淺談公路橋梁加固技術(shù)研究

蔡忠祥

摘 要：公路養(yǎng)護是交通運輸行業(yè)的一項重要工作，尤其是橋梁更顯突出，若因管理養(yǎng)護不到位，將導致交通中斷，甚至引發(fā)安全事故。橋梁主要由鋼筋、混凝土等材料組成。在日常使用過程中，根據(jù)不同環(huán)境因素及使用情況可能會對公路橋梁造成不同程度的損害。其中常見的橋梁病害主要表現(xiàn)為：混凝土風化脫落、鋼筋銹蝕、混凝土裂縫等等，導致橋梁承載能力下降，從而影響使用安全，基于此類橋梁病害，在不新建的情況下，必須采取有效的處治措施加以維護，針對不同的病害采取有效的加固措施。本文就橋梁部分常見的病害類型進行分析;同時，以加固完成的大己保橋通過荷載試驗檢測情況為例提供參考。對提升公路承載力提出點滴意見，為后期同類型施工提供理論參考。

關(guān)鍵詞：公路施工;橋梁加固;加固技術(shù)

0 前言

公路作為交通運輸?shù)闹匾M成部分，保證其安全、暢通是關(guān)鍵。早期修建的公路隨著時間的推移，在行車荷載作用及自然因素影響下，不同程度存在很多病害。產(chǎn)生病害原因包括：早期修建的公路大多因建設(shè)資金的投入、修建的等級、設(shè)計的深度、施工能力等不同程度存在先天的不足;在后期運營過程行車荷載的作用，地質(zhì)、氣候的影響;加之近年大型超限超載車輛的運輸也給公路承載能力造成了一定的影響等且產(chǎn)生大量病害。若過程管護跟不上，將對使用者的人身安全造成極大威脅。所以要切實提高建設(shè)與養(yǎng)護并重的認識，在建項目投入使用后出現(xiàn)病害時須及時進行修復，通過科學的技術(shù)方法提高公路使用效率。

1 橋梁常見病害類型及加固方式

1.1 鋼筋銹蝕

鋼筋銹蝕是橋梁修建過程中出現(xiàn)頻率最大的病害類型，引發(fā)此類病害的誘因較多，主要是由混凝土強度和密實性未達到施工標準，另外鋼筋材料在使用過程中如若暴露在空氣中容易出現(xiàn)腐蝕的現(xiàn)象，所以需要對其設(shè)置保護層，保護層厚度的數(shù)值需要根據(jù)不同的施工條件進行差異化選擇。鋼筋銹蝕會給橋梁建造引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，裸露引發(fā)的鋼筋銹蝕極大程度上降低了橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，橋體受力不均將會造成混凝土的裂縫，影響投入使用效率（如圖1）。類似病害，清理露筋區(qū)域，對鋼筋除銹，用聚合物水泥砂漿修復。

1.2 預(yù)應(yīng)力混凝土裂縫

常規(guī)靜、動荷載超標會使橋梁混凝土產(chǎn)生裂縫，我們常稱為荷載裂縫（如圖2）;另外由于混凝土的熱脹冷縮特性，在內(nèi)外部環(huán)境發(fā)生變化時，混凝土會受溫度影響變形，即溫度裂縫，溫度裂縫受溫度影響較大，會隨著溫度變化隨之發(fā)生改變（如圖3）;混凝土收縮發(fā)生變形導致的裂縫稱為收縮裂縫，與使用原材料的質(zhì)量有關(guān)，包括差異化水灰比、骨料品種等，同時不恰當?shù)酿B(yǎng)護技術(shù)及振搗澆筑技術(shù)也會導致橋梁混凝土出現(xiàn)裂縫。預(yù)應(yīng)力混凝土T梁裂縫，成因多樣，可能是一種或多種原因疊加形成。其一是由混凝土配比缺陷導致的，當混凝土中水泥用量過大時會導致水化熱偏大，引起混凝土裂縫，其次在進行混凝土澆筑時需要選擇適宜的氣候因素，如若在早晚溫差較大的季節(jié)進行施工將會直接導致溫度裂縫（如圖4）。類似病害，結(jié)合完成的橋梁加固案例，加固上采取碳纖維布加固法，此方法操作簡單，施工材料質(zhì)量較小，施工簡單，可有效防止混凝土裂縫的擴張。

預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁腹板“U”形裂縫。導致預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁腹板產(chǎn)生豎向裂縫，可能的原因有：①受工期和材料供應(yīng)條件的限制，采用安息期過短的散裝水泥，導致混凝土水化熱過高，產(chǎn)生拉應(yīng)力;②T形梁早期養(yǎng)護過程中，預(yù)制場地環(huán)境溫度與混凝土發(fā)生水化熱的內(nèi)部溫度引起較大溫差，由于保溫、保濕措施不到位，濕養(yǎng)護期過短，產(chǎn)生拉應(yīng)力;③預(yù)制臺座脫模劑質(zhì)量缺陷或脫模劑涂刷后與T形梁混凝土澆筑的時間間隔過長，拆模后導致T形梁馬蹄底部與臺座接觸面摩阻力增大，早期預(yù)制梁的自由伸長受到約束，產(chǎn)生拉應(yīng)力;④采用鋼模板，模板在室外暴曬，安裝后即刻澆筑混凝土，夜間溫度驟降，導致溫差過大，產(chǎn)生拉應(yīng)力;⑤T形梁堆放和安裝后，臺座上的多點支承變?yōu)?點支承，邊界條件發(fā)生了變化，原來隱性的、肉眼觀察不到的微裂縫逐漸顯現(xiàn)出來，甚至個別梁片由于預(yù)應(yīng)力張拉時混凝土齡期過短，導致混凝土收縮析變引起的預(yù)應(yīng)力損失值比設(shè)計計算的理論值大，導致預(yù)應(yīng)力鋼束永存應(yīng)力降低，腹板設(shè)計壓應(yīng)力儲備下降，投入使用后在車輛荷載反復沖擊作用下，原有的腹板豎向裂縫寬度出現(xiàn)增大的趨勢。針對此類似病害，可采用包括體外預(yù)應(yīng)力加固法和改變結(jié)構(gòu)體系加固法之類的主動加固方法，可以抑制裂縫病害的擴展抑制裂縫擴展，提高構(gòu)件的耐久性，采用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固后的T梁（如圖5）。

1.3 橋梁支座

橋梁支座一方面可將橋梁載荷傳遞到橋墩上，另一方面為梁體結(jié)構(gòu)提供所需變形空間。支座在正常使用情況下容易產(chǎn)生剪切變形、豎向壓縮變形、轉(zhuǎn)角變形等多種現(xiàn)象。支座剪切變形由橋梁產(chǎn)生的水平力引起，按照施工規(guī)定支座的剪切角要小于35度，當支座發(fā)生剪切變形后降低荷載能力，影響橋梁穩(wěn)定性。除此之外支座的脫空現(xiàn)象也對橋梁使用安全造成一定影響，主要原因包括梁體撓曲、支座墊石操作不當、梁體吊運應(yīng)力分布不均、梁體安裝技術(shù)缺陷等。在進行支座墊石過程中要嚴格把控施工技術(shù)，按照相應(yīng)施工規(guī)定進行支座墊石高度選擇。當發(fā)生橋梁支座脫空現(xiàn)象后，應(yīng)力無法向橋臺、墩傳輸，導致梁體直接受力，長期以往損壞梁體，進而影響橋梁使用效率，縮短橋梁使用壽命。支座脫空或變形都會造成橋梁不穩(wěn)，在車輛長期橫向縱向產(chǎn)生應(yīng)力的影響下將會對橋面造成一定損害，加大了養(yǎng)護難度，增加養(yǎng)護成本。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋加固后效果評價

以大己保橋為例：大己保橋為跨溝箐而設(shè)，位于直線上，上部結(jié)構(gòu)為裝配式結(jié)構(gòu)連續(xù)T形梁（7×20 m），翼板預(yù)制寬度1.60 m，梁間距2.30 m，翼板濕接頭寬度0.70 m，下緣馬蹄寬度0.48 m，腹板寬度自跨中漸變至梁端0.2 m～0.48 m。下部結(jié)構(gòu)橋墩為鋼筋混凝土圓形雙柱式墩，樁基礎(chǔ);橋臺為埋置式輕型橋臺，樁基礎(chǔ)。支座為橡膠板式支座。橋面采用瀝青混凝土和混凝土復合式鋪裝。主要病害：大量T形梁腹板產(chǎn)生豎向（豎斜向）裂縫;個別臺帽受橋面滲漏水污染，局部位置混凝土結(jié)構(gòu)有碳化腐蝕現(xiàn)象;樁基礎(chǔ)局部被沖刷外露情況;橋臺臺后路基有橫向裂縫等。結(jié)合病害進行分析，采用預(yù)應(yīng)力碳纖維板對裂縫進行加固及對其他病害進行修復，并通過荷載試驗進行檢測，以驗證加固效果：

2.1 動靜載荷試驗及測點布置

以大己保橋為例，靜載荷試驗測試內(nèi)容包括測試截面處的應(yīng)力及截面跨中撓度，測點布置將應(yīng)力測試與撓度測試分開設(shè)置。應(yīng)力測點于截面每片T梁各布置3個應(yīng)力測點，共計60個，采用靜態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)進行測試;撓度測點共設(shè)置12個，采用數(shù)顯百分表進行測試。動載荷試驗包括動力相應(yīng)試驗及動力特性試驗。大己保橋選用1輛加載車，以5 km/h、10 km/h、20 km/h、40 km/h幾種不同速度在試驗橋跨正常行駛，測試動態(tài)應(yīng)變，用于計算試驗沖擊系數(shù)，動應(yīng)力測試共設(shè)5個變測點，采用動態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)進行檢測（如圖6）。動力特性試驗采用環(huán)境隨機激振法，在橋面無任何交通荷載以及橋址附近無規(guī)則振源的情況下，通過測定橋梁由風荷載、地脈動、水流等隨機激勵引起的微幅振動來識別結(jié)構(gòu)自振特性參數(shù)。

2.2 橋梁結(jié)構(gòu)計算分析及試驗荷載布置

對于橋梁結(jié)構(gòu)計算通常使用橋梁工程軟件MIDAS Civil進行計算分析，在計算分析的基礎(chǔ)上，本次靜力試驗荷載采用載重汽車（重350 kN）充當，就某一檢驗項目而言，所需車載重量，根據(jù)設(shè)計控制荷載產(chǎn)生的檢驗項目（內(nèi)力和位移等）的最不利效應(yīng)值，以滿足下式所定原則等效換算而得：

式中：為靜力試驗荷載效率;

Sstate為試驗荷載作用下某一檢驗項目最大計算效應(yīng)值;

S為設(shè)計控制荷載作用下該檢驗項目的最不利計算效應(yīng)值;

為規(guī)范采用的沖擊系數(shù)。

在橋梁出現(xiàn)橋梁病害后進行加固前結(jié)構(gòu)計算分析，通過選取適當?shù)募庸碳夹g(shù)方式解決橋梁問題后采取加固后結(jié)構(gòu)計算分析并進一步進行荷載試驗，計算模型如下圖（圖7）。

2.3 荷載試驗分級及加載方式

為了獲得結(jié)構(gòu)試驗荷載與變位關(guān)系的連續(xù)曲線和防止結(jié)構(gòu)意外損壞，試驗荷載至少分為3～4級，逐級施加，直到最大值。在本項目中，對滿載為4輛車的加載截面，1級為加載1輛加載車，2級為加載2輛加載車，3級為加載3輛加載車，以此類推。每級加載后全部卸完該級荷載（如圖8）。

每次加載或卸載的時間取決于結(jié)構(gòu)變位達到穩(wěn)定標準時所需的時間，要求相鄰兩個荷載階段不能同時進行，在讀取數(shù)據(jù)時每間隔5分鐘讀取一次，確定結(jié)構(gòu)變位達到穩(wěn)定狀態(tài)在結(jié)構(gòu)變位最大的測點進行數(shù)據(jù)讀取。

3 加固實驗結(jié)果分析及評價

3.1 動力特性實驗結(jié)果分析

實驗表明自振頻率與結(jié)構(gòu)剛度有著明確的關(guān)系，當實測頻率大于計算頻率時，可認為結(jié)構(gòu)實際剛度大于理論剛度，反之則實際剛度偏小。比較自振頻率、振型及阻尼比的實測值與計算數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)，可根據(jù)其變化規(guī)律初步判斷橋梁技術(shù)狀況是否發(fā)生變化。當橋梁結(jié)構(gòu)存在或出現(xiàn)缺損時，一般會造成振型的變異，變異區(qū)段即為缺損所在區(qū)段。阻尼比參數(shù)可與歷史數(shù)據(jù)對比或同類橋梁歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)對比，如阻尼比明顯偏大，則證明橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況可能存在缺損或出現(xiàn)劣化。

3.2 荷載實驗結(jié)果分析

根據(jù)測試結(jié)果整合分析墩頂負彎矩截面T梁梁體結(jié)構(gòu)應(yīng)力校驗系數(shù)介于0.46～0.86之間，在評定規(guī)程建議的范圍之內(nèi);跨中截面T梁梁體結(jié)構(gòu)應(yīng)力校驗系數(shù)介于0.36～1.85之間，局部應(yīng)力超出理論計算值;翼板下部測點測值無規(guī)律。各測點均不存在超出規(guī)范限值的相對殘余應(yīng)力，這一現(xiàn)象表明所檢測橋跨結(jié)構(gòu)在試驗荷載下處于彈性工作狀態(tài)。

3.3 加固結(jié)果總體評價

通過多種方式的橋梁加固工藝對橋梁進行養(yǎng)護后，很大程度上實現(xiàn)破損位置的修復及緩解，采用預(yù)應(yīng)力碳纖維板對T形梁維修加固后，大已保橋的強度和剛度均得到較為明顯的改善，所檢橋跨現(xiàn)階段總體工作狀態(tài)滿足現(xiàn)行公路設(shè)計荷載等級要求，加固達到效果。

4 闡述建設(shè)與養(yǎng)護并重的趨勢的必要性和重要性

為了解決我國部分地區(qū)交通擁堵現(xiàn)象，國家大力支持公路橋梁建設(shè)事業(yè)的開展。建筑質(zhì)量是建筑企業(yè)的生之根本，但由于公路橋梁的使用特性，經(jīng)長時間風吹日曬及車輛不均勻壓力會導致建筑本體發(fā)生破損，如不及時進行養(yǎng)護將極大程度影響交通安全。要想使公路橋梁建筑發(fā)揮其最大經(jīng)濟價值，需進行建設(shè)養(yǎng)護兩手抓，在保證建設(shè)質(zhì)量的同時也要對公路進行實時監(jiān)控，及時對破損路面進行修復，破損程度較大的路面嚴重時會引發(fā)行駛車輛事故，造成惡劣后果。公路養(yǎng)護集公路修復與預(yù)防作用為一體，對出現(xiàn)的待修復路段進行針對性重整，對正常使用路面定期進行養(yǎng)護，有利于延長公路使用壽命。所以建設(shè)與養(yǎng)護并重是公路橋梁工程的主要發(fā)展方向。

5 結(jié)束語

綜上所述，公路橋梁在投入使用過程中會由于各種因素導致其發(fā)生破損，對此需要施工團隊及時進行養(yǎng)護工作，將公路病害帶來的危害降至最低，提升道路安全。

參考文獻：

[1]葛建勇.常用公路橋梁加固技術(shù)及其應(yīng)用探析[J].甘肅科技縱橫，2020，49（8）：59-62.

[2]陳亨山，吳艷琴.試論高速公路橋梁養(yǎng)護與維修加固施工技術(shù)[J].黑龍江交通科技，2020，43（10）：248-249.

[3]雷動.公路橋梁養(yǎng)護及維修加固施工技術(shù)淺析[J].科技風，2020（21）：94.

[4]田佳濱.公路橋梁施工管理及養(yǎng)護對策[J].交通世界，2020（18）：134-135.

[5]劉忠杰.公路橋梁養(yǎng)護及維修加固施工技術(shù)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2020（8）：117-118.