國省干線公路混凝土梁橋常見缺陷、病害及主要維修加固方法探討

劉敏

云南省公路工程監(jiān)理咨詢有限公司 云南昆明 650021

改革開放以來，伴隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，國省干線公路交通事業(yè)日新月異。面對經(jīng)濟現(xiàn)代化建設的需要，我國交通運輸任務日益繁重，交通量與日俱增，車速相機提高，車行荷載逐漸增大。

隨著橋梁負荷日益加重，一大批21世紀初期以前修建的混凝土梁橋不能滿足當前交通運輸發(fā)展的需要，橋梁結構出現(xiàn)各種各樣的缺陷、病害，成為當前交通發(fā)展的潛在隱患。

1 橋梁主要技術缺陷

根據(jù)云南省橋梁普查資料和相關研究統(tǒng)計資料，經(jīng)研究分析，我省國省干線公路老舊梁橋存在以下五個方面的技術缺陷：

1.1 設計荷載偏低，承載能力不足

在我省公路事業(yè)發(fā)展過程中，在修建公路橋梁的時候，其設計與當時荷載等級要求不高，行車密度較稀的交通狀況是相適應的。但是隨著交通事業(yè)的發(fā)展，相當一部分老橋面臨荷載等級偏低、承載力不足的狀況，加快了橋梁疲勞、老化進程，病害日益嚴重。表1為我國公路橋梁設計荷載的演變簡表。

表1 公路橋梁設計荷載演變簡表

1.2 橋梁設計得不合理

21世紀初期以前修建的國省干線公路橋梁中，部分橋梁設計存在兩方面問題：結構不合理、設計計算精細化程度偏低。

（1）結構不合理。由于歷史的局限性，橋梁設計理論和結構構造體系不完善，許多橋梁在結構上、材料上的研究還不足，加之設計規(guī)范標準也存在滯后問題，導致部分橋梁結構在成橋后存在這樣那樣的缺陷。

（2）設計計算精細化程度偏低。由于受當時橋梁專業(yè)計算知識掌握水平以及計算機計算能力等因素的限制，導致橋梁結構計算錯誤，或不能真實反映橋梁施工與使用階段的力學行為。

1.3 施工的先天不足

施工問題是引起橋梁缺陷和病害的主要原因之一?；炷亮簶蚪Y構中多數(shù)病害是由于施工質量不良和施工工期引起的。我省國省干線公路老舊橋中導致橋梁產(chǎn)生病害的施工因素主要有：

（1）原材料控制不嚴。在施工中所使用的混凝土、鋼筋、預應力筋等材料質量的不達標，是導致橋梁結構產(chǎn)生缺陷的內(nèi)在因素。

（2）施工精細化程度不高。傳統(tǒng)的的工程管理粗放，施工方案缺乏創(chuàng)新，實用性弱，導致橋梁在施工過程產(chǎn)生缺陷。

（3）施工技術落后.在早期，由于橋梁施工技術水平、施工質量要求不高，造成混凝土結構在施工過程或施工結束后出現(xiàn)混凝土裂縫現(xiàn)象，對橋梁結構的承載能力和耐久性產(chǎn)生不利影響。

1.4 養(yǎng)護維修或加固措施不當

我省國省干線公路中，部分橋梁的技術缺陷是由于后期養(yǎng)護維修或者加固措施不恰當引起的。如橋面維修增加了橋面恒載、加固施加的預應力大小或者位置不恰當引起結構的二次病害、結構體系改變不合理致使結構的關鍵部位應力超限等。

1.5 超負荷使用

國省干線公路使用中，部分橋梁使用荷載大大超出了設計荷載，致使橋梁長期在超負荷下運營，造成很多橋梁病害。

2 混凝土梁橋常見病害

云南省國省干線公路混凝土梁式橋梁中，主要以T梁橋和板橋為主。根據(jù)混凝土橋梁出現(xiàn)病害的部位及形成原因，可將常見病害分為以材料退化引起的功能性損傷和外部結構引起的結構性損傷兩大類。

2.1 結構性損傷病害

混凝土梁橋中結構性損傷病害的表現(xiàn)形式為混凝土開裂，該類裂縫產(chǎn)生的直接原因是結構受力超過結構的承載能力，導致混凝土結構構件出現(xiàn)彎曲、剪切裂縫。

2.2 功能性損傷病害

混凝土梁橋中功能性損傷病害主要是由于結構老化或者施工、維修養(yǎng)護不善等因素造成的，如：混凝土蜂窩、漏筋、孔洞、鋼筋銹蝕等?；炷亮簶蚬δ苄該p傷病害對橋梁承載力影響不大，但嚴重影響橋梁結構的耐久性和安全性。

3 梁橋維修加固方法

3.1 裂縫修補方法

混凝土梁橋中結構存在承載能力不足時，往往在結構表面、內(nèi)部形成裂縫。為了恢復橋梁結構的整體性，保持其強度、剛度和耐久性，應對橋梁裂縫進行修補。常用的裂縫修補分為表面封閉修補法、表面粘貼修補法和壓力灌漿修補法三種。

表面封閉修補常用方法有：填縫法、表面抹灰法、表面噴漿法和鑿槽嵌補法。表面粘貼修補法主要有粘貼鋼板法和粘貼玻璃布法。壓力灌漿法用于裂縫多且深入結構內(nèi)部或結構有空隙的部位。

3.2 混凝土梁橋提載加固方法

混凝土梁橋的提載加固方法很多，但在云南省的國省道干線公路橋梁加固工程中主要有以下五種方法：

（1）增大截面加固方法.增大截面加固方法，是增大混凝土構件截面尺寸，增加受力鋼筋，用以提高構件的強度、剛度、穩(wěn)定性和抗裂性。該種橋梁加固方法廣泛應用于板橋和梁橋加固工程中。

增大截面加固法有以下特點：①主梁受力明確，加固后主梁的承載力、剛度、穩(wěn)定性提高效果明顯；②施工簡便，經(jīng)濟有效；③加大構件截面尺寸，會使橋梁結構恒載增加；④若對梁底增大尺寸，會使橋下凈空減??；⑤存在新舊混凝土結合問題、新增鋼筋與原鋼筋的結合問題以及混凝土澆筑工藝問題。

（2）粘貼鋼板加固法。粘貼鋼板加固方法，是采用環(huán)氧樹脂系列黏結劑，將鋼板直接粘貼在被加固的鋼筋混凝土構件的受拉區(qū)或者受剪薄弱部位，使之與結構物形成整體。通過該種加固方法可以使鋼板與補強構件共同受力，提高結構構件剛度，限制裂縫的發(fā)展，提高結構的承載能力。

粘貼鋼板加固法有以下特點：①不需要破壞被加固的原有結構物；②鋼板所占空間小，加固工程幾乎不增大原有結構物尺寸；③盡管工程質量要求較高，但施工時并不要求高級的專門技術人員操作；④黏結劑的質量和耐久性是影響加固效果的重要因素；⑤加固鋼板容易銹蝕，必須進行嚴格防銹處理。

（3）粘貼碳纖維布（片）加固法。粘貼碳纖維布（片）加固方法，是將抗拉性能很好的碳纖維布粘貼到混凝土梁表面，實現(xiàn)對構件變形的約束，以提高構件的極限強度和承載能力。

粘貼碳纖維布（片）加固法有以下特點：①對原構件受拉鋼筋或腹板配筋不足的梁和板的抗彎、抗剪加固效果明顯；②可用于原構件受拉鋼筋嚴重腐蝕或損壞，承載能力嚴重不足的結構物加固；③碳纖維片不具有鋼筋所擁有的延性，設計、施工時充分考慮其脆性特點。

（4）增加輔助構件加固法。增加輔助構件加固方法，是通過增加橫向聯(lián)系（橫隔梁或橫隔板）或者增加縱向受力構件（主梁）以提高橋梁承載能力。云南省國省干線公路梁橋加固中，當采用增加輔助構件加固法時，主要采用其中的增加橫隔板法。

增加橫隔梁（板）加固法有以下特點：①特別適用于少橫隔板或無橫隔板的梁式橋；②加固后橋梁整體剛度增大，荷載橫向分布性能改善明顯，各梁受力均勻；③可以明顯改善T型梁橋現(xiàn)澆濕接頭的開裂病害。

（5）改變結構體系法。改變結構體系加固方法，是通過改變橋梁結構受力體系以調整結構上內(nèi)力的分布，提高橋梁結構整體承載力的方法。改變結構體系加固方法主要有：簡支轉連續(xù)法和增設支撐結構法。

簡支轉連續(xù)法是將簡支梁端由簡支轉變?yōu)檫B續(xù)，實現(xiàn)結構體系的轉換，減小梁跨中截面的彎矩，起到卸載及提高承載能力的作用。

增設支撐加固法是在梁、板等構件下增設支撐結構，改變梁（板）的支撐狀況，減小梁的跨徑，荷載作用下跨中彎矩和支點剪力減小，從而提高橋梁承載力。常用的增設支撐加固方法有：增設橋墩、增設八字撐和增設框架結構支護。

改變結構體系加固法有以下特點：①須在墩臺地基條件好，承載能力足夠的條件下才便于采用；②采用該加固方法會減小橋下凈空，影響橋梁泄洪能力；③常用于解決臨時通行超重（如大件運輸）車輛的加固措施，重車通過后，可拆除臨時支撐結構。

4 結語

云南省的國省干線公路橋梁維修加固正步入快速發(fā)展期，各種新的加固技術和加固材料逐漸呈現(xiàn)，面對巨大的橋梁基數(shù)和復雜的病害，還有很長的路要走。橋梁加固的方法的具體選擇需要結合橋梁具體狀況，權衡加固要求、施工難度、經(jīng)濟性等多方面因素來綜合決策。