道路橋梁工程的常見病害與施工處理技術(shù)

呂 鵬

（甘肅省公路交通建設(shè)集團有限公司，甘肅 蘭州 730030）

我國現(xiàn)有一些早期修建的道路橋梁存在病害問題較多的情況。受當時技術(shù)水平等因素的制約，橋梁的整體質(zhì)量并不高，只能勉強達到規(guī)范標準的要求。隨著時間的推移，部分橋梁問題逐漸顯露，其中常見的混凝土裂縫、鋼筋銹蝕等病害嚴重影響橋梁的安全性和穩(wěn)定性。為此，應(yīng)采取有效的施工處理技術(shù)對橋梁進行加固，在消除病害的基礎(chǔ)上，增強橋梁的承載力，延長使用壽命。

1 道路橋梁工程的常見病害分析

1.1 混凝土裂縫

1.1.1 裂縫類型

道路橋梁工程中，混凝土裂縫是最為常見的病害之一，也是影響橋梁結(jié)構(gòu)安全性、耐久性的主要問題。從外觀方面可將橋梁裂縫分為橫向和縱向兩類，從裂縫成因方面可分為結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性。前者的形成主要與溫度、收縮等因素有關(guān)，裂縫的寬度相對較小，多出現(xiàn)在混凝土結(jié)構(gòu)表面，影響程度較??；后者多是由荷載引起。通過分析裂縫在橋梁結(jié)構(gòu)中的分布情況，能夠判斷橋梁是否需要進行加固處理。

1.1.2 裂縫成因

橋梁混凝土裂縫的成因較多，其中引起結(jié)構(gòu)性裂縫的受力因素有兩個，一個是剪力，另一個是彎矩，這兩個受力因素單獨或共同作用都會導致橋梁產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性裂縫。如跨中彎矩過大會導致受拉區(qū)跨中截面開裂，這是橋梁中比較常見的結(jié)構(gòu)性裂縫。主拉應(yīng)力會引起斜向裂縫，當此類裂縫的寬度超過一定程度時，極有可能造成脆性破壞。出現(xiàn)非結(jié)構(gòu)性裂縫主要與施工質(zhì)量、混凝土配合比、作業(yè)環(huán)境、養(yǎng)護等因素有關(guān)。其中，溫度裂縫和收縮裂縫最為常見。

1.2 鋼筋銹蝕

在道路橋梁工程中，鋼筋是除混凝土之外最為重要的材料之一，它的質(zhì)量直接關(guān)系到橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性和橋梁的使用壽命。銹蝕是鋼筋中較常見的病害之一，隨著時間的推移會不斷加劇，當銹蝕達到一定程度時，鋼筋可能會發(fā)生斷裂，使構(gòu)件喪失承載力。不僅如此，鋼筋銹蝕后，會在表面形成氧化層，導致鋼筋與包裹在外面的混凝土表面產(chǎn)生剝離現(xiàn)象。目前，可將鋼筋銹蝕的影響因素歸納為以下幾個方面：（1）外部環(huán)境中氯離子含量過大時，引起鋼筋銹蝕。（2）混凝土發(fā)生碳化后，破壞鋼筋的鈍化膜，進而導致銹蝕。（3）混凝土的水灰比過大，容易造成鋼筋的銹蝕速度加快。（4）環(huán)境的溫濕度會對鋼筋銹蝕有直接影響。

1.3 鉸縫病害

1.3.1 破壞形式

關(guān)于道路橋梁工程中的鉸縫，比較常見的破壞形式有以下幾種：（1）預制板梁之間的鉸縫出現(xiàn)松動跡象，板底上產(chǎn)生明顯的裂縫。（2）受到?jīng)_擊荷載的長期作用，部分車轍、裂縫出現(xiàn)在鉸縫的上方，雨雪天氣過后，水會通過裂縫滲入到鉸縫中，出現(xiàn)泛堿現(xiàn)象。（3）受重型車輛的荷載作用，導致企口縫被破壞，原本的雙板共同受力變?yōu)閱伟迨芰?，在彎矩的影響下，板下?lián)习l(fā)生塑性變形，造成永久性錯臺。

1.3.2 病害成因

引起鉸縫病害的原因較多，大體上可分為以下兩個方面：（1）由于設(shè)計人員缺乏經(jīng)驗，導致鉸縫斷面尺寸的取值過小，鉸縫與板未有效結(jié)合，使用一段時間后就遭到破壞。（2）施工質(zhì)量不達標，鉸縫設(shè)置過淺且寬度不足，增大了混凝土振搗密實的難度。因密實度不夠，進而影響鉸縫的強度，容易出現(xiàn)早期破壞。

2 道路橋梁工程加固施工處理技術(shù)

在道路橋梁使用過程中，難免產(chǎn)生各種病害問題，為消除病害對橋梁結(jié)構(gòu)安全性、穩(wěn)定性、耐久性的影響，應(yīng)采取行之有效的加固方法，對橋梁進行加固處理。目前，在道路橋梁工程加固中廣泛應(yīng)用的處理技術(shù)有增大截面、粘貼鋼板、粘貼碳纖維、體外預應(yīng)力等。

2.1 增大截面

在道路橋梁病害問題的處理中，增大截面是較常用的一種方法，該方法不僅能增強新老混凝土之間的粘結(jié)力，還能進一步提升結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎剛度、抗剪承載力。該方法在橋梁的受彎和受壓構(gòu)件中較為適用。

2.1.1 力學特點

截面增大后，主梁從原本的一次受力構(gòu)件變?yōu)槎问芰ΟB合構(gòu)件，除需承受現(xiàn)有的應(yīng)力之外，還要承受后期的荷載應(yīng)力，即恒荷載+活荷載。所以采用增大截面的方法對橋梁進行加固處理后，應(yīng)驗算梁的極限承載力是否符合要求。

2.1.2 施工技術(shù)要點

混凝土澆筑與植筋是增大截面加固法的關(guān)鍵工序，為確保整體質(zhì)量，應(yīng)掌握相關(guān)施工技術(shù)要點，具體如下：

（1）澆筑混凝土前，應(yīng)先檢查槽鋼及模板的頂面高程，確認符合要求后，進行布料攤鋪?；炷恋牟剂蠑備伜穸?，可略高于振搗密實后的橋面標高，以2.0～3.0cm 為宜；混凝土攤鋪的長度達到10m 左右時，可進行振搗密實，并用滾杠在振搗完的混凝土上進行滾壓，達到整平的效果；以混凝土的凝結(jié)情況作為依據(jù)，對混凝土表面進行三次清光處理。清光時，可采用3m 直尺法逐點檢查平整度，及時處理不平部位；混凝土初凝后，應(yīng)及時進行刷毛及灑水養(yǎng)護，確?；炷帘砻娴臐駶櫠?，避免早期開裂。

（2）植筋前，應(yīng)檢查錨固部位的混凝土，發(fā)現(xiàn)問題及時處理；根據(jù)設(shè)計圖紙進行測量放線，在現(xiàn)場確定出植筋的準確位置，并做好標記；可采用沖擊鉆進行鉆孔，鉆頭直徑應(yīng)略大于植筋直徑，成孔后將孔口臨時封堵，避免落入雜物，影響后續(xù)鋼筋的植入；當鉆孔達到設(shè)計深度后，及時進行清孔，可使用高壓氣清除孔內(nèi)的粉塵，再通過化學法進行清孔，以此達到預期的清孔效果；液體的存在會導致植筋結(jié)構(gòu)膠強度下降，因此，要確保孔壁的干燥性；植筋前應(yīng)對鋼筋進行除銹，向孔內(nèi)注入適量按比例配制的結(jié)構(gòu)膠，緩慢植入鋼筋并確保鋼筋植入到底，最后將孔口的結(jié)構(gòu)膠清除干凈。

2.2 粘貼鋼板

粘貼鋼板簡稱粘鋼法，主要是利用環(huán)氧樹脂對橋梁構(gòu)件病害部位的鋼板進行粘貼，來提高構(gòu)件的抗彎剛度、抗剪承載力，消除病害對構(gòu)件的影響。同時，在橋梁結(jié)構(gòu)中一些受力較為薄弱的部位粘貼鋼板，能夠顯著提升橋梁的耐久性。需要注意的是，該加固方法無法承受較大幅度的動荷載及疲勞荷載，并且要求橋梁所處的環(huán)境中無化學腐蝕。

2.2.1 技術(shù)特點

粘鋼法技術(shù)較為先進，其利用環(huán)氧樹脂對鋼板進行粘貼，整體性能良好，工藝簡單，工期較短，加固過程中消耗的材料較少，能夠滿足橋梁病害加固處理的需要。此外，該技術(shù)占用空間較小，經(jīng)過加固后的橋梁外觀基本不會受到影響。

2.2.2 材料要求

粘貼鋼板的膠黏劑應(yīng)滿足一定的韌性、較高的彈性模量以及耐久性等要求?？蓪235 鋼板作為首選，其與鋼板連接的螺栓必須具備足夠的強度。

2.2.3 施工技術(shù)要點

（1）先在鋼板上鉆設(shè)注膠孔和螺栓固定孔，在無特殊要求的情況下，1m2鋼板上的注膠孔數(shù)量以3～4 個為宜，螺栓固定孔的數(shù)量以6～7 個為宜。注膠孔應(yīng)依據(jù)灌膠嘴尺寸進行鉆設(shè)，確保二者能夠匹配，注膠孔鉆好后，應(yīng)對其周邊進行密封。

（2）將鉆好孔的鋼板緊貼在待粘合的橋梁構(gòu)件表面上，按照鋼板上的螺栓固定孔位置，在構(gòu)件表面鉆設(shè)相應(yīng)孔位，確保位置吻合，以免影響固定效果。打磨處理鋼板與構(gòu)件表面，要求鋼板無銹，構(gòu)件表面應(yīng)達到一定的粗糙度，從而確保兩者能夠緊密粘合。

（3）托起鋼板后，將其懸掛在構(gòu)件表面的螺栓上，并將螺母擰緊。在待粘貼鋼板的構(gòu)件表面，每間隔50cm 左右，插入一節(jié)軟管進行排氣。需要注意的是，鋼板的各個角上應(yīng)設(shè)置排氣管，確保注膠后，鋼板與構(gòu)件貼合面之間的空氣能順利排出，提高粘合效果。

（4）使用配制好的封口膠，對鋼板周邊的縫隙、螺栓及注膠孔周圍的間隙進行密封處理，確保密封的嚴密性，以免影響粘貼質(zhì)量。根據(jù)產(chǎn)品使用說明書中推薦的配膠比來配制粘貼膠，攪拌均勻后進行注膠。作業(yè)時應(yīng)遵循少量多次的原則，為避免影響粘貼效果，配好的膠應(yīng)立即注入。通過灌膠工具，從注膠嘴將膠液注入，注膠應(yīng)從一端開始，直至相鄰注膠孔有膠液溢出時，便可停注。要控制注膠速度，不宜過快，以免形成氣囊。注膠3～5h 后，觀察有無流膠的情況，避免出現(xiàn)脫膠現(xiàn)象。

2.3 粘貼碳纖維

碳纖維是一種性能非常優(yōu)良的材料，在所有化纖中，它的耐高溫性最好。不僅如此，碳纖維中碳含量在90%以上，因而具備較高的強度及模量。通過粘貼碳纖維，能有效處理橋梁中一些病害問題。橋梁中絕大部分構(gòu)件尺寸較大，粘貼碳纖維雖然能夠增強構(gòu)件的抗彎承載力，但總體幅度并不大，因此，限制了粘貼碳纖維的適用范圍，其常被應(yīng)用于小型構(gòu)件、應(yīng)力較為復雜的部位。

2.3.1 碳纖維主要特點

第一，碳纖維材料自身重量非常輕，粘貼在橋梁構(gòu)件上，不會影響結(jié)構(gòu)自重。第二，碳纖維強度非常高，耐久性好，易于粘貼，不會像鋼板出現(xiàn)銹蝕的情況，使用年限更長。第三，當碳纖維材料受到拉力作用時，會呈現(xiàn)出線彈性關(guān)系，直至材料完全被破壞為止。這個特性與鋼筋的延性存在較為明顯的差別，由于缺乏延性，會使構(gòu)件中應(yīng)力的重新分配受到一定約束。

2.3.2 施工技術(shù)要點

（1）先對待加固橋梁混凝土構(gòu)件表面的劣化層進行處理，去除蜂窩、輸送、風化的混凝土，使其露出內(nèi)部完好的混凝土結(jié)構(gòu)層，再用預先準備好的修復材料進行整平施工。采用灌縫或封閉的方法對細小裂縫進行處理，將被粘貼表面的混凝土打磨平整，并清除干凈粘附在其表面的雜物，轉(zhuǎn)角應(yīng)進行倒角。

（2）使用滾刷在處理好的混凝土表面均勻涂刷打底膠，當指觸不粘時，用找平膠修補凹陷部位，然后粘貼碳纖維。溫濕度直接影響碳纖維粘貼的施工，當氣溫在5℃以下，或空氣相對濕度超過95%時，不得進行粘貼作業(yè)，雨雪天不可以施工。

（3）根據(jù)設(shè)計尺寸對碳纖維材料進行剪裁，粘貼位置最大允許偏差2.0cm。碳纖維的拉伸強度與排列方向有關(guān)，要按照結(jié)構(gòu)物的受力情況，確定碳纖維的粘貼方向。粘貼時，應(yīng)確保碳纖維與混凝土構(gòu)件之間的有效粘貼面積在95%以上，如出現(xiàn)空鼓，可按照面積大小采取相應(yīng)的補救措施。碳纖維應(yīng)從跨中向兩側(cè)粘貼，并用滾筒滾壓，將內(nèi)部空氣排除干凈，粘貼好的碳纖維用抹灰層進行保護。

（4）碳纖維粘貼施工完畢，通過錘擊法檢測粘貼質(zhì)量，合格標準為空鼓的總面積小于粘貼總面積的5%。需要特別注意的是，為給水分提供散發(fā)的途徑，盡可能避免大面積粘貼。

2.4 體外預應(yīng)力

這是一種能夠明顯改善原結(jié)構(gòu)受力狀況的加固方法，在消除橋梁結(jié)構(gòu)病害方面的效果極為顯著，應(yīng)用非常廣泛。此外，其在解決橋梁結(jié)構(gòu)變形問題中的應(yīng)用較多。

2.4.1 力學特點

對橋梁結(jié)構(gòu)進行體外預應(yīng)力加固后，能夠改變原結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布狀況，應(yīng)力水平會隨之下降，消除應(yīng)力應(yīng)變滯后的現(xiàn)象。使加入的部分與原結(jié)構(gòu)可以共同工作，進一步提升橋梁的承載力。

2.4.2 施工技術(shù)要點

（1）在橋面相應(yīng)位置處布設(shè)施工人孔，因需要在箱梁內(nèi)部施加體外預應(yīng)力索，所以，在作業(yè)開始前要清除干凈箱梁內(nèi)的混凝土等雜物。為最大限度減輕體外預應(yīng)力施工對原橋梁結(jié)構(gòu)的影響和破壞，可將鋼結(jié)構(gòu)作為轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，并在箱梁外進行預制。

（2）對預應(yīng)力鋼絞線進行穿索時，可以采用單根穿索的方法，保持索位一致。為避免損傷鋼絞線的包裹層，可將馬凳設(shè)置在箱梁內(nèi)部。在新增端的錨固橫梁內(nèi)安裝錨具。

（3）張拉預應(yīng)力索之前，應(yīng)當先進行預緊，通過雙控的方法控制張拉過程，以此確保張拉質(zhì)量。張拉完畢，應(yīng)及時進行灌漿封錨，加裝鋼索限位器，避免預應(yīng)力索振動。

3 結(jié)語

綜上所述，道路橋梁工程在使用一段時間后，由于受到各種因素的影響，會出現(xiàn)一些病害問題，導致橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性有所下降。為有效解決這一問題，應(yīng)采取有效的施工處理技術(shù)，對橋梁結(jié)構(gòu)進行加固，消除病害，提升橋梁承載力，延長使用壽命。進一步加大對橋梁加固技術(shù)的研究力度，除對現(xiàn)有的技術(shù)進行改進和完善外，還應(yīng)開發(fā)一些新興技術(shù)，為橋梁工程加固提供技術(shù)支撐。