淺談橋梁結構常見病害及加固方法

張 琳

(西南交通大學，四川成都610031)

一座大橋的建設無論是對其周邊環(huán)境還是其周邊經(jīng)濟的影響都是非常大的。近年來，中國經(jīng)濟飛速發(fā)展提高了人們對交通的需求，無論是從車輛數(shù)量還是從車輛載重量來說都發(fā)生了顯著變化。另一方面，因為橋梁壽命周期一般較長，大多數(shù)使用中的橋仍是用以前的舊規(guī)范根據(jù)當時的社會經(jīng)濟建立的，即使有余裕也不會很多。故而在這些橋梁都是處于長時間的超負荷工作狀態(tài)，或是帶病工作。這無論是對于橋梁本身還是公眾安全來說都極為不利。因此，對老舊橋梁進行科學的檢測以及評估，并對橋梁在使用過程當中的情況進行詳細的了解與研究是極為必要的。出于經(jīng)濟上的考量，通常是采用加固措施來恢復甚至提高現(xiàn)有橋梁的承載能力，以延長其使用壽命，滿足交通運輸?shù)男枰?/p>

1 橋梁的常見病害及其成因分析

1.1 基礎病害

橋梁基礎在使用過程中容易出現(xiàn)如下問題。

1.1.1 基礎的不均勻沉降

如果橋梁發(fā)生基礎沉降，可能是由于地基受力不均產(chǎn)生了沉陷，幾乎所有橋梁都可能發(fā)生該種情況。如果沉降不是很大，在一定范圍內(nèi)則不需處理，但是，如果沉降范圍較大，則會在一定程度上對橋梁產(chǎn)生負面影響，尤其有些橋梁建造在軟土地基上，因此也更加容易產(chǎn)生上述情況。另一方面，在橋梁的使用過程中也應該對橋梁的基礎沉降進行實時的觀測，分析其原因及負面影響，并提出有效的處理辦法。

1.1.2 基礎的滑移和傾斜

(1)對于基礎來說，有時會遭遇洪水的沖刷，河床的堆積物和坡度都會對沖刷有著很大的影響，通常情況下很難預先估算出沖刷值是多大，因此必須對沖刷過程進行嚴密的調(diào)查和研究。

(2)因為水運的開發(fā)而疏浚河床，因此臨河面上的地基土壓力很可能達不到要求，這會在一定程度上使地基產(chǎn)生側向滑移。

(3)有些橋梁選擇建在軟土場地基上，若是基礎處理不恰當很可能會造成水平力增大，這會造成橋臺產(chǎn)生前移，最終導致地基失穩(wěn)，這樣一來，會使得基礎受力不均勻，進而使橋梁產(chǎn)生不均勻沉降。

1.1.3 基礎結構應力異常與開裂

如果基礎受力不合理，可能會產(chǎn)生局部應力集中，從而進一步導致開裂。如果橋梁遭遇了特殊荷載，也同樣會產(chǎn)生基礎開裂。

1.2 墩臺病害

上部結構和基礎之間是墩臺，墩臺的作用是將上部的荷載進行有效傳遞。對于橋臺來說它承受的荷載主要是臨近土壤傳來的水平壓力，同時它還將橋梁與陸地有效連接起來。而對于橋墩來說，它是將橋跨結構連系起來關鍵。因此，在橋梁的使用過程中，無論是上部結構還是下部結構都會對其產(chǎn)生影響。若想保證橋梁有足夠的耐久性，橋墩是關鍵，如果橋墩沒有足夠的承載力，則在使用過程中很可能出現(xiàn)橋梁的傾斜或者下沉現(xiàn)象，這對上部結構來說極為不利，嚴重的可能會造成橋梁的倒塌。橋墩的主要材料是鋼筋混凝土加少量的磚石，故而橋墩的損害主要有如下幾種原因：承載力不夠或是在使用過程中出現(xiàn)開裂或沉降。對于墩臺來說，最常見的破壞就是發(fā)生裂縫，裂縫在發(fā)展過程中則會造成鋼筋的外露和銹蝕，使結構產(chǎn)生變形。因此，橋墩一旦出現(xiàn)裂縫，必須足夠重視，及時進行適當處理。

1.3 上部結構病害

對于橋梁的上部結構來說，病害產(chǎn)生主要是因為：(1)結構承載力不足，進而發(fā)生過大的變形；(2)主梁及橫隔板底板產(chǎn)生開裂現(xiàn)象；(3)主梁滲水泛堿，出現(xiàn)白化現(xiàn)象；(4)混凝土被壓碎從而導致鋼筋外露并被銹蝕等。

2 橋梁常見病害的成因分析

2.1 設計、施工不合理

在設計上有些橋梁是存在一定弊端的，究其原因是結構設計不合理。在早期使用過程中這些缺陷可能并不會立即顯示出來，但是隨著時間的推移，這些弊端一定會逐漸表現(xiàn)出來。除了設計方面，還有施工質(zhì)量差會對橋梁的質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，并且這些影響也會隨著時間的遷延而逐漸顯露。

2.2 維修養(yǎng)護及加固措施不當

在橋梁的養(yǎng)護過程中，如果存在不適當之處也會在一定程度上對橋梁健康有不良的影響。例如，在維修橋面的過程中使得橋梁恒載增大，這就在很大程度上增加了橋梁的自重，但是恒載的增加并沒有提高其承載能力；又比如沒有對橋面進行防水處理等。更有甚者，橋梁整個受理體系大多為超靜定，如果橋梁支座發(fā)生損壞而又沒有及時適當進行維修很可能會使橋梁整個受力狀態(tài)發(fā)生改變。以上這些均是引起橋梁缺陷的原因，在橋梁的加固過程中，如果方式不對同樣會使得結構產(chǎn)生破壞。

2.3 其它外力因素造成

在橋梁的使用過程中會遭遇各種自然災害，例如泥石流、地震或強風等，但是一旦遭遇對橋梁結構而言便是毀滅性的災難。

2.4 超負荷運營和超期服役

中國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展使得交通運輸業(yè)的蓬勃上升時期提前到來。中國很多使用中的橋仍是適用以前的舊規(guī)范根據(jù)當時的社會環(huán)境建立的，即使有余裕也不會很多。如果橋梁在使用過程當中遇到超負荷的狀況，并且周期很長，這就很可能會使橋梁破壞嚴重。對于中國大部分舊橋老橋來說，這一部分橋梁沿用至今，有出于經(jīng)濟上的考量，修修補補又十年，它們不僅超期服役而且?guī)Р」ぷ?。有的并不能得到及時的修復或是限制使用措施實行不到位，這無論是對于橋梁本身還是公眾安全來說都極為不利。

3 橋梁結構常用的加固方法

橋梁的加固方法多種多樣，例如增大橋梁的截面或者在體外進行預應力加固，同時還可以在橋梁的外部粘貼鋼板。這些方法的目的都是對橋梁本身進行加固，方式不同，所產(chǎn)生的效果也不盡相同。

3.1 粘貼鋼板加固法

過大交通量帶來的超負荷動載會導致橋梁提前破壞，若是橋梁出現(xiàn)了裂縫則進一步導致鋼筋銹蝕，更影響橋梁的耐久性，那么此時可以選用粘結鋼板法對橋梁進行加固(圖1)。在橋梁的薄弱位置可以采用該方法有助于提高橋梁的耐久性，該方法有如下特點：

(1)不會改變原結構形式；(2)工藝不復雜便于施工；(3)周期較短，預算較少；(4)缺點是橋梁耐久性的提高很大程度上取決于粘結劑的質(zhì)量。

3.2 橋面補強層加固法

若要對橋面進行補強加固，一般采取的措施是在橋梁梁頂加鋪一層鋼筋混凝土，在鑿除原有橋面后，再進行澆筑，使得新澆筑的鋼筋混凝土層與原有主梁形成一個整體，梁有效截面高度增大，起到改善截面荷載分布的作用，從而提高橋梁的承載能力。該方法有個明顯的缺點，在鑿除橋面鋪裝時以目前的技術手段無法采用施工機械，只能采用人工，這樣一來工人的專業(yè)素質(zhì)要求比較高，工作量相對較大，工期較長，而且由人工來鑿除，主觀因素大，有可能會損傷原有結構。另一方面，橋面鋪裝的處理通常與橋梁大修同步進行，單提高承載能力時很少采用該方法。

圖1 橋梁粘貼鋼板加固

3.3 增大截面加固法

該種方法又叫做外包混凝土加固法，是通過加大結構的截面和配筋率完成的，使得結構的強度、剛度和承載力有所提高，并且在一定程度上也可以減少結構的裂縫。此法適用于多種橋梁。在對結構外包混凝土的過程中，會造成結構重量的加大，因此在施工過程中應該考慮外包構件下面的結構是否有足夠的承載能力，只有承載力足夠的情況下才可以采用該種方式。

采用外包混凝土加固法來加固既有橋梁時，應滿足以下規(guī)定：(1)對于新澆混凝土，其厚度應該不小于40 mm；若是采用噴射方式，其厚度應該不小于50 mm；對于受壓部位新澆混凝土來說，若是采用補償方式則厚度更是應該不小于150 mm；(2)在混凝土的配制過程中，要求材料必須選用卵石等耐久性好的石子，并且粒徑要小于20 mm；(3)對于結合面來說，應確保新、舊混凝土共同受力，若不符合要求則需要應用植筋進行加固；(4)如果用鋼筋加固，則所選縱筋直徑應大于16 mm，箍筋直徑應大于10 mm，U形筋直徑可以不變；(5)如果補強采用型鋼或鋼板，則型鋼或鋼板必須與原鋼筋有效連接，只有這樣才能保證它們?yōu)橥徽w，共同承載受力；(6)原鋼筋與起加固作用的鋼筋之間，間距不應大于20 mm，同時應用短筋焊接。

3.4 體外預應力加固法

如果采用體外預應力加固法，則需要將鋼拉桿安裝在梁體外側，并保證其梁體之間的有效安全連接，然后再對其施加預應力來改變原有結構的內(nèi)力分布，提高結構承載能力，降低結構產(chǎn)生裂縫的可能性。

采用此法加固的優(yōu)點有：(1)不僅不會增加結構的自重，還能改變結構的受力狀態(tài)，使得結構的承載能力大幅度提高；(2)因為并沒有增大結構的自重，從而對墩臺沒有過大的壓力，可以不必再對墩臺進行加固，節(jié)約了投資；(3)不影響交通；(4)可在重型車輛通過時作為臨時加固保障其承載能力與變形，也可永久性加固來提高橋梁整理承載能力，因為體外預應力法施加的預應力應力可以永久地保留或移除。

4 結 論

簡言之，沿用至今的很多既有橋梁因為超負荷超年限工作，或是當初設計用的規(guī)范已不再適用如今交通運輸?shù)囊?，無論是從需求還是安全上來說，橋梁加固勢在必行。那么隨之而來的問題便是如何有效地對橋梁進行加固。一方面，橋梁在使用運行過程中存在的問題，需要進行及時而有針對性的分析。另一方面，加固措施都有哪些，分別有何優(yōu)劣需要納入考慮范圍，然后再針對這些問題采取合適的加固方法，為橋梁的高效工作與安全負責，提高橋梁加固的經(jīng)濟和社會效益。