常見的道路橋梁結(jié)構(gòu)病害與加固方案分析

文/江蘇省交通工程集團(tuán)有限公司 徐慶林

本文通過(guò)分析道路橋梁常見的結(jié)構(gòu)病害，總結(jié)出加固道路橋梁的方案，以期對(duì)道路橋梁工程以及城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供借鑒。

常見的結(jié)構(gòu)病害

橋梁建設(shè)必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度保證工程的質(zhì)量，同時(shí)還應(yīng)該具有足夠的抗壓能力來(lái)支撐重量，保證橋梁工程的延展性和穩(wěn)定性。一些常見的道路橋梁病害主要有以下幾類：

主拱圈裂縫病害

主拱圈是極容易產(chǎn)生病害的結(jié)構(gòu)之一。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，很多道路橋梁的主拱圈的波頂在不同程度上產(chǎn)生了裂縫，無(wú)論是拱肋裂縫、U形裂縫，還是縱向裂縫、橫向裂縫，都經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)在橋梁拱頂10m左右的地方。

鋼筋腐蝕生銹

我國(guó)橋梁結(jié)構(gòu)多采用鋼筋混凝土的建筑模式。由于鋼筋本身的特點(diǎn)和時(shí)間的久遠(yuǎn)，鋼筋腐蝕生銹成為橋梁結(jié)構(gòu)的病害之一。隨著鋼筋的腐蝕，腐蝕部分的體積就會(huì)膨脹，進(jìn)而擠壓混凝土，久而久之，混凝土就會(huì)出現(xiàn)裂縫。鋼筋受到腐蝕之后，抗彎能力也會(huì)下降，這兩種因素導(dǎo)致整個(gè)道路橋梁結(jié)構(gòu)的承載力下降。

不均勻的地基沉降

橋梁的地基沉降會(huì)導(dǎo)致整個(gè)大橋的受力不均勻，使橋面產(chǎn)生裂紋，道路橋梁的安全性降低。對(duì)施工周圍的水文、地質(zhì)條件沒有進(jìn)行合理利用，沒有按照行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定進(jìn)行規(guī)范的操作，沒有科學(xué)計(jì)算混合料配比，沒有進(jìn)行嚴(yán)格篩選材料等，都會(huì)導(dǎo)致施工質(zhì)量不過(guò)關(guān)，產(chǎn)生沉降現(xiàn)象。

墩臺(tái)基礎(chǔ)受損

隨著時(shí)間的久遠(yuǎn)和承載力的日益增加，墩臺(tái)基礎(chǔ)會(huì)受到多重承載力的作用，產(chǎn)生損壞。雖然橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)在科技進(jìn)步的推動(dòng)下在不斷進(jìn)步，但是車輛多來(lái)越多，長(zhǎng)期的荷載會(huì)導(dǎo)致橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)出現(xiàn)破損。

主梁裂縫與變形

大量的重型卡車對(duì)橋梁的受拉區(qū)傷害極大，由于負(fù)重太大，極容易開裂。開裂后，遭受雨水的沖刷，雨水沿著裂縫滲透到內(nèi)部，會(huì)使鋼筋腐蝕生銹，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降，產(chǎn)生安全隱患。

路橋鋪裝層裂縫

在施工建設(shè)的過(guò)程中，自然因素產(chǎn)生的溫濕變化導(dǎo)致路橋鋪裝層出現(xiàn)不同程度的裂縫。以我國(guó)北方為例，較大的溫差變化使路面強(qiáng)度受到極大的影響。隨著通行量和通行頻率的增多，路橋會(huì)承受巨大的壓力，久而久之就會(huì)產(chǎn)生裂縫。在施工的過(guò)程中，混合材料的配比不合理、配置時(shí)間和溫度控制不當(dāng)，進(jìn)而使混合材料的強(qiáng)度達(dá)不到路橋建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致道路和橋梁的路面出現(xiàn)裂縫。

橋梁兩端的破損

由于橋梁兩端處于復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境和水文條件中，極容易產(chǎn)生能源的消耗，引起多種化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生局部的腐化。橋梁兩端產(chǎn)生局部腐化會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部受到腐蝕，橋梁的各種性能下降，嚴(yán)重危害橋梁的安全性能。

道路橋梁病害產(chǎn)生的原因

道路橋梁是城市建設(shè)中重要而特殊的一項(xiàng)結(jié)構(gòu)工程，只有具備了足夠的強(qiáng)度才能夠承受橋梁上產(chǎn)生的重力，才不會(huì)因?yàn)槌氐呢?fù)載產(chǎn)生扭曲和變形。因此，道路橋梁需要充足的剛度，較高的強(qiáng)度和較好的耐力，只有三者符合要求，才能保證道路橋梁的安全性。

但是，道路橋梁總會(huì)不可避免地出現(xiàn)多種多樣的病害，這主要是因?yàn)榈缆窐蛄涸诮ㄖ倪^(guò)程中，由于施工前中后出現(xiàn)的不合理操作、違規(guī)施工，或者在使用的過(guò)程中產(chǎn)生多種負(fù)載和高頻率的荷載。道路橋梁的施工質(zhì)量是產(chǎn)生病害的主要原因，后期的荷載也是產(chǎn)生病害的原因之一。

道路橋梁施工前存在設(shè)計(jì)缺陷，施工過(guò)程不規(guī)范，施工后期不注意維護(hù)。

實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)橋梁出現(xiàn)病害主要是因?yàn)樵谑┕で捌诓蛔⒁馐┕がF(xiàn)場(chǎng)的勘察，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)計(jì)出現(xiàn)多種缺陷，如橋梁地形和水文條件與橋型結(jié)構(gòu)不當(dāng)之類的現(xiàn)象。在道路橋梁的具體施工過(guò)程中，相關(guān)施工人員的施工操作并不規(guī)范，更有甚者偷工減料，這給道路橋梁的穩(wěn)定性和安全性都帶來(lái)了極大的危害，很容易引發(fā)道路橋梁病害。橋梁完工后，人們就理所當(dāng)然地認(rèn)為這已經(jīng)大功告成了，而忽視了對(duì)道路橋梁的后期養(yǎng)護(hù)，導(dǎo)致道路橋梁的結(jié)構(gòu)病害。

車流量增加，導(dǎo)致道路橋梁的荷載降低。

私家車的增多給道路交通帶來(lái)了不小的壓力。原來(lái)的道路橋梁設(shè)計(jì)和施工并不能適應(yīng)當(dāng)前道路交通的發(fā)展，偏低的荷載能力承受不了越來(lái)越大的車流量。道路橋梁無(wú)法荷載日益增加的車流量，進(jìn)而產(chǎn)生多種結(jié)構(gòu)病害。

地質(zhì)條件和水文條件的影響較大，承受自然災(zāi)害較多。

如果施工人員在施工之前不注意勘察施工環(huán)境，道路橋梁位于地質(zhì)環(huán)境比較差的地理位置中，就很容易產(chǎn)生軟基、滑坡等多種危險(xiǎn)的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致道路橋梁病害的產(chǎn)生。道路橋梁在大自然的環(huán)境中，遭受的自然災(zāi)害更是數(shù)不勝數(shù)。在洪水和冰雪的等自然災(zāi)害的洗禮中，道路橋梁會(huì)產(chǎn)生巨大的破損。自然災(zāi)害對(duì)道路橋梁的傷害極大，會(huì)加劇道路橋梁結(jié)構(gòu)病害的出現(xiàn)頻率。

早期的道路橋梁建設(shè)在設(shè)計(jì)施工理念以及具體施工過(guò)程中都具有一定的局限性，其鋼筋直徑偏小、配筋較小等問(wèn)題，都導(dǎo)致在當(dāng)前使用的過(guò)程中極容易遭受大氣腐蝕、氣溫變化和交通壓力等因素的影響。這些因素會(huì)導(dǎo)致橋梁的使用壽命、安全質(zhì)量嚴(yán)重降低，進(jìn)而產(chǎn)生多種安全隱患和結(jié)構(gòu)病害。通過(guò)對(duì)道路橋梁病害進(jìn)行改造和加固，可以不同程度地消除橋梁的病害，進(jìn)而取消其存在的安全隱患，不斷提高橋梁自身的通過(guò)能力、延長(zhǎng)道路橋梁的使用壽命。對(duì)道路橋梁采用加固技術(shù)，可以滿足不斷擴(kuò)大的道路交通需求，節(jié)省重建橋梁的巨額費(fèi)用，同時(shí)促進(jìn)了道路橋梁建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。

道路橋梁加固的原則以及方案設(shè)計(jì)

由于道路橋梁是一個(gè)十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，道路橋梁加固只是針對(duì)一部分進(jìn)行施工操作，進(jìn)而影響整個(gè)結(jié)構(gòu)之間的相互作用。為了能夠減輕單一組件影響其他結(jié)構(gòu)性能的作用，對(duì)道路橋梁進(jìn)行加固的時(shí)候，應(yīng)該重視整個(gè)橋梁的協(xié)調(diào)性。

在加固的過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)橋梁的總體進(jìn)行綜合分析，以總體效應(yīng)的原則保證道路橋梁的整體性。在進(jìn)行道路橋梁加固之前，應(yīng)該對(duì)已有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的檢查和分析，在掌握已有結(jié)構(gòu)性能、病害的基礎(chǔ)之上對(duì)其進(jìn)行加固方案的確定。以謀定后動(dòng)的原則確定加固方案，保證設(shè)計(jì)方案的最優(yōu)化。橋梁加固的過(guò)程中，應(yīng)該考慮整個(gè)工程的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，按照其周圍環(huán)境的特點(diǎn)以及橋型結(jié)構(gòu)，選擇加固方案。在道路橋梁加固的時(shí)候，通常采用直接加固、間接加固和輔助結(jié)構(gòu)件加固法對(duì)道路橋梁進(jìn)行加固。

直接加固法

利用增加截面加固法可以增加承壓區(qū)域的截面積和高度、整座橋梁的剛度和抗壓能力、抗剪能力。用混凝土進(jìn)行承壓區(qū)域的澆筑加固，操作步驟十分簡(jiǎn)單、施工技術(shù)已經(jīng)成熟、適應(yīng)性比較強(qiáng)，因此在道路橋梁加固中多采用這種方法。

利用混凝土置換加固能夠?qū)蛄旱某袎簠^(qū)域，尤其是質(zhì)量上存在缺陷、強(qiáng)度比較低的承重構(gòu)件進(jìn)行加固，能夠保證對(duì)建筑物的其他區(qū)域不構(gòu)成影響。但是，使用此法施工作業(yè)需較長(zhǎng)的工時(shí)。

間接加固法

利用預(yù)應(yīng)力水平拉桿加固法是對(duì)混凝土的受彎構(gòu)件進(jìn)行加固，在多種荷載力的作用下，構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生偏心壓力。通過(guò)這一方法進(jìn)行加固，能夠增強(qiáng)構(gòu)件的整體性能，控制并且緩解混凝土的裂縫發(fā)育。加固鋼筋混凝土后，能夠抵消部分載荷的作用，不斷提高被加固構(gòu)件的整體承載性能。

利用增加支撐點(diǎn)加固法，可以減小構(gòu)件的跨度，降低被加固構(gòu)件中的載荷作用，進(jìn)而提升道路橋梁的整體承載性能。此加固方法施工簡(jiǎn)單，但卻對(duì)道路橋梁原有的結(jié)構(gòu)造成一定的破壞。

輔助結(jié)構(gòu)件加固法

利用輔助構(gòu)件可以承載部分的加固結(jié)構(gòu)所承受的作用力。采用這種方式加固道路橋梁之后，加固附近的截面積會(huì)不斷增加，整體承載性能也會(huì)得到改善。