論道路橋梁結(jié)構(gòu)病害與加固

文/劉 麟 王俊茹

論道路橋梁結(jié)構(gòu)病害與加固

文/劉 麟 王俊茹

混凝土橋梁是我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施中的重要組成部分。但長(zhǎng)期以來(lái),工程界對(duì)混凝土橋梁的病害問(wèn)題未能給予足夠的重視。人們普遍認(rèn)為,廣泛分布于鐵路、公路的大量混凝土橋梁可以長(zhǎng)期服役,無(wú)需維護(hù)。然而隨著使用時(shí)間的推移,尤其是隨著各種重型車輛、工程用重型運(yùn)輸車的不斷出現(xiàn),公路橋梁負(fù)荷日趨加重,加之舊橋部分老化、破損或受原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的限制,不少混凝土橋梁由于耐久性不足最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效,有相當(dāng)數(shù)量的混凝土橋梁損壞嚴(yán)重,或處于超期運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。若不重視橋梁病害的診治,不采取有效的修復(fù)加固措施,任其發(fā)展,必將對(duì)橋梁安全性構(gòu)成威脅。

一、橋梁病害成因

橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，以承受作用于其上的重力和附加力；結(jié)構(gòu)各部必須具有足夠的剛度，以使其在荷載作用下不產(chǎn)生過(guò)大的撓曲和變形；結(jié)構(gòu)各部尺寸必須具有適當(dāng)大小，以使其承受軸向壓力時(shí)的構(gòu)件不發(fā)生屈曲，喪失穩(wěn)定性。同時(shí)結(jié)構(gòu)也要具有較高的耐久性。由于作用荷載的隨機(jī)性、材料強(qiáng)度的離散性、制造與施工質(zhì)量的分散性、計(jì)算假定的近似性，致使在長(zhǎng)期使用過(guò)程中橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生病害，其具體原因如下：

（一）原設(shè)計(jì)荷載偏低，交通發(fā)展后車輛荷載增大，橋梁因承載能力不足而產(chǎn)生病害。

（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在缺陷，如采用橋型結(jié)構(gòu)不當(dāng)、設(shè)計(jì)假定不盡合理。

（三）橋梁施工質(zhì)量差，未按設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)程實(shí)施。

（四）不重視橋梁后期養(yǎng)護(hù)工作，沒(méi)有及時(shí)消除已產(chǎn)生的病害。

（五）洪水等自然災(zāi)害使橋梁產(chǎn)生損壞。

（六）地質(zhì)條件差，如滑坡、軟基等導(dǎo)致橋梁產(chǎn)生病害。

二、公路橋梁存在的常見(jiàn)病害

（一）主拱圈裂縫病害：主拱圈中波縱向裂縫，檢查時(shí)常發(fā)現(xiàn)各孔中波波頂均存在縱向裂縫，肋、波連接處裂縫，各孔拱波與拱肋連接處大部分均發(fā)生裂縫，拱肋裂縫，各孔拱肋均有橫向裂縫，有不少是U形裂縫，這些裂縫多發(fā)生在拱頂前后10m左右范圍內(nèi)，橫系梁裂縫。

（二）鋼筋銹蝕病害：鋼筋發(fā)生銹蝕時(shí)，銹蝕部分的體積可膨脹至原來(lái)體積的10倍以上，從而對(duì)周圍混凝土形成擠壓，造成混凝土開(kāi)裂、剝蝕、使截面有效尺寸減小，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力下降，銹蝕剝蝕，使截面有效尺寸減小，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力下降。銹蝕的直接后果是鋼筋斷面面積減小，對(duì)于以鋼筋作為抗彎能力。鋼筋銹蝕還會(huì)降低混凝土對(duì)鋼筋的握裹力，銹蝕物外流，在結(jié)構(gòu)表面形成銹跡，影響結(jié)構(gòu)美觀。

（三）墩臺(tái)基礎(chǔ)病害：橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)在常年使用過(guò)程中，除了承受上部構(gòu)造荷載外，還將承受土壓力，風(fēng)力，流水壓力，冰壓力和浮力等等各種力的作用。另外，自然界各種因素的影響作用，以及由于過(guò)橋車輛的日益重型化，墩臺(tái)基礎(chǔ)經(jīng)常受到過(guò)重荷載的作用，因此，橋墩臺(tái)將會(huì)出現(xiàn)不同程度的損壞。

（四）主梁裂縫及主梁變形病害：主梁裂縫多發(fā)生在錨跨中部（正彎矩區(qū)）梁的下緣及懸臂梁根部（負(fù)彎矩區(qū)）上緣，后者大都貫穿整個(gè)車行道翼板。此類裂縫顯然是由于大量重車通過(guò)使梁的受拉區(qū)開(kāi)裂，屬正?，F(xiàn)象。但由于負(fù)變矩區(qū)裂縫在上面，雨水易從裂縫滲入梁內(nèi)，引起鋼筋銹蝕及砼強(qiáng)度降低。

三、公路橋梁加固的重要性

（一）在公路橋梁使用期間內(nèi)，任何橋梁都會(huì)成為舊橋。早期修建的橋梁，由于當(dāng)時(shí)人們對(duì)鋪裝功能、病害認(rèn)識(shí)有限，往往存在配筋偏小，鋼筋直徑過(guò)細(xì)，鋪裝與承載構(gòu)件的界面連續(xù)不牢靠等問(wèn)題。由于橋梁是建在大地上的特殊產(chǎn)品，不僅受自然環(huán)境的影響（如大氣腐蝕、溫度、濕度變化等），而且還受到使用環(huán)境的影響，難以避免產(chǎn)生損壞現(xiàn)象。這使橋梁的維修、養(yǎng)護(hù)、加固、改造已成為必然。

（二）從經(jīng)濟(jì)上分析，橋梁加固可以節(jié)省大量投資，收到良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。采用適當(dāng)?shù)募庸碳夹g(shù)和拓寬措施，不僅可以避免因拆除舊橋與重建新橋而增加工程費(fèi)用；而且有的甚至可以在不中斷交通的情況下，對(duì)早期設(shè)計(jì)施工的高速公路的橋梁在長(zhǎng)期大交通量、重荷載的運(yùn)營(yíng)情況下大部分出現(xiàn)了病害的防治；同時(shí)也恢復(fù)和提高了舊橋的承載能力及通行能力，延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，滿足現(xiàn)代化交通運(yùn)輸?shù)男枨蟆?/p>

（三）同時(shí)橋梁的改造和加固，不僅可以提高公路橋梁的通行能力和服務(wù)水平，而且在更大程度上能夠消除交通安全隱患。從發(fā)展中分析，舊的公路橋梁加固有利于促進(jìn)橋梁建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。既滿足現(xiàn)代人的需求以不損害后代人滿足需求的能力，使經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源和環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

四、橋梁加固的一般流程

在橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生病害后，需要采取措施進(jìn)行加固維修或者更換。橋梁加固工程一般應(yīng)遵循以下工作程序：結(jié)構(gòu)可靠性鑒定-加固方案確定-加固設(shè)計(jì)-施工組織設(shè)計(jì)-施工-驗(yàn)收。結(jié)構(gòu)可靠性鑒定，主要是對(duì)病害結(jié)構(gòu)的病情診斷。加固方案好比處方，加固設(shè)計(jì)是現(xiàn)行規(guī)范及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)加固方案的深化過(guò)程。加固施工是對(duì)被加固結(jié)構(gòu)按加固設(shè)計(jì)進(jìn)行加固的施工過(guò)程，對(duì)于大型結(jié)構(gòu)加固，為確保質(zhì)量和安全，施工前應(yīng)編制施工組織設(shè)計(jì)。

五、公路橋梁加固的方法

（一）橋面鋪裝加固法

1、局部修復(fù)鑿補(bǔ)法。將水泥混凝土鋪裝層的表面鑿毛，深度以使骨料露出為準(zhǔn)；用清水沖洗干凈斷面并充分潤(rùn)濕，涂刷上同標(biāo)號(hào)的水泥砂漿（或其他粘結(jié)材料），最后在橋梁承載能力容許范圍內(nèi)，鋪筑一層1～5cm厚的水泥混凝土鋪裝層。

2、重新澆筑混凝土面板。橋面板的破裂和其他損壞特別嚴(yán)重，混凝土質(zhì)量或施工狀況特別不良，且無(wú)適用的修補(bǔ)方法時(shí)，就必須采用重新澆筑新的混凝土橋面板的措施，施工時(shí)，將原有的行車道鋪裝全部拆除，再將行車道表面清掃干凈，必要時(shí)鋪入適量短鋼筋，配置上1～2層鋼筋網(wǎng)，澆筑整體化混凝土。

3、橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法。即在舊有橋面上重新加鋪一層混凝土或鋼筋混凝土補(bǔ)強(qiáng)層，此方法既修補(bǔ)已出現(xiàn)裂縫、剝離等損壞的橋面板，又能加高原有梁板的有效高度，增加梁板的抗彎能力改善鉸結(jié)梁板的荷載橫向分布，從而提高橋梁的承載能力。

4、其他方法。如加鋪一層瀝青混凝土，采用混凝土粘結(jié)劑或環(huán)氧樹(shù)脂材料修補(bǔ)法，鋼纖維混土修補(bǔ)法，聚合物混凝土罩面法等。

（二）加大截面加固法

也稱為外包混凝土加固法，是用增大混凝土結(jié)構(gòu)物的截面面積和配筋進(jìn)行加固的一種方法。

加大截面加固法一般采用兩種方式：一種是加厚橋面板；另一種是加大主梁梁肋的高度和寬度。該法工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)，具有成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，適用于較小跨徑的T梁橋或板橋的加固。采用此法加固后橋梁剛度明顯提高，承載能力也能取得較好的效果。但現(xiàn)場(chǎng)施工的作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，加固后的建筑物凈空有一定減小。

（三）粘貼碳纖維增強(qiáng)塑料加固法

采用專門的樹(shù)脂將碳纖維粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)受拉表面，碳纖維與原結(jié)構(gòu)形成新的受力整體碳纖維與鋼筋共同承受荷載，降低了鋼筋應(yīng)力，從而使結(jié)構(gòu)達(dá)到了加固和補(bǔ)強(qiáng)效果。此法幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重和截面尺寸，不改變凈空高度，施工方便，對(duì)原結(jié)構(gòu)幾乎不會(huì)造成新的損傷，具有良好的耐腐蝕性、耐久性和抗疲勞性能，根據(jù)受力分析可進(jìn)行多層粘貼進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，其方向性也可以靈活掌握。缺點(diǎn)是環(huán)氧樹(shù)脂在溫度高于60℃時(shí)會(huì)呈現(xiàn)軟化現(xiàn)象，而橋梁一般受到陽(yáng)光直射，橋面溫度高于60℃的可能性很大，不利于采用樹(shù)脂膠作粘貼劑。

（四）橋下部結(jié)構(gòu)加固法

橋臺(tái)特別是高度較大的橋臺(tái)，受行車荷載和土壓力作用，常見(jiàn)病害有橋臺(tái)開(kāi)裂、突起，翼墻外崩、開(kāi)裂、錯(cuò)位等。對(duì)于跨徑較小、水流不大的石拱橋，可采用在橋跨內(nèi)加鋼筋混凝土框架進(jìn)行加固。

（五）灌縫膠灌注法

當(dāng)梁體變形及裂縫嚴(yán)重，承載能力下降。當(dāng)梁體存在嚴(yán)重變形和裂縫，應(yīng)加強(qiáng)橋梁觀測(cè)及試驗(yàn)檢測(cè)，分析原因，制定加固處理方對(duì)承載能力剛度不足的梁體，首選用灌縫膠灌注處理裂縫，采用種植或粘貼鋼筋加固法、新澆注混凝土增大梁體截面加固法、粘貼鋼板筋加固法、粘貼碳纖維加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法等方案進(jìn)行進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，提高梁體的抗彎承載力?！?/p>

劉 麟，石家莊市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司

王俊茹，石家莊市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司