公路橋梁病害分析和維修加固實例研究

張慶華

（山東省臨沂市公路事業(yè)發(fā)展中心，山東臨沂276000）

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟及交通運輸事業(yè)的發(fā)展，公路上車輛載重和軸重逐步增大，早期建設的橋梁，由于設計荷載標準較低，鋼筋混凝土材料強度低，且鋼筋含量普遍偏少，導致結(jié)構(gòu)安全儲備低，經(jīng)多年超負荷使用，一些橋梁受損嚴重，降低了橋梁的承載力，這會對公路交通安全與暢通帶來一定影響。若全部新建這些橋梁，不僅需要大量資金，且建設周期長，施工中迫使車輛繞行，會造成一定的社會經(jīng)濟損失。因此，維修加固提高舊橋承載力、延長其使用年限成為橋梁養(yǎng)護中的重要工作。一般而言，加固原有橋梁的費用約為新建費用的15%～30%，但不能將橋梁加固引入誤區(qū)，不能對所有橋梁盲目加固。是否對某一座舊橋采取加固措施，要從技術的可行性、經(jīng)濟的合理性、使用的長遠性等角度作出科學論斷。對現(xiàn)有橋梁進行維修與加固，可恢復和提高舊橋的承載能力及通行能力，延長其使用壽命，同時可節(jié)約大量的建設資金。有些舊橋雖可加固，但也只能延用四五年，之后會逐漸出現(xiàn)更嚴重的受損現(xiàn)象，甚至會加快受損進程，這類舊橋或危橋就無加固價值。因此，對現(xiàn)有橋梁做出加固措施決定之前，進行舊橋檢測和適應度分析是必不可少的。

1 公路橋梁常見病害及原因分析

橋梁常見病害有基礎病害、墩臺身病害、混凝土結(jié)構(gòu)開裂、橋頭跳車等，這些病害會對橋梁的使用安全性、舒適性造成影響，還會降低其使用性能、縮短其使用年限。

1.1 橋梁基礎病害

常見的橋梁基礎病害主要有基礎不均勻沉降、基礎發(fā)生滑移和傾斜、局部沖刷嚴重、基礎結(jié)構(gòu)產(chǎn)生異常應力和開裂等，這主要是由于設計荷載標準偏低。橋梁的承載能力是由設計時采用的荷載標準決定的，早期建造的橋梁，特別是二十世紀七八十年代建造的橋梁，一般為汽-15，掛-100，設計荷載偏低。隨著交通量的增加和荷載等級的提高，原有橋梁已無法滿足現(xiàn)今交通的需要，有些橋梁已經(jīng)出現(xiàn)裂縫、斷板等嚴重病害。

1.2 橋梁墩臺身病害

常見墩臺身病害主要有墩臺結(jié)構(gòu)發(fā)生位移和變形、混凝土裂縫、鋼筋外露銹蝕、材料老化脫落等。出現(xiàn)這些病害的原因是洪水、泥石流、地震、強風、船舶撞擊等對墩臺的直接物理作用，早期橋梁墩臺尺寸偏小、年久失修自然老化等。

1.3 混凝土結(jié)構(gòu)開裂

混凝土結(jié)構(gòu)開裂病害常表現(xiàn)為橋梁空心板、箱梁、T 梁等梁體開裂，橋面鋪裝混凝土破損，會大大降低橋梁承載能力，嚴重影響車輛行駛的安全性與舒適性。原因主要有設計荷載標準偏低、構(gòu)造設計不當導致局部應力過于集中、車輛超載行駛等。

1.4 橋頭跳車

橋頭跳車是橋梁運行使用后普遍存在的病害，隨著時間的推移，臺后路面與橋面的高差會越來越大，不僅影響車輛行駛舒適性，還會對橋面產(chǎn)生過大的沖擊力，加重或誘發(fā)其他病害，同時造成橋頭伸縮縫頻繁損壞。主要原因是臺后原地面承載力不足、填筑材料質(zhì)量不滿足要求、壓實度不合格等導致臺后路基與橋臺間存在不均勻沉降。

2 橋梁病害維修加固實例分析

對橋梁下部結(jié)構(gòu)維修加固的常見方法有擴大基礎拋石防沖、增設承臺樁基、樁柱外包鋼筋混凝土、拓寬墩臺身、修建擋土墻等。針對橋梁上部結(jié)構(gòu)梁體開裂，可采用注漿加固、粘貼鋼板、體外預應力、橋面疊合補強層等方法恢復和提高其承載能力。針對橋頭跳車，主要有路基開挖換填、注水泥漿等方法，可提高橋頭路基承載能力、減小不均勻沉降，配合接線路面裂縫處理后罩面等，可提高行車舒適性。當前有很多新材料、新技術、新工藝應用于橋梁維修加固中，如碳纖維加固法、聚丙烯纖維混凝土加上堿-骨料反應抑制劑、滲透型鋼筋阻銹劑等。針對某一座橋梁的具體病害，往往需要多種方法并用。

臨沂市蘭山區(qū)文泗路湯頭沂河大橋（見圖1、圖2）位于臨沂市蘭山區(qū)北部李官鎮(zhèn)和湯頭鎮(zhèn)境內(nèi)，該橋上部為50 孔20m 裝配式鋼筋混凝土T 梁，每兩孔一聯(lián)，每十孔設置一處制動墩，制動墩兩側(cè)設置兩道伸縮縫，全橋共計30 道D60 仿毛勒式伸縮縫。下部為柱式墩臺，鉆孔灌注樁基礎，每十孔設置一處制動墩，全橋共計4 處制動墩。設計荷載為汽-20、掛-100，橋梁中心樁號為K0+646.0，橋梁全長1008m，橋?qū)挒閮?m 行車道+2×1m 人行道欄桿，工程竣工于1999年，竣工驗收合格。

圖1 0#臺側(cè)橋梁樁基礎現(xiàn)狀

圖2 50#臺側(cè)橋梁樁基礎現(xiàn)狀

2.1 樁基外包鋼筋混凝土

計算橋梁下部結(jié)構(gòu)時，除考慮上部傳來的恒、活載反力外，還需考慮汽車制動力、活載縱橫向偏載對橋墩的偏心彎矩、溫度影響力、滑動支座摩阻力、縱向及橫向風載等，將這些荷載加載于下部墩臺上并依據(jù)規(guī)范進行組合，從而計算分析墩臺強度、剛度及穩(wěn)定性，進而計算樁基內(nèi)力和樁長[1-3]。根據(jù)地質(zhì)勘察報告，橋位處地層結(jié)構(gòu)為粗砂、全風化安山巖、強風化安山巖、中風化安山巖，經(jīng)調(diào)查，老橋樁基岸嵌巖樁設計，嵌入砂巖深度不小于3m，老橋樁長為12～14m，滿足承載力要求。主河道部分橋墩樁基被沖刷嚴重，最高外露處達5m。為防止進一步?jīng)_刷外露樁基，外包厚度20cm 鋼筋混凝土（C30），橋梁上游填筑高度3m 砂礫防護壩，如圖3所示。

圖3 樁基礎外包鋼筋構(gòu)造圖

2.2 更換20m 先張預應力混凝土空心板和橋面鋪裝

老橋T 梁、鋪裝和欄桿的拆除應在樁基外包混凝土防沖刷措施實施后進行。老橋拆除應做舊橋拆除施工方案設計和施工安全專項設計，并經(jīng)專家論證審批[4]。拆除原橋上部結(jié)構(gòu)后，原墩臺、蓋梁頂支座墊石鑿除后，盡量利用原鋼筋焊接，必要處鉆孔后灌滿改性環(huán)氧類結(jié)構(gòu)膠錨固，錨入深度15cm，呈梅花狀布置，間距20cm。為增加蓋梁受壓區(qū)高度提高承載能力，蓋梁頂面現(xiàn)澆C30 混凝土支座墊石。橋面鋪裝為12cmC50 混凝土+防水層+5cm 瀝青混凝土，橋梁兩側(cè)新澆注入鋼筋混凝土防撞護欄，瀝青路面以上高度90cm。

2.3 橋頭沉陷路基注漿加固

在臺背沉降區(qū)每邊外擴2m 范圍內(nèi)按2m×2m 間距布孔，用鉆孔機進行鉆孔，根據(jù)路基填土高度及上部荷載影響范圍壓漿處理，深度為5～7m。

2.3.1 鉆孔

注漿孔必須采用干鉆成孔，布孔見圖4，用鑿巖機或取芯機進行路面鉆孔，路基土用螺旋鉆孔施工成孔，孔深挖至設計深度，達到要求后方可進行壓漿[5]。

圖4 裂縫及塌陷部位布孔示意圖

2.3.2 水泥漿的拌制

采用普通的32.5 硅酸鹽水泥與水拌制水泥漿。合格的水泥漿應達到和易性好，硬化后孔隙率低，滲水性小，確?？椎里枬M、密實、抗壓強度高，黏結(jié)強度和耐久性高等要求。一般情況下，水泥漿的技術條件應符合下列規(guī)定：

該項目路基為砂黏土，根據(jù)現(xiàn)場壓注情況進行最終確定,水泥凈漿比重為1.4～1.6t/m3。漿液流動性過小則可注性差，達不到路基加固效果；漿液流動性過大則水量大，對路基土有較大影響。

漿體流動度控制在14～18s，拌制30min 后控制在50s 內(nèi)。

初凝時間不小于3h。

2.3.3 注漿

注漿時必須一次性將注漿管置于設計深度，從下而上每隔1m 分層注漿灌注，每層穩(wěn)壓5min。砂黏土的注漿壓力控制在0.5～1.0MPa，壓注漿液時，應緩慢均勻加壓，施工過程中隨時觀察，如有異常停止注漿，分析原因后再進行施工。

2.3.4 路面恢復

注漿加固完成且養(yǎng)護期結(jié)束后，將加固范圍內(nèi)的瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)層銑刨，清理至水泥穩(wěn)定碎石基層結(jié)構(gòu)層頂面，用壓路機進行靜壓處理，碾壓完成后恢復原路面結(jié)構(gòu)層。

2.4 接線路面橫縫處理、罩面

為減少對原路面結(jié)構(gòu)的人為破壞，保持原結(jié)構(gòu)的整體強度，應盡量減少原路面挖除，尤其是基層的挖補，若非基層結(jié)構(gòu)已被破壞，基層一般不應挖補[6]。該橋頭接線路面出現(xiàn)裂縫，寬度約10～20mm，設計方案如下。

進行瀝青混凝土面層銑刨、基層開V 型槽處理，根據(jù)裂縫寬度及裂縫邊部細紋的發(fā)展程度確定開槽的寬度。具體施工工藝如下。

銑刨：沿裂縫方向?qū)⒚鎸鱼娕?00mm 寬。

開槽機開槽：采用開槽機沿裂縫將銑刨面層后的上基層開成V 形槽，槽頂寬度100mm，深度為上基層厚度。

吹風機清縫：用吹風機將開槽后的縫隙吹干凈。

噴灑熱瀝青：用設備在V 型槽壁噴灑熱瀝青并撒布適量石屑。

用鐵鏟將瀝青砂填入已處理好的V 型槽中，控制好松鋪厚度，壓實后略高于原路面上基層。

壓實：用2t 以上平板夯或單輪壓路機將填料壓緊、壓實。

在銑刨的面層側(cè)面噴灑熱瀝青后，在銑刨的面層槽內(nèi)填入瀝青混合料，控制好松鋪厚度，壓實后基本與原路面同高。

壓實：用2t 以上平板夯或單輪壓路機將填料壓緊、壓實。

3 結(jié)語

由于缺乏前瞻性和預見性，老橋設計荷載標準偏低以及近幾年重型車輛增加、不可預見的自然災害、年久老化和設計施工的先天缺陷等原因，橋梁在使用過程中使用功能和結(jié)構(gòu)安全存在不同程度的病害與隱患，加之不重視橋梁后期養(yǎng)護工作，沒有及時消除已產(chǎn)生的病害致使很多橋梁成為危橋。為此，首先必須由具備相應資質(zhì)的鑒定機構(gòu)對在現(xiàn)役橋梁進行結(jié)構(gòu)分析、鑒定，查明病害或潛在病害的部位、成因和發(fā)展趨勢，為設計部門進行橋梁維修加固方案設計提供依據(jù)和技術支持。然后根據(jù)舊橋情況進行技術經(jīng)濟分析，制定技術可行、施工安全和經(jīng)濟實用的維修加固方案或拆除重建。