高速公路橋梁承載力不足的檢測方法及加固措施

別宗霖

（陜西新西商工程科技有限公司，西安710000）

1 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國高速公路建設(shè)事業(yè)也取得重大成就，同時公路車輛保有量也越來越多，給高速公路運營過程帶來一定的挑戰(zhàn)和難度。在高速公路橋梁工程中，由于公路橋梁類型較多，不同類橋梁的施工難度也存在差異。當(dāng)公路橋梁運營通車一段時間后，隨著行車荷載的不斷影響，外加上氣候環(huán)境、人為因素等條件的干擾，公路橋梁各處結(jié)構(gòu)難免會出現(xiàn)病害問題，長時間下橋梁的承載能力會逐漸降低，影響了公路橋梁工程的安全性和穩(wěn)定性[1]，因此，需針對公路橋梁承載力不足進(jìn)行必要的檢測，并制定出有效的加固措施。本文針對公路橋梁承載力不足的相關(guān)問題提出一系列加固措施，并在具體工程中進(jìn)行應(yīng)用。

2 公路橋梁承載力不足檢測原理研究

公路橋梁在投入運營時，長期受到外界環(huán)境、材料老化以及行車荷載等因素的影響，較易出現(xiàn)橋梁病害問題，橋梁病害如圖1 和圖2所示，極大地降低了橋梁行車的安全性，容易引發(fā)橋梁交通事故，而橋梁工程的維修和養(yǎng)護(hù)成本較高，同時會造成較大的資源浪費。因此，在橋梁工程結(jié)構(gòu)修建及養(yǎng)護(hù)時，應(yīng)結(jié)合有效的檢測與加固技術(shù)進(jìn)行處理，提高橋梁整體質(zhì)量，確保加固后的橋梁可以快速正常運營。對橋梁混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查并加固的主要原因如下：

圖1 變形

圖2 裂紋

1）掌握橋梁病害情況。通過對橋梁工程混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)全面檢測，可以得到橋梁工程中詳細(xì)的質(zhì)量問題及病害情況，再結(jié)合勘測結(jié)果對橋梁損傷趨勢進(jìn)行預(yù)估并計算分析，得到橋梁工程承載能力，為后續(xù)橋梁加固處理提供依據(jù)。

2）確保橋梁運行安全。隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，公路上重載超載現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重，當(dāng)橋梁工程得不到及時檢測、加固維修處理，長期下來橋梁損壞加劇將導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。因此，只有及時針對橋梁損壞情況進(jìn)行必要性的加固處理，才能保證橋梁的運行安全。

3）提升橋梁經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)橋梁工程存在損傷問題但沒有及時進(jìn)行維修加固時，只能進(jìn)行重建，從而增加施工成本，并導(dǎo)致資源浪費。而橋梁維修加固僅需投入必要的橋梁維修、養(yǎng)護(hù)成本，所以間接提高了橋梁的經(jīng)濟(jì)效益。

橋梁結(jié)構(gòu)加固可有效提高橋梁整體承載能力和使用功能，由于橋梁工程所處區(qū)域環(huán)境不同，所以不同損傷程度對橋梁的影響則不一致，因此，采取的加固技術(shù)也不一樣。為了加強(qiáng)對橋梁結(jié)構(gòu)的加固維修處理，應(yīng)結(jié)合實際情況選擇合理的加固措施。其中，外包混凝土加固法主要應(yīng)用于橋梁墩臺、樁基礎(chǔ)以及拱橋等結(jié)構(gòu)上，其原理是將受力面積增大，起到減小結(jié)構(gòu)應(yīng)力的作用，提升結(jié)構(gòu)的受力能力，進(jìn)而達(dá)到加固的目的。外包混凝土加固法應(yīng)充分考慮混凝土自重對橋梁承載力的影響，否則其加固效果則得不到保障，反而增大結(jié)構(gòu)承重。體外預(yù)應(yīng)力加固法主要應(yīng)用于承載力下降且主梁存在裂縫病害的橋梁結(jié)構(gòu)。體外預(yù)應(yīng)力加固法主要是向主梁上施加體外預(yù)應(yīng)力，增大主梁結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度，提高橋梁整體承載能力。該方法在使用時應(yīng)封閉處理主梁上裂縫，避免主梁中的鋼筋腐蝕。

3 高速公路橋梁檢測方法分析

3.1 外觀檢測

高速公路橋梁的外觀檢測主要利用人工目測技術(shù)進(jìn)行展開，通過肉眼觀察可快速得到橋梁結(jié)構(gòu)部位中存在的病害問題，通過觀察若存在缺脂、間隙等問題時，應(yīng)在缺陷區(qū)域內(nèi)填充相同性質(zhì)的樹脂材料，并再次進(jìn)行加固修復(fù)處理[2]。另外，外觀檢測的過程中還需借助相關(guān)檢測設(shè)備和室內(nèi)試驗，施工技術(shù)人員利用攜帶式設(shè)備進(jìn)行橋面取樣，根據(jù)橋梁檢測相關(guān)規(guī)范進(jìn)行室內(nèi)檢測，并結(jié)合試驗結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和模擬，以達(dá)到橋梁病害的綜合評價，以此來針對病害問題制定出相應(yīng)的處理措施。

3.2 荷載試驗檢測

利用靜態(tài)荷載試驗和動態(tài)荷載試驗相結(jié)合的方式，結(jié)合應(yīng)力釋放原理來檢測混凝土結(jié)構(gòu)的彈性模量，可以快速有效地檢測出混凝土結(jié)構(gòu)的尺寸空間變形情況。另外，借助荷載試驗得到的檢測結(jié)果，通過橋梁計算軟件能進(jìn)一步得出橋梁的承載力標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而快速得出橋梁的承載力大小。

3.3 地質(zhì)雷達(dá)檢測

高速公路橋梁檢測中應(yīng)用的地質(zhì)雷達(dá)檢測方式屬于一種電磁法檢測技術(shù)。利用雷達(dá)設(shè)備中的發(fā)射天線將高頻率短脈沖的電磁波傳遞至橋梁結(jié)構(gòu)被檢測區(qū)域上，當(dāng)電磁波作用到不同介電常數(shù)的結(jié)構(gòu)物上時，會根據(jù)分界面的不同產(chǎn)生相應(yīng)的發(fā)射波，發(fā)射波回彈利用天線被雷達(dá)接收[3]。計算機(jī)主機(jī)記錄電磁波的整個走向，利用電磁波的走向、時間來計算出結(jié)構(gòu)物位置的具體情況。通過地質(zhì)雷達(dá)對高速公路橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分層次的檢測應(yīng)用，可以有效地得出結(jié)構(gòu)物的幾何尺寸、病害情況，其檢測效果較為理想。

4 工程概況

某高速公路建設(shè)項目全線長64.38 km，設(shè)計行車速度為100 km/h，雙向4 車道設(shè)計，公路全線的橋隧比為74.6%，路基寬度為24.5 m，路面均為改性瀝青混凝土結(jié)構(gòu)形式。由于該高速公路所處地區(qū)山區(qū)縱橫，地形地勢較為復(fù)雜，橋梁總長較大且數(shù)量眾多，給施工帶來一定的難度和挑戰(zhàn)。該高速公路自施工完畢到投入運營后，受行車荷載、雨水沖刷、溫差變化等因素的長期影響，大多數(shù)橋梁出現(xiàn)承載不足等現(xiàn)象。為提高公路橋梁通行能力，延長使用壽命，現(xiàn)決定對橋梁存在承載力不足的區(qū)域進(jìn)行檢測，并采用相應(yīng)的措施進(jìn)行加固處理。

5 公路橋梁加固措施

5.1 修補(bǔ)裂縫

高速公路橋梁工程中最常見的病害之一為裂縫。當(dāng)橋梁裂縫較小時，對橋梁橋面系的整體結(jié)構(gòu)影響較小，一般采用噴灑防水材料的方式對裂縫進(jìn)行填補(bǔ)即可，通過多層噴灑修補(bǔ)即可完成裂縫修復(fù)。而當(dāng)橋梁裂縫相對較大時，則會采用壓縮性與延展性均較好的瀝青膠結(jié)料進(jìn)行填補(bǔ)，填補(bǔ)過程中遵循低壓慢速的原則[4]。實際應(yīng)用中，裂縫修補(bǔ)的另一種常用方式為鋼板法，利用鋼釘和樹脂將各塊鋼板連接固定，再采用膨脹型螺栓固定住橋梁主體和鋼板結(jié)構(gòu)，通過整體加壓的方式實現(xiàn)裂縫的修補(bǔ)，該方法可有效抑制裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)散作用。

5.2 混凝土再澆筑

公路橋梁在施工過程中由于長期受到外界水文地質(zhì)的影響，往往會出現(xiàn)橋梁彎曲現(xiàn)象。為解決此類問題，施工技術(shù)人員通常會采用混凝土再澆筑方式進(jìn)行處理，以此來提高公路橋梁的穩(wěn)定和強(qiáng)度。展開混凝土再澆筑施工前，先針對橋面鋪裝層進(jìn)行清理，徹底清潔后再進(jìn)行二次混凝土澆筑，增強(qiáng)橋梁彎曲部位的厚度和高度，結(jié)合混凝土再澆筑施工技術(shù)來進(jìn)一步加大橋梁結(jié)構(gòu)整體抗剪切強(qiáng)度。

5.3 錨噴加固

在橋梁加固應(yīng)用中常用到錨噴加固技術(shù)進(jìn)行展開，通過噴射手段將鋼筋網(wǎng)和錨桿加固成一個整體[5]。提前在施工材料中摻加速凝劑，再充分混合，促進(jìn)施工材料的凝結(jié)作用，并可確保路面的整體強(qiáng)度，且可以保證公路橋梁施工的進(jìn)度和質(zhì)量。進(jìn)行錨噴施工時，應(yīng)結(jié)合實際施工狀況進(jìn)行混凝土材料運輸和澆筑，省略常規(guī)的橋梁加固環(huán)節(jié)，所以大大簡化了橋梁加固作業(yè)，提升橋梁施工效率。

5.4 預(yù)應(yīng)力加固

針對鋼筋混凝土構(gòu)件的彎曲問題，常用到預(yù)應(yīng)力加固方式進(jìn)行處理，將預(yù)應(yīng)力和外加荷載充分結(jié)合，使得拉桿件內(nèi)部產(chǎn)生充分的軸向力，這樣可有效避免外界荷載對公路橋梁結(jié)構(gòu)的不好影響，進(jìn)而促進(jìn)公路橋梁整體抗彎沉能力與抗剪切效果，并且能促進(jìn)橋梁各構(gòu)件的完整性，預(yù)防橋梁混凝土構(gòu)件上裂縫的擴(kuò)散和發(fā)育。

5.5 施工質(zhì)量控制

5.5.1 金屬錘擊測試

利用金屬型錘對公路橋面上的修復(fù)區(qū)域進(jìn)行輕敲擊，結(jié)合產(chǎn)生聲音的不同來評價橋梁病害的修復(fù)情況。若存在橋梁病害無法徹底修復(fù)時，可應(yīng)用針管注漿形式進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)后若裂縫處的黏結(jié)面積仍低于95%時，此為無效黏結(jié)處，應(yīng)予以切除[6]。

5.5.2 拉拔試驗

應(yīng)用粘貼纖維拉拔儀展開現(xiàn)場拉拔試驗，規(guī)定抗拉強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計要求規(guī)定的2.5 MPa，試驗區(qū)域內(nèi)每500 m2設(shè)定一個測點，檢測結(jié)果不合格區(qū)域應(yīng)再次原地取樣測試，若仍不合格則應(yīng)切除后再加固檢測，直至合格為止。

5.5.3 目測

針對已修復(fù)區(qū)域裂縫采用基本目測法觀測，通過觀察若存在缺脂、間隙等問題時，應(yīng)在缺陷區(qū)域內(nèi)填充相同性質(zhì)的樹脂材料，并再次進(jìn)行加固修復(fù)處理。

6 結(jié)語

高速公路橋梁工程經(jīng)過一段時間的通車運營后，其結(jié)構(gòu)各處難免會存在不同程度的病害問題，導(dǎo)致橋梁穩(wěn)定性和安全性降低，因此，需進(jìn)行必要的病害檢測和加固處理，本文基于此，提出幾種橋梁檢測方法，包括外觀檢測、承載力檢測、雷達(dá)檢測等，并重點研究橋梁病害加固措施，研究結(jié)論證實了橋梁加固處理的必要性和可行性。