貴州省干線(xiàn)公路典型病害及加固方法

付義書(shū)，朱曉文，苗新歌

(1.貴州省高速公路管理局，貴州 貴陽(yáng) 550003；2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211112；3.河海大學(xué) 土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098)

0 引 言

近年來(lái)，隨著貴州省交通運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，交通量和汽車(chē)荷載等級(jí)都大幅度提高，當(dāng)?shù)嘏f橋也出現(xiàn)了不同程度的病害，承載能力嚴(yán)重下降，不得不采取加固措施。為了便于公路管理部門(mén)真實(shí)、有效的掌握這些省干線(xiàn)公路加固橋梁的典型病害和加固方法，為后期類(lèi)似橋梁的加固提供借鑒，提高橋梁的使用壽命，開(kāi)展省干線(xiàn)公路加固橋梁的典型病害統(tǒng)計(jì)及加固方法調(diào)研尤為必要。

采集了貴州省遵義、凱里、安順、畢節(jié)、銅仁等地108座加固橋梁的加固設(shè)計(jì)施工竣工驗(yàn)收資料，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研了23座加固橋梁，對(duì)這些橋梁的典型病害、處理情況及使用情況進(jìn)行了詳細(xì)的分析與總結(jié)。研究成果為貴州省公路橋梁典型病害制定出針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)措施，為病害出現(xiàn)后的橋梁維修加固處治措施的制定提供了參考。

1 加固橋梁的橋型分布與典型病害統(tǒng)計(jì)

1.1 貴州地區(qū)加固橋梁的橋型分布

根據(jù)調(diào)研所收集的資料，對(duì)這些橋梁按照橋型進(jìn)行了分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)圖1所示。

圖1 加固橋型統(tǒng)計(jì)分布

通過(guò)統(tǒng)計(jì)圖1可以看出，在調(diào)研的所有橋梁中，拱橋加固的數(shù)量居多，占比為75%，其次是梁橋，占比21%，其中空心板梁橋占比較高；其他類(lèi)型橋梁占比4%。出現(xiàn)這種情況的主要原因一方面是由于上世紀(jì)修建的公路橋梁中，限制于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件，鋼產(chǎn)量不高但石料較多；另一方面是梁橋具有工廠(chǎng)化預(yù)制，裝配式施工和良好的濟(jì)效益等優(yōu)點(diǎn)得到大量應(yīng)用。因此，本文選擇拱橋與空心板梁橋的典型病害及加固措施作重點(diǎn)研究。

1.2 貴州地區(qū)加固橋梁典型病害統(tǒng)計(jì)

對(duì)貴州境內(nèi)拱橋和梁橋加固位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)圖2所示。

由圖2(a)可知，拱橋的加固部位主要集中于主拱圈、腹拱圈、拱波、拱肋、橋臺(tái)墩以及側(cè)墻和橋面系等部位。76座拱橋中有63座對(duì)主拱圈進(jìn)行承載能力的提高加固，8座是對(duì)欄桿、橋面進(jìn)行更換與重新鋪裝，4座是對(duì)腹拱圈進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，1座單獨(dú)對(duì)橋臺(tái)增大截面加固?？梢?jiàn)，除了少部分拱橋由于橋面鋪裝破損嚴(yán)重進(jìn)行了橋面的銑刨、重新鋪裝改造外，其他的拱橋或多或少的都進(jìn)行了拱圈、橋臺(tái)的加固，提高了拱橋構(gòu)件的耐久性，增強(qiáng)了拱橋的承載能力。

由圖2(b)可知，梁橋的加固部位主要集中于主梁、橋臺(tái)、墩臺(tái)以及基礎(chǔ)這四個(gè)部位，其中只有4座橋梁未對(duì)主梁進(jìn)行加固，有15座對(duì)主梁進(jìn)行了耐久性或者承載能力提高方面的加固，2座更換主梁。這說(shuō)明部分梁橋的主梁承載能力達(dá)不到使用要求，病害突出，嚴(yán)重影響橋梁的使用。

圖2 貴州境內(nèi)橋梁加固位置統(tǒng)計(jì)

2 舊拱橋的典型病害原因及加固方法

2.1 典型病害及原因分析

在統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，舊拱橋的典型病害有。

(1)橋面病害

橋面病害包括橋面鋪裝坑洞、坑槽、擁包、集料外露及縱向開(kāi)裂。橋面病害產(chǎn)生的原因主要出現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面是橋面在鋪裝施工的過(guò)程中，鋪裝工藝不達(dá)標(biāo)，以致鋪裝厚度不一致，橋面整體性的缺乏導(dǎo)致橋面沉降部分形成。另一方面是因?yàn)闃蛄涸谕度脒\(yùn)營(yíng)后，惡劣環(huán)境、重載交通與橋梁后期維護(hù)不符合規(guī)范等因素引起的。

(2)主拱圈病害

主拱圈發(fā)生裂縫的形式比較多，環(huán)向裂縫、縱裂縫、頂裂縫等都是比較常見(jiàn)降低，需要結(jié)合不同情況采取必要的應(yīng)對(duì)措施。環(huán)向裂縫形成的原因就是拱肋與拱板之間過(guò)大的作用力，結(jié)構(gòu)的抵抗效果比較差，還有可能是間隔距離設(shè)置過(guò)大、強(qiáng)度不足等，受到結(jié)構(gòu)的抗拉或者抗剪的影響而產(chǎn)生的損壞問(wèn)題；在設(shè)計(jì)方案中，由于結(jié)構(gòu)特性不當(dāng)，主拱圈結(jié)構(gòu)的橫向剛度有一定的缺陷問(wèn)題，或者整個(gè)橫向結(jié)構(gòu)的不同位置受力有明顯差異，都會(huì)導(dǎo)致縱向裂縫的問(wèn)題；由于截面設(shè)計(jì)不當(dāng)，截面積過(guò)小、強(qiáng)度不足，受到縱向作用力而產(chǎn)生的拱肋徑向裂縫；拱腳的結(jié)構(gòu)是比較薄弱的，因?yàn)闃蚺_(tái)水平發(fā)生移動(dòng)的問(wèn)題，導(dǎo)致該位置出現(xiàn)彎矩的作用而發(fā)生裂縫問(wèn)題。

(3)拱頂下沉，拱肋產(chǎn)生橫向裂縫

拱頂出現(xiàn)下沉的問(wèn)題，多數(shù)都是由于車(chē)輛荷載以及橋墩地基強(qiáng)度不足的相互作用之下而形成的，拱座出現(xiàn)了一定的偏移。該問(wèn)題的發(fā)生是由于雙曲拱橋的抗變形能力不足所造成的。結(jié)構(gòu)自重以及車(chē)輛荷載的同時(shí)作用，縱向水平推力比較大，出現(xiàn)拱橋跨度增大的問(wèn)題，進(jìn)而發(fā)生了工作偏移、拱軸線(xiàn)彎曲的情況，最終導(dǎo)致拱肋橫向裂縫的問(wèn)題。

(4)拱上建筑結(jié)構(gòu)破損

拱上建筑是目前橋梁工程項(xiàng)目的橋面系組成部分，該結(jié)構(gòu)需要達(dá)到橋梁正常車(chē)輛通行的要求，將車(chē)輛作用給橋梁的荷載傳輸?shù)街鞴敖Y(jié)構(gòu)上。但是在實(shí)際運(yùn)行中，該結(jié)構(gòu)受到車(chē)輛活載的持續(xù)性作用，導(dǎo)致發(fā)生裂縫、變形等嚴(yán)重的問(wèn)題。

2.2 加固方法

(1)橋面系病害修復(fù)

橋面裂縫深度<0.2 mm，周邊結(jié)構(gòu)沒(méi)有出現(xiàn)破碎的問(wèn)題，應(yīng)用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿注入的方式實(shí)現(xiàn)封閉處理；裂縫>0.2 mm時(shí)，并且周邊結(jié)構(gòu)未破碎，注入瀝青材料進(jìn)行封閉處理；如果橋面結(jié)構(gòu)發(fā)生坑槽、破裂等病害問(wèn)題，需要及時(shí)將損壞部位清理掉，裸露出骨料材料，同時(shí)進(jìn)行全面清理處理，再涂抹和原橋面鋪設(shè)施工材料相同的水泥砂漿，最后在表面鋪設(shè)一層厚度為4.5 cm的鋪裝層，與原橋梁平齊；橋面鋪裝結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞嚴(yán)重的問(wèn)題，應(yīng)該及時(shí)鑿除，并且重新鋪設(shè)施工。

(2)結(jié)構(gòu)裂縫的修復(fù)

當(dāng)結(jié)構(gòu)裂縫寬度<0.15 mm，且裂縫產(chǎn)生與車(chē)輛荷載無(wú)關(guān)，可選擇砂漿或者環(huán)氧砂漿對(duì)裂縫進(jìn)行填縫處理；當(dāng)裂縫寬度>0.15 mm，深度較大且內(nèi)部存在空隙的問(wèn)題，主要處理措施為水泥灌漿修補(bǔ)、化學(xué)灌漿修補(bǔ)等；拱橋結(jié)構(gòu)如果強(qiáng)度性能不足，或者受力損壞嚴(yán)重?zé)o法達(dá)到正常運(yùn)行的要求，需要在拱橋表面粘貼鋼板結(jié)構(gòu)，其修復(fù)的原理是增大原拱橋結(jié)構(gòu)的鋼梁尺寸，避免裂縫進(jìn)一步的擴(kuò)張，提高結(jié)構(gòu)的受力效果，還可以全面提升結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪承載性能，即使車(chē)輛載荷較大也可以滿(mǎn)足運(yùn)行的要求。粘貼鋼板之后，鋼板和橋梁形成整體結(jié)構(gòu)，共同承載車(chē)輛載荷與橋梁自重的作用，保證結(jié)構(gòu)承載性能得到根本性提升。

3 空心板梁橋的典型病害及加固方法

3.1 典型病害及原因分析

此次調(diào)研中，貴州省干線(xiàn)公路上的空心板梁橋的典型病害是。

(1)橋面鋪裝縱向裂縫

預(yù)制裝配式空心板橋面結(jié)構(gòu)在運(yùn)行中容易發(fā)生縱向裂縫的病害問(wèn)題，一般在重車(chē)輪跡線(xiàn)的位置上發(fā)生。該問(wèn)題的形成原因如下所示：橋梁鋪裝層厚度較小、空心板橫向剛度性能較差、空心板鉸縫設(shè)計(jì)缺乏合理性，造成結(jié)構(gòu)抗剪能力不足而引發(fā)縱向裂縫的病害問(wèn)題；鉸縫澆筑施工質(zhì)量不合格，橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)性能比較差，結(jié)構(gòu)表面存在蜂窩、麻面等嚴(yán)重的問(wèn)題，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗?jié)B性不足，抗剪性能無(wú)法達(dá)到運(yùn)行要求；在車(chē)輛行駛之后，隨著車(chē)輛通行數(shù)量的逐步增多，空心板鉸縫以及鋪裝層結(jié)構(gòu)受到車(chē)輛持續(xù)荷載的作用，發(fā)生剪切損壞的問(wèn)題。隨著通車(chē)年限的逐步延長(zhǎng)，防水性能下降，雨水、雪水等進(jìn)入到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，造成縱向裂縫發(fā)展變大，損壞更加嚴(yán)重。

(2)鋼筋混凝土空心板橫向裂縫

預(yù)制裝配式空心板板底結(jié)構(gòu)發(fā)生橫向裂縫的問(wèn)題，通車(chē)是在1/4～1/2跨的位置上出現(xiàn)，同時(shí)還有其他的問(wèn)題。該問(wèn)題的發(fā)生原因如下：空心板因?yàn)殚L(zhǎng)期的水侵蝕的作用，鋼筋出現(xiàn)嚴(yán)重的銹蝕問(wèn)題，有效截面積尺寸減小，橫向承載性能變差；板底鋼筋保護(hù)層結(jié)構(gòu)厚度難以滿(mǎn)足運(yùn)行要求，通過(guò)振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓施工時(shí)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞而誘發(fā)橫向裂縫的問(wèn)題；車(chē)輛長(zhǎng)期通行作用之下，尤其是很多超載車(chē)輛出現(xiàn)，造成橋面鋪裝結(jié)構(gòu)損壞比較嚴(yán)重，同時(shí)受到車(chē)輛重復(fù)碾壓、沖擊的作用，造成剛度、強(qiáng)度性能下降而產(chǎn)生橫向裂縫的問(wèn)題。

(3)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板縱向裂縫

該問(wèn)題的發(fā)生率比較高，一般是降雨頻率極高的地帶出現(xiàn)，發(fā)生泛白、鈣化的問(wèn)題。板底裂縫發(fā)生在正常的運(yùn)行中，隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的延長(zhǎng)，車(chē)輛荷載增大的條件下，裂縫會(huì)更加嚴(yán)重，極大的影響橋梁的安全運(yùn)行?？v向裂縫發(fā)生原因如下：空心板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案不合理，箍筋數(shù)量少、直徑小、間隔距離過(guò)大等，造成抗彎性能不足；板底空心板受到內(nèi)外溫差的持續(xù)作用，形成橫向拉應(yīng)力，超出結(jié)構(gòu)承載性能而引發(fā)裂縫；混凝土保護(hù)層厚度比較小等。

(4)鉸縫病害

鉸縫病害發(fā)生之后，容易造成主梁結(jié)構(gòu)的性能下降，橫向連接失效，如果非常嚴(yán)重，極易出現(xiàn)單板受力條件的變化，進(jìn)而誘發(fā)更加嚴(yán)重的病害問(wèn)題，橋梁結(jié)構(gòu)性能下降，威脅交通運(yùn)行安全性。鉸縫病害的發(fā)生原因如下：設(shè)計(jì)方案確定的鉸縫尺寸較小，不能合理的設(shè)置鉸縫鋼筋材料，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度性能比較差，鉸縫傳力性能難以滿(mǎn)足要求；施工環(huán)節(jié)，空心板鑿毛的效果比較差，鉸縫結(jié)構(gòu)混凝土施工前，沒(méi)有進(jìn)行灑水保濕處理，新老混凝土結(jié)合效果不良；鉸縫鋼筋與梁板預(yù)埋件結(jié)構(gòu)的連接性能不足，或者混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量無(wú)法滿(mǎn)足要求；車(chē)輛通行之后，隨著車(chē)輛荷載的逐步增大，導(dǎo)致鉸縫結(jié)構(gòu)直接斷裂，單板受力損壞嚴(yán)重。

3.2 加固方法

(1)橋面連續(xù)維修及加固措施

橋面連續(xù)病害并不嚴(yán)重，連續(xù)的瀝青混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生單一橫向裂縫的問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)都會(huì)采用關(guān)注熱瀝青材料的方式處理；橋梁連續(xù)結(jié)構(gòu)部件，瀝青結(jié)構(gòu)發(fā)生較多的橫向裂縫問(wèn)題，通常需要將橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)全部清理掉，然后鋪設(shè)含有一定量聚酯纖維或者其他改性劑材料的瀝青混凝土，保證結(jié)構(gòu)的抗變形性能滿(mǎn)足要求，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合要求；橋面發(fā)生連續(xù)病害的問(wèn)題之后，及時(shí)將橋面周邊區(qū)域內(nèi)的損壞結(jié)構(gòu)清理掉，然后在連續(xù)兩側(cè)通過(guò)植筋工藝錨在空心頂板結(jié)構(gòu)內(nèi)，橋面連續(xù)性得到提升。

(2)空心板橫向、縱向裂縫維修及加固措施

空心板頂?shù)装蹇v、橫向裂縫較少時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)使用封閉膠進(jìn)行處理，達(dá)到填充、封閉的效果。如果裂縫數(shù)量比較多的情況下，應(yīng)用壓力注漿方式實(shí)施處理，提高封閉效果?？招陌鍣M向裂縫的問(wèn)題，還要粘貼鋼板加固，或者粘貼高強(qiáng)復(fù)合纖維材料的方式，保證結(jié)構(gòu)承載效果滿(mǎn)足要求?？招陌辶芽p數(shù)量較多，超出允許的標(biāo)準(zhǔn)，混凝土強(qiáng)度不足的情況下，應(yīng)該采用直接更換梁板結(jié)構(gòu)的處理方式。

(3)鉸縫病害的維修及加固措施

對(duì)于不嚴(yán)重的鉸縫病害問(wèn)題，只發(fā)生了局部滲水的問(wèn)題，且該部位并未出現(xiàn)縱向裂縫的問(wèn)題，通常應(yīng)用鉸縫灌漿方式實(shí)施預(yù)防性養(yǎng)護(hù)處理。鉸縫損壞嚴(yán)重的條件下，且出現(xiàn)縱向開(kāi)裂的問(wèn)題，空心板臨近或者完全單板受力，通常需要把鉸縫兩側(cè)的規(guī)定范圍內(nèi)橋面鋪裝層處理，將鉸縫部位清理干凈，然后植入鋼筋、粘貼鋼板以促進(jìn)結(jié)構(gòu)性能的提升，保證空心板橫向連接性能合格，最后需要進(jìn)行鉸縫和橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)的重新施工。在鉸縫損害數(shù)量較多時(shí)，應(yīng)該全面鑿除鋪裝結(jié)構(gòu)，植入鋼筋或者粘貼鋼板的方法以促進(jìn)空心板連接性能提升。

4 結(jié) 語(yǔ)

依據(jù)調(diào)研分析，梳理了貴州地區(qū)干線(xiàn)公路加固橋梁的結(jié)構(gòu)類(lèi)型、加固位置。得到了加固拱橋及空心板梁橋的典型病害，并對(duì)各個(gè)部位的典型病害進(jìn)行了成因分析；給出了各種典型病害的維修加固方法。論文的研究成果便于貴州橋梁管理與養(yǎng)護(hù)部門(mén)掌握干線(xiàn)公路橋梁的加固維修狀況信息;可以為今后類(lèi)似橋梁的檢測(cè)、養(yǎng)護(hù)和加固提供一個(gè)參考依據(jù)，迅速作出合理的養(yǎng)護(hù)建議或方案，提高養(yǎng)護(hù)水平。