公路橋梁病害分析及加固措施

杜 菊 平

(山西順達(dá)高速公路技術(shù)咨詢(xún)有限公司，山西 太原 030012)

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公路橋梁病害分析及加固措施

杜 菊 平

(山西順達(dá)高速公路技術(shù)咨詢(xún)有限公司，山西 太原 030012)

從自然環(huán)境、路面裂縫、地基不均勻沉降等方面，分析了公路橋梁產(chǎn)生病害的原因，并提出了公路橋梁超載、碳纖維加固、錨噴處理等一系列橋梁加固措施，有利于延長(zhǎng)公路橋梁的使用年限。

公路橋梁，路面裂縫，加固措施

1 公路橋梁的主要病害原因分析

針對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)來(lái)講，一般常見(jiàn)病害影響包括自然環(huán)境因素和非自然環(huán)境因素。其中環(huán)境因素的影響包括橋梁路面裂縫、地基不穩(wěn)沉陷、橋梁頂端破壞等。那么以下就這些影響因素針對(duì)分析。

1.1 自然環(huán)境的影響因素分析

一般自然環(huán)境因素對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響就是路面刻蝕、混凝土被碳化。一般情況下，橋梁上面都會(huì)出現(xiàn)好多的刻蝕。這些刻蝕不僅影響到橋梁的路面外觀，而且還會(huì)因?yàn)榭涛g將鋼筋暴露出來(lái)，風(fēng)雨洗禮后容易生銹，造成結(jié)構(gòu)破壞，大大縮短了橋梁的使用壽命。其次，橋梁路面的混凝土的成分大多含有Ca(OH)2，然而空氣中含有大量的CO2成分，那么空氣中的CO2成分就會(huì)和混凝土中的Ca(OH)2產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成CaCO3，這就直接影響到了鋼筋混凝土的pH值，造成pH值下降，從而降低橋梁的穩(wěn)定性。其次，在很多橋梁結(jié)構(gòu)施工時(shí)，用的鋼筋都沒(méi)有采用防腐處理，那么當(dāng)混凝土受到自然條件的侵蝕后，pH值下降后就會(huì)直接加快鋼筋的腐蝕速度，大大縮短橋梁的使用壽命(見(jiàn)圖1，圖2)，從而造成工程人力、物力的浪費(fèi)，并耽誤交通的順利通行。

1.2 橋梁的路面裂縫的影響因素分析

在很多時(shí)候，橋梁路面在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)好多的裂縫，而且裂縫一直是影響橋梁穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的主要危害。一般造成橋梁路面出現(xiàn)裂隙的原因有：

1)在橋梁路面通過(guò)的車(chē)輛造成的摩擦和承受的壓力以及在行車(chē)過(guò)程中急剎車(chē)摩擦都是造成裂隙出現(xiàn)的原因，而且在公路運(yùn)輸過(guò)程中，很多車(chē)輛都是超載或者超速行駛，這就造成路面受壓嚴(yán)重，長(zhǎng)期以往就會(huì)加快橋面出現(xiàn)裂縫的速度。

2)由于我國(guó)的橋梁結(jié)構(gòu)是用一些較大壓實(shí)度和密度強(qiáng)度都很大的半剛性結(jié)構(gòu)，那么如果溫差較大就會(huì)使橋面的鋪裝結(jié)構(gòu)因?yàn)闊崦浝淇s出現(xiàn)以及承重壓力變化大出現(xiàn)大量的裂縫。

3)在施工中，由于很多混凝土的配比不合理，那么就造成了在鋪設(shè)混凝土后出現(xiàn)初步板結(jié)，然后車(chē)輛在通過(guò)后就會(huì)對(duì)路面造成擠壓，從而出現(xiàn)大裂縫。并且隨著時(shí)間的變長(zhǎng)裂縫會(huì)越來(lái)越大，甚至出現(xiàn)路面坑洼。

1.3 橋梁頂端損壞的病害因素分析

對(duì)整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)施工中，橋梁頂端的伸縮裂隙是最容易出現(xiàn)變形，進(jìn)而損壞，而且修起來(lái)也很困難。那么造成橋梁頂端出現(xiàn)損壞變形的主要原因是：在橋梁頂端的施工設(shè)計(jì)中出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致計(jì)算數(shù)據(jù)有誤。而且橋梁兩端頭是車(chē)輛通過(guò)最容易破損的伸縮裝置的部分。有時(shí)候在橋梁施工時(shí)，由于施工操作不當(dāng)就會(huì)造成橋梁頂端沒(méi)有合理的安裝防護(hù)措施，那么在路面受到較大的沖擊力時(shí)就會(huì)加快伸縮裝置的損壞，從而加快縮短橋梁的使用壽命。

1.4 橋梁的地基不均勻病害因素分析

一般造成橋梁損害非自然因素中地基不均勻，造成沉降是最主要的因素。一般情況下，由于地基的地質(zhì)條件不同，那么它們對(duì)地面施加的力的承受能力不一樣，造成地基不同程度的沉降，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫，甚至出現(xiàn)橋梁坍塌的現(xiàn)象。那么造成地基不均勻的原因有：在施工中沒(méi)有提前對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行精確的勘測(cè)分析，造成方案設(shè)計(jì)有誤。其次，在施工中，很多操作不合理，造成施工不合理。最后，地基不均勻有時(shí)也受自然地理因素的影響。例如，某工程為一大橋危橋維修項(xiàng)目(K16+685.00)，該橋位于某省道某境內(nèi)。全橋長(zhǎng)396.08 m，本橋原設(shè)計(jì)全寬12.5 m，凈寬9 m，兩側(cè)各1.75 m人行道護(hù)欄。由于該橋坐落于軟土地基上，橋兩端填土高度高，橋自身坡度又較大，所以在拆除前在橋兩端的橋臺(tái)上、第二跨、第十七跨設(shè)置觀察點(diǎn)，隨時(shí)觀察在拆除過(guò)程中橋臺(tái)、第二跨、第十七跨觀察點(diǎn)數(shù)據(jù)的變化(高程和位移)，如數(shù)據(jù)變化異常，必須立即停止施工，報(bào)業(yè)主、監(jiān)理及設(shè)計(jì)單位，重新研究確定方案后，再予以實(shí)施。

地基不均勻?qū)е聵蛎孀冃我?jiàn)圖3。

2 公路橋梁加固措施

2.1 公路橋梁超載加固措施

為了能夠從根本上解決問(wèn)題，就需要提高公路橋梁的承載能力，對(duì)于橋梁的橋面鋪裝以及橋梁鉸縫的破壞，在維修中，梁與梁之間利用縱向、橫向聯(lián)結(jié)，形成連續(xù)性梁橋以此來(lái)提高橋梁的整體承載力，主要做法如下：

對(duì)橋面鋪裝進(jìn)行銑刨，對(duì)于橋梁的混凝土殘?jiān)M(jìn)行人工鑿除，同時(shí)在主梁頂面鉆孔處理，采用環(huán)氧砂漿或者其他的粘合劑進(jìn)行豎向短鋼筋植入，短鋼筋可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定鋼筋長(zhǎng)度，鋼筋長(zhǎng)度應(yīng)考慮鋼筋伸入到鋪裝層當(dāng)中部分，使其和橋面的鋪裝鋼筋網(wǎng)進(jìn)行有效連接，能夠和主梁融為一體。沿著鉸縫的邊沿植入短鋼筋，并且互相進(jìn)行搭接，將鉸縫的橫向傳力有效加強(qiáng)。

設(shè)置瀝青鋪裝，應(yīng)確保瀝青混凝土厚度，太薄的瀝青層在車(chē)輛的碾壓下容易遭到破壞。水泥混凝土鋪裝適當(dāng)加厚，不僅能夠?qū)⒅髁旱某休d能力提高，還可以對(duì)橋梁的橫向剛度提高，提高橋梁的橫向荷載，使得將重車(chē)道的荷載有效分配到主梁。所以，還需要將橋面的橫向步筋加強(qiáng)，加密、加粗，橋面鋪裝鋼筋網(wǎng)中橫向的鋼筋，以實(shí)現(xiàn)有效的橫向傳力，配筋設(shè)計(jì)應(yīng)通過(guò)計(jì)算確定，要把實(shí)際調(diào)查的荷載用作驗(yàn)算荷載，對(duì)結(jié)構(gòu)配筋等進(jìn)行修正，計(jì)算中內(nèi)力組合等各種系數(shù)可參照掛車(chē)驗(yàn)算荷載的取值選定，以保證橋梁的使用安全。

2.2 裂縫的處理措施

裂縫的處理主要就是需要對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，將混凝土結(jié)構(gòu)的防水性、耐久性有效恢復(fù)，對(duì)于比較小的裂縫，可對(duì)裂縫進(jìn)行填充和涂抹防水材料。對(duì)于寬度及深度較大的裂縫，需在裂縫中利用水泥混凝土進(jìn)行填補(bǔ)或者利用樹(shù)脂等高性能防水材料填補(bǔ)。防水材料的主要成分為環(huán)氧樹(shù)脂，因此利用低速低壓注入法注入。干縮裂縫主要在混凝土施工完成之后出現(xiàn)，這是因?yàn)槭┕す芾聿坏轿?，后期養(yǎng)護(hù)時(shí)間短，在混凝土完成之后還需要做好相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)工作。

裂縫的修復(fù)案例分析：某線(xiàn)某段9號(hào)橋梁為某線(xiàn)段的第9座橋梁?，F(xiàn)改造施工里程為K10+160。橋梁結(jié)構(gòu)形式為2-16 m的鋼筋混凝土空心板簡(jiǎn)支橋梁，橋臺(tái)為重力式U形橋臺(tái)。橋面寬度為26.084 m。橋面與線(xiàn)路斜交，交角為30°，線(xiàn)路為雙向四車(chē)道，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽—20，掛—100級(jí)。

裂縫治理工序：首先，需要將裂縫標(biāo)識(shí)出來(lái)，利用角磨機(jī)將裂縫周邊的雜物打磨干凈，同時(shí)利用丙嗣(如有油澤等)將裂縫兩側(cè)20 cm～30 cm邊緣處擦洗干凈，再利用背負(fù)式吹風(fēng)機(jī)或類(lèi)似設(shè)備吹干凈松散雜物。同時(shí)，為了能夠?qū)⒒炷亮芽p中充滿(mǎn)膠液，同時(shí)還要確保壓力，并且確保漿液不產(chǎn)生外滲，就需要利用化學(xué)膠液摻入滑石粉拌和成的膠泥將灌漿嘴間隔30 cm～50 cm粘貼在縱向裂縫處，并且使用這種膠液對(duì)灌漿嘴和裂縫表面進(jìn)行封閉，在6 h后進(jìn)行封口膠固化。其次，進(jìn)行壓氣試驗(yàn)，在化學(xué)膠液封閉帶硬化后進(jìn)行氣壓試驗(yàn)，氣壓控制在200 kPa～400 kPa，對(duì)漏氣部位再次進(jìn)行封閉，待完成后采用超聲波或鉆孔取樣檢查裂縫飽滿(mǎn)情況。

2.3 碳纖維加固技術(shù)

1)加固過(guò)程中，基層的處理非常重要。基層的處理結(jié)果會(huì)直接影響碳纖維的粘結(jié)質(zhì)量，基層處理要求為清潔、無(wú)浮渣、平整。在使用碳纖維加固結(jié)構(gòu)前，必須要先打磨構(gòu)件的表面，將表面剝蝕、酥軟的混凝土打磨脫落，在露出新的完整的結(jié)構(gòu)層后，用碳纖維材料將表面修整平整。

2)粘貼碳纖維材料時(shí)，需要注意粘結(jié)的性能，這與滾壓材料密實(shí)度有關(guān)。在粘貼過(guò)程中，必須進(jìn)行多次反復(fù)滾壓，盡可能的排除材料間的氣泡，防止氣泡影響粘結(jié)的性能。

3)粘結(jié)的質(zhì)量和環(huán)境相關(guān)，環(huán)境因素主要包括溫度和濕度。溫度過(guò)低或過(guò)高，濕度過(guò)大都是會(huì)減弱材料的粘結(jié)質(zhì)量。規(guī)范規(guī)定，當(dāng)氣溫連續(xù)5 d平均氣溫低于5 ℃時(shí)屬冬季施工，所以在施工中要采取措施，低于5 ℃浸漬樹(shù)脂固化和強(qiáng)度會(huì)受到影響，因此必須立即停止施工；而當(dāng)溫度大于60 ℃時(shí)，必須采取隔熱防護(hù)措施，才能進(jìn)行施工處理工作。

2.4 錨噴處理技術(shù)

錨噴處理主要就是利用噴錨設(shè)備以及速凝劑進(jìn)行施工的一種橋梁加固技術(shù)，這種技術(shù)加固在橋梁的上部結(jié)構(gòu)的加固處理中效果較好。錨噴在運(yùn)輸和澆筑以及搗固中將其工序合并，這種設(shè)備比較簡(jiǎn)單以及機(jī)械化程度很高，這樣在施工當(dāng)中就能夠提高成本以及提高施工效率。同時(shí)在施工中加入一定的速凝劑，其加固具有凝結(jié)快、強(qiáng)度高的特點(diǎn)。速凝劑質(zhì)量要求，檢驗(yàn)必須滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)、行標(biāo)、規(guī)范及施工技術(shù)的要求，技術(shù)指標(biāo)需經(jīng)過(guò)相應(yīng)的等級(jí)試驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)予以確定。

2.5 橋梁加固增強(qiáng)方法

梁式橋上部結(jié)構(gòu)加固的主要方式有改變結(jié)構(gòu)體系、加大截面積和體外預(yù)應(yīng)力加固法等。

1)改變結(jié)構(gòu)體系加固主要是增加橋墩、增設(shè)鋼架疊合梁等，以提高承載能力；2)加大截面法主要是適用于原上部結(jié)構(gòu)截面面積偏小，下緣拉應(yīng)力不足超出允許值導(dǎo)致承載能力不足且橋下凈空允許時(shí)的橋梁上部結(jié)構(gòu)加固方法；3)體外預(yù)應(yīng)力運(yùn)用比較靈活使用廣泛，適用于多種橋梁上部加固，主要是用高強(qiáng)鋼筋或鋼絞線(xiàn)作為施力工具在橋梁上部機(jī)構(gòu)體外施加預(yù)應(yīng)力，從而提高舊橋的承載能力。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，交通運(yùn)輸業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著重要的作用，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分。道路橋梁所產(chǎn)生的安全隱患問(wèn)題非常的明顯，對(duì)于橋梁進(jìn)行加固是具有非常高的經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)效益，所以，加強(qiáng)對(duì)道路橋梁的加固維護(hù)以及相應(yīng)的技術(shù)改造工作是有必要的也是非常重要的工作。

[1] 劉 堯.公路橋梁在大件運(yùn)輸中的若干問(wèn)題研究[D].杭州：浙江大學(xué),2006.

[2] 關(guān)建昌.公路橋梁加固的實(shí)用技術(shù)探討[J].科技風(fēng),2014(15):158.

[3] 王天罡.關(guān)于公路橋梁加固的相關(guān)探討[J].科技致富向?qū)?2012(17):309.

Highway bridge diseases analysis and reinforcement measures

Du Juping

(ShanxiShundaHighwayTechnologyConsultingCo.,Ltd,Taiyuan030012,China)

Starting from aspects of natural environment, pavement cracks and uneven foundation subsidence, the article analyzes highway bridge diseases causes, and puts forward a series of bridge reinforcement measures including highway bridge overload, carbon-fiber reinforcement, anchor spraying treatment and so on, which will be good for prolong the highway bridge service cycle.

highway bridge, pavement cracks, reinforcement measures

1009-6825(2016)05-0190-02

2015-12-02

杜菊平(1980- )，男，工程師

U445.72

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