公路橋梁結(jié)構(gòu)病害與加固

孫永軍

摘要： 經(jīng)濟的發(fā)展和科技水平的提高，使我國的橋梁建設(shè)得到飛速發(fā)展，我國的建橋水平也已躍身世界先進行列。然而，橋梁結(jié)構(gòu)性病害卻一直困擾著廣大橋梁建設(shè)者。目前，已有不少橋梁暴露出缺陷，更有一些在遠沒有達到設(shè)計壽命時出現(xiàn)耐久性能嚴重退化的現(xiàn)象，影響其承載能力和使用壽命。因此，采用適當?shù)募庸毯透脑旒夹g(shù)措施，恢復(fù)和提高橋梁的承載能力及通行能力，延長橋梁的使用壽命，以適應(yīng)現(xiàn)代化交通運輸?shù)男枰兊檬制惹小?/p>

Abstract： The development of economy and the improvement of science and technology have made the construction of bridge in China develop at a rapid pace. The level of bridge construction in China has also leapt to the world advanced ranks. However， the bridge structural disease has been plagued by the majority of bridge builders. At present， there are many bridges exposed defects， and some have not far reached the design life of the phenomenon of severe degradation of the durability of the phenomenon， affecting its carrying capacity and service life. Therefore， the use of appropriate reinforcement and transformation of technical measures to restore and improve the carrying capacity of the bridge and the ability to extend the service life of the bridge to meet the needs of modern transport has become very urgent.

關(guān)鍵詞： 公路橋梁；結(jié)構(gòu)病害；耐久性；加固

Key words： highway bridge；structural disease；durability；reinforcement

中圖分類號：U445.7+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）19-0110-02

0 引言

近年來，隨著經(jīng)濟發(fā)展和廣大橋梁建設(shè)者的精心設(shè)計和施工，我國交通基礎(chǔ)建設(shè)得到迅猛發(fā)展，各地興建了大量的公路橋梁，我國的建橋水平也已躍身于世界先進行列。然而，在橋梁建造和使用過程中，因結(jié)構(gòu)病害而影響工程質(zhì)量甚至導(dǎo)橋梁垮塌的報道屢見不鮮，要解決這一問題，需要橋梁建設(shè)者對橋梁結(jié)構(gòu)病害的成因及橋梁加固的方法進行研究與探討。

1 橋梁病害成因

橋梁作為重要的交通設(shè)施，其結(jié)構(gòu)只有具備足夠的剛度和強度，才能承受作用于其上的附加力和重力，否則若結(jié)構(gòu)無法滿足要求，那么一旦其承受荷載作用過大，就會出現(xiàn)撓曲和變形問題，影響交通。因此，必須采取有效措施確保結(jié)構(gòu)不發(fā)生撓曲和變形，保證其穩(wěn)定性，同時還要使橋梁結(jié)構(gòu)的各部尺寸必須具有適當大小，使其具備較高耐久性。然而在橋梁結(jié)構(gòu)實際的長時間使用過程中很多因素都會導(dǎo)致其產(chǎn)生病害，包括計算假定的近似性、制造與施工質(zhì)量的分散性、材料強度的離散性、作用荷載的隨機性等。究其原因如下：

①實際承載作用較大，而設(shè)計荷載較低，使得橋梁承受著過大的荷載作用，進而引發(fā)病害。

②橋梁施工質(zhì)量差，未按設(shè)計要求和施工規(guī)程實施。

③橋梁受到自然災(zāi)害的影響，比如洪水等。

④對于已露出苗頭的安全隱患，未及時采取應(yīng)對措施，忽視了橋梁后期養(yǎng)護工作的重要性，造成嚴重橋梁病害。

⑤結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在諸如設(shè)計假定不盡合理、橋型結(jié)構(gòu)不當?shù)热毕荨?/p>

⑥地質(zhì)條件差，如滑坡、軟基等導(dǎo)致橋梁產(chǎn)生病害。如藏東南地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害活動十分強烈，且規(guī)模大，破壞力極強，以泥石流、滑坡和崩塌為主，還有少量的潰決、雪崩。這些都是對橋梁安全的威脅。

2 公路橋梁的主要病害

2.1 道路橋梁的鋼筋發(fā)生腐蝕

若包裹鋼筋的混泥土出現(xiàn)裂縫，或者發(fā)生碳化和剝落等問題，那么包裹鋼筋的混泥土層就會變薄，導(dǎo)致一部分鋼筋暴露在外，經(jīng)過空氣、雨水等長時間的作用，鋼筋出現(xiàn)腐蝕、銹蝕，這無疑縮短了橋梁的使用年限。并且一旦鋼筋被銹蝕后，其體積就會大幅度膨脹，導(dǎo)致更多的包裹鋼筋的混泥土脫落，如此循環(huán)往復(fù)，越來越多的鋼筋被銹蝕。在這種情況下，公路橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力必然受到影響，不僅無益于車輛通行，更可能會危及行人的生命安全。

2.2 道路橋梁產(chǎn)生裂縫

公路橋梁病害中最常見的是裂縫。常見的裂縫主要有主梁裂縫、橋面鋪裝開裂、墩臺身裂縫等。

①主梁裂縫主要是由于當前的車輛載重越來越大，車流量日益增加，道路橋梁長期處于重載下服役，主梁承受的壓力比較大，主梁的受拉區(qū)長期處于拉緊狀態(tài)，一旦拉力大于主梁的強度，就會出現(xiàn)裂縫。

②橋面鋪裝開裂主要是由于橋面伸縮縫與它周圍的混泥土面不在一個水平面上，存在高低差異，在長期高頻、重載載荷的作用下，錨固混泥土發(fā)生啃邊破損，導(dǎo)致主梁的受力鋼筋發(fā)生不同程度的腐蝕，各梁板受力不均，變形較大，致使橋面鋪裝開裂。

③墩臺身裂縫主要出現(xiàn)在道路橋梁服役的前期，多為存在于橋墩上的豎向裂縫。墩臺身裂縫主要是由于水泥、骨料存在質(zhì)量問題或混泥土澆筑不達標引起的。

2.3 混凝土氣泡和孔隙

若在施工階段操作不當，那么在建設(shè)橋梁過程中很可能會留下安全隱患，比如混凝土內(nèi)部出現(xiàn)孔隙和裂縫等，因為空氣中的二氧化碳、水以及氧氣會通過這些孔隙和裂縫進入到混凝土內(nèi)部，并且不斷擴散，導(dǎo)致混凝土的性能下降，進而影響到橋梁的耐久性。

2.4 支座破壞

很多原因都可能會導(dǎo)致支座破壞，比如設(shè)計選型不合理、支座本身質(zhì)量較差、支座安裝的不平整、施工階段操作不當?shù)取Ｔ谡粯蛄褐?，由于支座受力較為明確簡單，因此對支座的要求較低，但對于斜彎橋梁來說，由于組合坡、超高等因素的影響，支座的作用至關(guān)重要，若支座受到破壞，或者支座無法滿足橋梁需求，那么后果將不堪設(shè)想，因此，在實際設(shè)計過程中應(yīng)結(jié)合本區(qū)域?qū)嶋H情況，科學選擇最佳支座，確保其能夠滿足橋梁結(jié)構(gòu)要求。

3 橋梁加固的重要性及原則

3.1 橋梁加固的重要性

橋梁是一種重要的交通運輸載體，但在長時間的使用過程中難免會造成破損。早期的公路橋梁由于技術(shù)和材料的欠缺，再加上不注重對其進行維護，經(jīng)過一段時間后，經(jīng)過各種自然因素的侵蝕，橋梁會出現(xiàn)不同程度的破損，嚴重的甚至會影響到行人的安危，基于這種形勢，必須采取有效措施加固橋梁結(jié)構(gòu)。

通過加固橋梁，一方面能夠取得良好的經(jīng)濟效益，因為若不在橋梁破損早期就及時采取修正措施，任由橋梁被破壞，那么后期將付出更多的代價才能將橋梁修好，甚至重新修建橋梁，得不償失；另一方面與重建相比，加固橋梁還大大節(jié)約了時間，對交通運輸?shù)挠绊戄^小，因此，橋梁加固至關(guān)重要，它能夠有效延長橋梁的時間壽命。

3.2 橋梁加固的原則

橋梁加固至關(guān)重要，它能夠有效保證橋體結(jié)構(gòu)安全，在具體的實施過程中應(yīng)堅持以下原則：①橋梁的底部需要有足夠的承載力。②在橋梁加固之后還要考慮加固后的橋梁能不能通過重型的車輛。③不同橋梁所處的位置是不同的，因此在橋梁加固的過程中要考慮到其下部空間的使用性能，不能因加固而對原來的下部空間的使用性能產(chǎn)生影響。④在裂縫處進行修補時，裂縫的接口處要平整延展。⑤加固物本身的重量不應(yīng)影響到橋身的承重能力。⑥加固后盡量保持原橋的整體性、協(xié)調(diào)性。

4 公路橋梁加固措施

4.1 橋面的修復(fù)加固

由于原橋梁的設(shè)計不周、施工質(zhì)量不達標、施工材料不合格和保養(yǎng)維護不到位等原因，導(dǎo)致橋面的整體性差和橋面板碎裂，橋面裂縫逐漸增多，橋面鋼筋外露被腐蝕。這時，可以采用重新澆筑新的混泥土橋面板來對橋面進行修復(fù)加固。重新澆筑新的混泥土橋面板就是在破除原有橋面上，重新澆筑鋼筋混凝土橋面，具體的施工方法是：先鑿除舊橋面，使其與原有主梁形成整體，再配置一定層數(shù)的鋼筋網(wǎng)，并澆筑混凝土橋面板，從而有效增加主梁的高度，提高橋梁的承載能力。

利用重新澆筑新的混泥土橋面板法不僅可以修復(fù)原有橋面產(chǎn)生的裂縫和剝離層，還能增加原有梁板的有效高度改善梁板的載荷承受能力與抗彎能力，從而提高道路橋梁的強度、剛度和承載能力。

4.2 主梁的修復(fù)加固

在充分分析道路橋梁受載情況的基礎(chǔ)上，在原有鋪裝層范圍內(nèi)增加縱向受拉鋼筋，提高主梁的縱向受拉能力。另外，利用澆筑鋼纖維砼的方法對負彎矩區(qū)橋面鋪裝層進行修復(fù)，使其與梁頂翼緣板牢牢相連，并形成一個整體。由于載荷負彎矩的作用，面砼的拉應(yīng)力趨于最大，通過在原有鋪裝層范圍內(nèi)增加縱向受拉鋼筋和澆筑鋼纖維砼的方法，可以有效提高主梁的抗拉強度，如果主梁的抗拉強度大于主梁受到的拉應(yīng)力，主梁上將不會出現(xiàn)裂縫。

4.3 增大截面和配筋加固

當梁的強度、剛度、穩(wěn)定性和抗裂性能不足時，通常采用增大構(gòu)件截面，增大配筋、提高配筋率的加固方法，這種方法是在粱底面或側(cè)面加大尺寸、增配主筋、提高梁的有效高度和抗彎強度，從而提高橋梁的承載力。該法廣泛應(yīng)用于橋梁及拱橋和拱橋拱肋的加固。

4.4 粘貼鋼板加固法

當交通量增加，主梁出現(xiàn)承載力不足或出現(xiàn)嚴重腐蝕的情況時，梁板橋的主梁會出現(xiàn)嚴重的橫向裂縫。采用粘結(jié)劑及錨栓，將鋼板粘貼錨固在混凝土結(jié)構(gòu)的受拉邊緣或薄弱部位，使其與結(jié)構(gòu)形成整體，以鋼板代替增設(shè)的補強鋼筋，達到提高橋梁承載力的目的。

4.5 其他

其他方法還有拓寬加固，改變結(jié)構(gòu)受力體系加固，橋臺新建輔助擋土墻加固，墩臺基礎(chǔ)的加固，主拱圈加固，懸壁孔主梁及掛粱牛腿的加固，主梁負彎矩的加固，主梁及掛梁正彎矩區(qū)加固，增設(shè)縱梁加固，拱圈增設(shè)套拱加固，增補樁基加固，塞縫灌漿，上部結(jié)構(gòu)加固改建法等。

5 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，公路交通橋梁建設(shè)發(fā)展突飛猛進，對于發(fā)展國民經(jīng)濟起著重要作用。因此，提高公路橋梁承載能力，保證公路橋梁的施工質(zhì)量是一件至關(guān)重要的事情。在現(xiàn)代交通的壓力下，公路橋梁常會出現(xiàn)各種病害，要加強對常見病害原因分析，運用現(xiàn)代化加固技術(shù)維護公路橋梁，保證其發(fā)揮應(yīng)有的交通作用。

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