技术
随着时间的推移，由于环境和荷载等的作用，桥梁的材料和结构性能会逐步退化，进而带来结构安全性问题，这一耐久性问题将在我国今后的桥梁养护工作中变得越来越突出。

目前我国桥梁耐久性技术研究刚处于起步阶段，技术水平远落后于欧美等发达国家。

为解决这一问题，我国交通主管部门设立了“桥梁耐久性关键技术研究”重大专项，针对我国公路桥梁在材料组成、结构体系与构造、设计、施工、质量控制与养护维修等环节存在的耐久性问题进行了研究项目布局，以期形成一套提高我国公路桥梁耐久性的实用技术，为建立我国公路桥梁耐久性设计、施工、质量控制与养护维修等标准规范体系提供技术支撑。

桥梁耐久性关键技术研究（专项）课题一览表表3-3
序号
项目类别及名称
实施年限
1
桥梁耐久性关键技术研究
2006-2010
（1）
公路桥梁耐久性状况调查分析
2006-2010
（2）
混凝土桥梁耐久性设计方法与设计参数的研究
2006-2010
（3）
桥梁结构表面耐久性防护材料的研究
2006-2010
（4）
跨江海大型桥梁结构混凝土劣化性能与耐久性对策措施的研究
2006-2010
（5）
混凝土桥梁合理耐用结构构造的研究
2006-2010
（6）
拉吊索结构耐久构造与可检修易更换技术的研究
2006-2010
（7）
混凝土桥梁耐久性指标体系、检测方法与评价标准的研究
2006-2010
（8）
提升桥梁耐久性的施工改进技术与质量控制方法的研究
2006-2010
（9）
桥梁混凝土性能长期演变规律与跟踪观测技术的研究
2006-2010
（10）
公路常用桥梁预防性养护技术的研究
2006-2010
4 下阶段重点突破的方向与技术
(1) 加强相关政策的研究制定。

随着桥梁工程“全寿命设计”，“全寿命成本”、“社会成本优化”理念的建立和完善，桥梁的养护管理工作将会发生重大的变革，许多相关技术管理政策要修订乃至重新制定。

通过全面系统的研究，提出各阶段匹配的政策以保证这些新理念有序、健康的在桥梁养护工作中体现至关重要。

(2) 进一步开展桥梁结构多致因损伤机理、结构性能衰减规律、耐久性评价、承载力鉴定等方面的基础理论和应用技术研究。

基于桥梁结构安全和使用寿命，开展桥梁承载能力计算分析与试验方法、损伤结构评定方法与标准研究，以及开展结构耐久性评定与安全寿命预测技术研究，实现桥梁结构技术性状评定的科学化、规范化和专业化，提高桥梁结构安全可靠性与长期寿命。

着力解决桥梁结构缺损与耐久性检测与诊断技术，从材料性能、结构缺损等方面研究检测/监测技术、诊断技术、技术标准、以及技术装备，实现检测/监测手段自动化、网络化、标准化，提高桥梁检测/监测效率、准确性。

(3) 进一步加强桥梁维修加固和养护管理技术的研究。

目前我国已研究总结了桥梁维修加固的成套技术成果，针对特殊结构型式的典型病害也开展了一些专项研究，但是总的看来，在特殊桥梁典型病害的维修处置技术方面研究尚不完善，对新型加固材料性能和施工技术的研究方面还有缺憾，对加固设计的精细化、特殊加固方法在设计计算理论和施工方法等方面的研究不足。

在桥梁养护管理方面，应注重预防性养护的理念，结合我国公路桥梁的技术与使用现状及发展趋势，开展相关技术研究。

今后应着眼于桥梁养护与维修成本综合优化，开展桥梁管理系统、养护决策系统、维修加固等方面技术的研究，实现桥梁养护决策科学化、规范化、专业化，降低养护与维修综合费用，延长结构寿命。

(4) 进一步加强防灾减灾技术的研发。

从今年我国发生的冰雪凝冻灾害以及汶川地震对公路基础设施破坏与影响不难看出，我国在防灾减灾中预测、灾毁评估、抗灾设计与装备等方
面存在不足，需要进一步加强桥梁灾害检测评估、保通临时处置措施、灾后维修加固技术、防灾减灾技术、桥梁减隔震构造与装置等方面的技术研究。

另外，也应注重对大跨径桥梁风
荷载效应数值仿真和数值风洞、抗风构造设计与装置方面的研究。

(5) 加强新材料和检测仪器设备等的研发。

随着材料科学技术的发展，维修加固材料已不
再局限于钢和混凝土等常用材料，纤维材料、工程塑料、铝合金、复合材料等高性能材料正
被越来越广泛地应用于桥梁维修加固中。

加强新材料研发及其使用性能试验研究十分必要。

在桥梁检测仪器设备研发方面，我国多年来基本延续着跟随国外先进仪器设备发展趋势的模式。

随着桥梁检测和评价技术的发展，要求对桥梁常规缺陷、隐蔽工程缺陷具有更为准确可
靠的检测数据，这客观上对桥梁检测仪器设备提出了更高或全新的要求。

今后应重点关注新
型检测仪器设备和检测技术的研发。

(6) 加强科研成果的推广应用力度。

及时总结成熟研究成果并在行业内推广应用，扩大社
会和经济效益。

桥梁抗震加固技术现状及发展趋势
第5期 2003 年 10 月公路交通技术 Technology of Highway and Transport No. 5 Oct. 2003 桥梁抗震加固技术现状及发展趋势黄福伟许晓锋郑万山 ( 重庆交通科研设计院重庆 400067) 摘要首先介绍了国内外的主要地震和桥梁震害 ,对国内外桥梁抗震加固常用方法和材料的研究现状进行了归纳和总结 ,展望了桥梁抗震加固技术研究趋势 . 关键词桥梁抗震加固现状发展趋势 Abstract This paper introduces the main international and domestic earthquakes and bridge seismic hazards , summarizes the current research situation of the general bridge seismic resistance strengthening technologies and materials at home and abroad , and prospects the development tendency of research on bridge seismic resistance strengthening technology. Key words bridge seismic strengthening current situation development tendency 自然灾害对人类生存和发展的危害日趋严重 . 国际上也非常重视这一问题 ,联合国将 20 世纪的最后 10 年定为 "国际减轻自然灾害 10 年" . 地震因其发生的突然性和巨大破坏力而被列为各种自然灾害之首 .我国位于世界两大地震带 : 环太平洋地震带和欧亚大陆地震带之间 , 板内地震也十分活跃 ,因此 ,地震频繁发生 .因地震而死亡的人数居各种自
然灾害之首 , 约占 54 % , 造成直接和间接经济损失十分巨大 .特别是我国唐山大地震 ( 1976 年) ,使整个城市成为一片废墟 . 在防灾减灾的研究中 , 重要的一环是生命线工程的防灾减灾研究 .公路交通是国民经
济大动脉 , 同时 ,也是抗震救灾生命线工程之一 .桥梁工程是公路工程的咽
喉要道 , 在保障公路通畅中起着至关重要的作用 .近 30 年来 , 由于地震灾害的教训 , 使各国学者对桥梁抗震十分重视 ,开展了广泛的研究 . 美国 San Fernando 地震 ( 1971 年) ,仅 6. 6 级就显示出生命线工程破坏的严重后果 ; 中国唐山大地震 ( 1976 年) ,美国 Loma Prieta 地震 ( 1989 年 ) , 美国
Northridge 地震 ( 1994 年 ) , 日本阪神大地震 ( 1995 年 ) , 中国台湾的集集地震 ( 1999 年) , 都造成了公路和铁路桥梁的严重毁坏 ,给抗震救灾造成巨大的困难 ,使生命财产遭到非常巨大的损失 . 我国公路行业目前正在执行的《公路工程抗震 ( J 设计规范》J T 004 - 89) 采用单一的设防标准 ,没有采取足够的构造措施来保证桥梁结构的整体延性 , 也没有采用能力设计的思想来防止桥墩等构件的剪切破坏 .因此 ,对于我国地震区的已修建桥梁 ,按照更为先进的设计思想进行抗震性能评价 , 根据评价的结果采取相应的抗震加固措施 ,就显得十分必要 . 1 桥梁震害介绍从历次破坏地震中 , 调查得到的公路桥梁震害产生的主要原因有以下几类 : (1) 支承连接件失效———由于上下部结构产生了支承连接件不能承受的相对位移 , 使支承连接件失
效 ,上部与下部结构脱开 ,导致梁体坠毁 .由于落梁的强烈冲击力 ,下部结构将遭受严重破坏 . 支承连接件失效的原因 , 主要是设计低估了相邻跨之间的相对位移 .为了解决这个问题 , 目前国内外的通常做法是增加支承面宽度和在简支的相邻梁之间安装纵向约束装置 . (2) 下部结构失效———主要是指桥墩和桥台失效 .桥墩和桥台如果不能抵抗自身的惯性力和由支座传递来的上部结构的地震力 ,就会开裂甚至折断 , 其支承的上部结构也将遭受严重的破坏 . 钢筋混凝土柱式桥墩大量遭受严重损坏 , 是近期桥梁震害的一个特
点 .其原因主要是横向约束箍收稿日期 :2002 - 12 - 29 作者简介 : 黄福伟(1970 - ) ,男 ,重庆市人 ,本科 ,副研究员 1 公路交通技术 2003 年 58 筋数量不足和间距过大 , 因而不足以约束混凝土和防止纵向受压钢筋屈曲 .目前的解决办法是通过能力设计和延性设计 , 使桥梁的屈服只发生在预期的塑性铰部位 ,其余结构保持弹性 . (3) 软弱地基失效———如果下部结构周围的地基易受地震震动而变弱 , 下部结构就可能发生沉降和水平移动 .如砂土的液化和断层等 , 在地震中都可能引起墩台的毁坏 . 地基失效引起的桥梁结构破坏 , 有时是人力所不能避免的 ,因此在桥梁选址时就应该重视 ,并设法加以避免 .如果无法避免时 , 则应考虑对地基进行处理或采用深基础 . 2 研究现状针对桥梁在地震中的震害类型 ,目前 ,国内外桥梁抗震加固主要采取以下技术措施 : ( 1) 在伸缩缝 , 铰和梁端等上部接缝处采用拉杆, 挡块或者增加支承面宽度等措施 ,以防止落梁震害的发生 ; ( 2) 增加钢筋混凝土桥墩的横向约束 ,提高其抗弯延性和抗剪强度 ,防止桥墩弯曲和剪切震害 ; ( 3) 采用减隔震技术及专门的耗能装置 ,提高桥梁的抗震性能 .例如采用铅芯橡胶耗能支座等 . 美国加州运输部的桥梁抗震加固计划始于
1971 年圣· 费尔南多 ( San Fernando ) 地震 , 包括 3 个阶段 .第一个阶段包括在伸缩缝和铰处安装阻尼装置 ,以防止落梁震害 .这一阶段的主要目的是加强上部结构和下部结构的联系 ,以抵抗竖向加速度 ,以防止上部结
构构件从支承上滑落 .这一阶段在 1989 年基本完成 , 对全州公路系统中大约 1 260 座桥梁进行了加固 ,投资额超过了 5 500 万美元 . 第二阶段是加固独柱式桥墩 , 第三阶段是加固多柱式桥墩 .这两个阶段几乎是同时进行的 , 主要方法是提高墩柱的抗弯延性和抗剪强度 , 提高盖梁 , 上部结构基础与桥台的承载能力 , 提高结点的抗剪强度 .目的在于通过对墩柱的预期塑性铰部位 ( 墩底和墩顶) 设置外部约束来提高墩柱的延性 ,进而提高桥梁整体延性 .其投资额达 34 亿美元 . 日本 1971 年以后 ,数次对公路桥梁地震震害进行调查 ,多次采取抗震加固对策 ,直到 1995 年 ,重点一直是防止落梁构造 .1995 年阪神大地震之后 , 日本也开始重视基础和桥墩的抗震加
固 . 1971 年加州在桥梁的伸缩缝上安装拉杆以减小落梁的潜在性 , 这是在最低花费的情况下取得最大减灾效果的一个明显尝试 .随着 1987 年 Whitti2 er ,1989 年 Loma Prieta 及 1994 年 Northridge 地震中约束措施的失败 , 加州运输部已要求旧桥加固后必须具备与新桥一样的抗震能力 . 国外在对钢筋混凝土柱的抗震加固中 , 常用的技术有 : 钢套管外包加固 , 混凝土加大截面加固 , FRP 系列复合材料加固 .到目前为止用得最多的还是钢套管外包加固 , FRP 系列复合材料与其他的加固材料相比有施工简便迅速 , 安全可
靠 , 耐久性好等突出的优点 ,随着工艺的改进和总体施工成本的下降 ,FRP 系列复合材料在桥梁抗震加固中的应用将越来越广泛 .日本在 FRP 材料的研究 , 开发和应用方面 ,处于世界领先水平 .特别是 1995 年阪神大地震爆发后 ,对 FRP 片材用于抗震加固目的的研究和应用激增 ,目前日本在 FRP 的实际工程应用研究方面已有相当基础 , 并制定了各种各样的设计和施工指南 , 手册以及规范建议 . 国内在对钢筋混凝土桥梁的抗震加固性能研究中 ,同济大学作过一些墩柱加固后的室内试验研究 , 而在具体的抗震加固实际工程应用中 , 南京长江大桥在 1977～1994 年期间进行了抗震加固 ,加固的对象是支座 , 防落梁措施和可液化砂土 .我国铁道部于 1999 颁布了《铁路桥梁抗震鉴定与加固技术规范》适用范围为梁式桥 . , 3 发展趋势从桥梁震害调查中发现 , 遭受严重破坏和倒塌的桥梁结构 ,绝大部分是源于落梁和抗弯延性不足 . 因此 ,国外主要的多震国家 ,开始强调桥梁结构整体的延性能力 ,其他一些国家则在原有规范的基础上 , 也相应地对保证桥梁结构整体的延性能力 , 并通过设计和构造保证桥梁结构的整体延性能力 , 这已成为世界主要的多震国家地震工程界的共识 . 对钢筋混凝土梁桥 , 为了保证结构的整体延性能
力 ,目前通常的做法是增加防落梁构造措施和在预期出现塑性铰的关键部位( 钢筋混凝土桥墩的墩底和墩顶局部范围内) 增加横向约束 ,以提高桥墩的
抗弯延性和抗剪强度 . 从加固的对象上来看 ,美国 , 日本等桥梁抗震加固水平最高的国家 , 已经把加固的重点从以前单一的防落梁构造措施 ,转移到重视桥墩整体延性上来 , 以保证加固后的桥梁与新建桥梁的抗震能力相当 . 国内外地震工程研究人员总结了近年来国内外的震害资料 ,开始检讨过去单纯 "强度抗震" 设计的第 5 期黄福伟 ,等 : 桥梁抗震加固技术现状及发展趋势
9 5 指导思想 ,研究考虑基于性能的抗震设计原则 .基于性能的设计
( performance - based seismic design) 被广泛的认为是未来结构抗震设计规范的基本思想 . 抗震设计的性能指标 ,可以是单一指标 ,也可以是多指标或组合指标 . 在研究手段方面 , 整个抗震工程学都出现了越来越重视和依靠地震模拟试验趋势 .应该注意到现在的试验已经不再是传统意义上的简单试验 ,而是和现代科技融为一体的高科技试验 .如数值计算已经成为子结构拟动力试验技术不可分割的一部分 .另外 ,大比例尺甚至足尺结构和构件的地震模拟试验 ,因为其试验结果的真实可靠而越来越受到美国等发达国家的重视 . 4 结语研究后 ,得出适合于我国公路桥梁的抗震加固技术 , 并推广应用 ,为提高我国公路桥梁的抗震性能和抵御地震灾害的能力提供可靠的技术保证 . 参考文献 1 重庆交通科研设计院 . 桥梁抗震性能评价及抗震加固技术研究可行性研究报告 . 2002 2 J . N. 普瑞斯特雷 , F. 赛勃勒 , G. M. 卡尔维 , ( 袁万 M. 城 ,胡勃 ,崔飞 ,韦晓 ,译) . 桥梁抗震设计与加固 ,北京 : 人民交通出版社 ,1999 3 《南京长江大桥抗震加固技术》编委会 . 南京长江大桥抗震加固技术 . 北京 : 中国铁道出版社 ,1998 4 公路工程抗震设计规
范 (J T 004 - 89) J 5 铁路桥梁抗震鉴定与加固技术规范 ( TB 10116 - 99) 6 陈彦江 ,袁振友 ,刘贵 . 美国加利福尼亚州桥梁震害及其抗震加固原则和方法 . 东北公路 ,2001 (1) 7 杨海荣 ,郑琦 . 日本公路桥的抗震鉴定和加固 . 国外桥梁 , 1997 (2) 8 California Department of Transportation. CALTRANS Seismic Design Criteria. 1999 国内外桥梁抗震加固技术研究已经有了较好的基础 ,建议我国的公路桥梁抗震加固技术研究在消化和吸收国内外已有成果的基础上 , 针对我国公路桥梁的特点 ,并在经过一系列验证性和补充性试验( 上接第 16 页) ( 7) 可液化场地沉管施工中 ,各孔沉管电流差异排列过程( 即土层的软化和再固结变形 ) .一般说来 ,振沉之所以明显发生在浅部是因为浅表土覆压σ σ 小 ,侧限作用低 ( 3 = k 1 ) 超孔隙水压易于消散 ,而深层土较大的覆压和围压限制了超孔隙水压的释放 , 使土粒难以重新排列 .同
样 , 浅表和深部土的挤密效果的差异 ,其原因也在于此 . ( 4) 施工中 ,为使下部土体能获得更好的抗液化效果 ,适当的延长桩管在可液化土层中的留振时间 , 以使砂基获得较充分的预振效应当时最经济最合理的方法之一 . ( 5) 碎石桩施工一般由路堤两边坡角外侧向路中线处进行 ,尽管先成桩体具排水砂井所有的释放孔压的效用 ,但施工表明后期沉桩难度仍有相当程度的增加 ,局部甚至会引起桩间土体隆起等现象 ,因而施工时采用适当的措施是必要的 , 如延长沉桩间隔时间 ,采用多间隔跳打等 ,为消除因地面隆起而可能导致对临桩的不利影响 , 可在排水碎石垫层施工后进行跑桩处理 ( 此效果已为地基测试证实) . ( 6) 挤密碎石桩用于可液化地基处理 ,施工时常遇到的一个问题是地表振陷后负地形处常有大量的积水 .这些水应及时引排 ,否则会使桩架底土浸湿 , 泡软 ,危及施工安全并极易发生质量事故 . 较大 .据施工资料 ,松散土中沉管电流小值仅为 30 ～40 A ( 个别值更小 ) , 而在穿越硬土层及后期沉桩施工中 ( 路中线部位 ) , 沉管电流达 70 ～ 80 A 以上 ( 有的甚至更大) ,因而 ,实践中不能一味以某一密实电流作为桩体密实的判别标志 .因为对侧限作用很弱的松散土而言 ,为达到某一较大的密实电流 ,将会使桩径增大许多 ( 类似于复打 ) , 就复合地基作用机理而言 ,这样做是没有必要的 . ( 8) 目前挤密碎石桩的设计是以某个要求的密实度 ( 以不液化为标准 ) 去求算置换率然后进行布桩 .它忽略了施工顺序对场地土的动态影响 ,因而 , 挤密碎石桩的优化设计将会起到良好的经济效益和社会效益 . 参考文献 1 钱家欢 ,殷宗泽 ,主编 1 土工原理与计算 ( 第二版) 1 北京 : 中国水利出版
社 ,1996 工程学报 ,2001 ,23 (2) 2 刘松玉 ,等 1 高速公路液化地基处理原则及方法 1 岩土 3 汪双杰 ,殷东风 1 液化土与软土地层特殊地基处治设计 4 于书翰 1 高速公路地基砂土判别和地基液化处理方法 1 方案研究 1 公
路 ,2000 (4) 西安公路交通大学学报 ,2000 (7)。