高速公路橋梁結(jié)構(gòu)病害及加固技術(shù)分析

吳璟

（安徽省交通控股集團(tuán)池州高速公路管理中心，安徽 池州 247100）

隨著時(shí)間的流逝，道路橋梁會(huì)在交通流量和自然環(huán)境的影響下，陸陸續(xù)續(xù)的出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，這些問(wèn)題不僅會(huì)影響行人的車(chē)輛安全，也會(huì)影響到市政市容，甚至是日常的使用。如果在問(wèn)題出現(xiàn)之后，不采用措施進(jìn)行修理改善，日后的安全隱患可想而知。因此，通過(guò)對(duì)道路橋梁的日常檢查和安全維修，以及必須進(jìn)行的橋梁加固和改造等方法，就能最大程度地保證在長(zhǎng)期的交通流量壓力下道路的安全使用以及使用的時(shí)間。

1 高速公路橋梁加固的重要性

據(jù)調(diào)查，在大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)中，存在許多歷史悠久的橋梁，這些橋梁數(shù)量非常廣泛，提升了橋梁的加固難度。根據(jù)相關(guān)資料顯示，美國(guó)有超過(guò)百分之四十的道路橋梁受到不同程度的破壞，其中較為聞名的有處于美國(guó)西佛羅里達(dá)州的，連接于波因特普萊森特與俄亥俄州的一座吊橋，這座吊橋因?yàn)槔匣l(fā)生斷裂，給當(dāng)?shù)厝嗣竦娜粘?lái)了極大的不便和困擾，甚至對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也造成了不可磨滅的損失。

隨著我國(guó)對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)的投資，交通運(yùn)輸事業(yè)取得了令人矚目的飛速發(fā)展，道路橋梁的發(fā)展面貌日新月異，其中的成果不僅在我國(guó)取得成就，甚至在世界上都取得了令人矚目的發(fā)展。中國(guó)作為全世界最大的發(fā)展中國(guó)家，雖然在建設(shè)時(shí)考慮了不同地區(qū)的經(jīng)濟(jì)情況和社會(huì)發(fā)展，以及技術(shù)水平等多方面的能力，也給予了比較先進(jìn)的技術(shù)和材料等，但是還是會(huì)與先進(jìn)國(guó)家存在許多的差別。因?yàn)槲覈?guó)人口的大基數(shù)，交通的流量壓力增長(zhǎng)迅速，超載和超運(yùn)輸量的情況時(shí)常出現(xiàn)，這些不規(guī)范的現(xiàn)象都會(huì)對(duì)道路和橋梁造成不可磨滅的傷害，會(huì)直接提升橋梁破損的概率。

時(shí)間在不停地流逝，道路橋梁終究有一天會(huì)變成破損、老舊。在幅員遼闊的中國(guó)，如今依舊存在著舊路舊橋數(shù)量大、危害多等問(wèn)題，同時(shí)還存在不同程度的風(fēng)險(xiǎn)，而產(chǎn)生問(wèn)題的主要原因在于結(jié)構(gòu)的不合理和建設(shè)安裝階段的不嚴(yán)謹(jǐn)、檢查維護(hù)的頻率低等方面，所以對(duì)破舊道路橋梁的改造不容忽視。

在我國(guó)國(guó)情的基礎(chǔ)下，對(duì)舊橋的維修改善加固在操作上是可執(zhí)行，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展上是合情合理的一個(gè)舉措。在較小的資金流下，采用合理的維修加固技術(shù)，以此修復(fù)和加強(qiáng)老舊道路橋梁的承受、載重、運(yùn)輸能力以及日常通行使用的能力，這個(gè)高性價(jià)比的舉措不僅可以給社會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)影響，還可以延長(zhǎng)使用時(shí)間提高運(yùn)輸?shù)哪芰?。?duì)舊路舊橋的維護(hù)加固，只需要花費(fèi)建設(shè)新橋梁的不到五分之一的資金，可有效提高了建設(shè)性價(jià)比，在中國(guó)加固橋梁的資金僅僅只有新建橋梁的21%～25%。

2 高速公路橋梁結(jié)構(gòu)的病害

2.1 地基沉降不均勻

道路橋梁出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題較為常見(jiàn)的因素之一包含路橋的地基發(fā)生沉降不均勻，從而影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性，容易在表層炸裂出裂痕，甚至?xí)l(fā)生倒塌，斷裂等會(huì)造成人員傷亡的事故。所以施工和監(jiān)理單位要根據(jù)發(fā)生地基不均勻沉降的原因，分析原因制定相應(yīng)的一系列措施，從而在問(wèn)題發(fā)生以前進(jìn)行預(yù)防，在發(fā)生時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救，最大程度地避免項(xiàng)目可能造成的損失。在施工過(guò)程中，要按照設(shè)計(jì)和規(guī)范進(jìn)行施工，切勿偷工減料，因小失大。施工單位還要?jiǎng)?chuàng)造良好的施工環(huán)境，形成有利條件使施工質(zhì)量較大程度地滿足施工設(shè)計(jì)的要求。監(jiān)理人員也要去工地進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種不規(guī)范的操作。監(jiān)理人員還要保證施工材料的質(zhì)量問(wèn)題，從源頭避免地基可能會(huì)存在的問(wèn)題。通過(guò)以上措施的實(shí)施，地基不均勻沉降的問(wèn)題將會(huì)得到質(zhì)的提高。

2.2 伸縮縫病害

伸縮縫的病害損壞是比較常見(jiàn)的影響道路橋梁質(zhì)量安全的因素。伸縮縫出現(xiàn)病害的原因主要包括幾個(gè)方面。1）設(shè)計(jì)缺陷；2）進(jìn)行建造時(shí)使用的伸縮縫型號(hào)不規(guī)范；3）路橋的地基施工以及預(yù)制的梁板柱的尺寸大小不一致，在實(shí)際施工時(shí)造成的板之間的空隙和設(shè)計(jì)時(shí)的空隙不同；4）在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有實(shí)地考察，現(xiàn)實(shí)施工時(shí)伸縮量不相符合；5）“反開(kāi)槽法”在實(shí)際的施工過(guò)程中出現(xiàn)粗心馬虎，錯(cuò)誤操作引起的損害。

在施工過(guò)程中，搭建橋梁采用了 “搭接角鋼+橡膠條”的簡(jiǎn)易伸縮縫裝置。這種方式的最上層平鋪瀝青混凝土，伸縮縫的上部的高度和橋面相同。這種設(shè)計(jì)雖然使伸縮縫的平整度得到了提高，但是橋梁的混凝土和板之間的同時(shí)伸縮的情況卻被忽視了。所以，如果采用這種施工方式，在路橋開(kāi)始使用后，會(huì)產(chǎn)生混凝土開(kāi)裂，因?yàn)闇囟仍蛟诙境霈F(xiàn)冷縮，在夏季高凸出來(lái)的情況，從而引發(fā)溫度裂縫，嚴(yán)重影響路橋的使用情況，降低使用壽命。

2.3 墩柱出現(xiàn)病害

橋梁的墩柱如果出現(xiàn)損壞也會(huì)影響到橋梁的使用情況。橋梁的墩柱在建成后一直投入使用，隨著時(shí)間的流逝，不僅要受到雨雪、大風(fēng)、流水壓力的侵蝕，還要遭受來(lái)自上層結(jié)構(gòu)和車(chē)輛荷載的重力。通過(guò)各種自然因素和重力的影響，橋梁的墩柱會(huì)受到超負(fù)荷的影響，輕則出現(xiàn)表面裂紋，柱身輕微偏移，重則出現(xiàn)斷裂等嚴(yán)重?fù)p害。

2.4 凍融現(xiàn)象

天氣情況也會(huì)影響到橋梁的質(zhì)量安全，特別是在凍融現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)。凍融傷害的產(chǎn)生主要包括幾個(gè)方面：1）自然環(huán)境的因素；2）橋梁自身的混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋質(zhì)量不達(dá)標(biāo)；3）在后期使用時(shí)維修保養(yǎng)的頻率不高。在中國(guó)的西部地區(qū)，因?yàn)樘鞖獾淖兓獪y(cè)，凍融現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)，一凍一融交替反復(fù)的循環(huán)，從而結(jié)構(gòu)脆變出現(xiàn)裂痕。在一些地區(qū)雖然對(duì)橋梁進(jìn)行了加固，但是因?yàn)樾屡f混凝土的交融出現(xiàn)問(wèn)題，還會(huì)產(chǎn)生裂縫。凍融現(xiàn)象的出現(xiàn)更是使這個(gè)情況變得更加嚴(yán)重。

2.5 梁端頭損壞

梁的頂端出現(xiàn)破損也是造成橋梁損害的因素之一。梁的端頭出現(xiàn)損壞在道路橋梁的結(jié)構(gòu)中是出現(xiàn)損壞較為常見(jiàn)的一個(gè)部位，而且修復(fù)難度較大，修復(fù)完好的概率較低。梁的端頭出現(xiàn)損壞主要包含幾個(gè)方面：首先，設(shè)計(jì)階段失誤。在初步設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員沒(méi)有實(shí)地考察，計(jì)算出現(xiàn)差錯(cuò)，設(shè)計(jì)與實(shí)地不符，從而在實(shí)際使用中經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年累月的反復(fù)碾壓，造成梁端頭的損壞，導(dǎo)致裝置反應(yīng)不靈敏；其次，施工階段失誤。在實(shí)際的施工現(xiàn)場(chǎng)，施工人員沒(méi)有嚴(yán)格按圖施工，從而造成后續(xù)的破損。因此在日常施工時(shí)，梁端伸縮縫的施工應(yīng)該放在重要位置，仔細(xì)施工，著重檢查；最后，日常的維修養(yǎng)護(hù)不到位。如果日常的養(yǎng)護(hù)工作不到位，伸縮裝置的損壞就會(huì)時(shí)常發(fā)生，嚴(yán)重影響了道路橋梁的日常使用，降低使用期限。

2.6 橋梁鋼筋腐蝕

對(duì)橋梁的使用壽命起到關(guān)鍵性作用之一是建造橋梁時(shí)使用的鋼筋質(zhì)量，如果橋梁使用較好質(zhì)量的鋼筋，則會(huì)顯著延長(zhǎng)其使用壽命。在實(shí)際的項(xiàng)目中，保護(hù)層的厚度以及化學(xué)物質(zhì)的浸入等原因，通常情況下是造成鋼筋腐蝕的主要因素，所以對(duì)鋼筋的腐蝕防治工作要作為橋梁施工的工作重心。如果橋梁的鋼筋出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕，鋼筋的力學(xué)特性就會(huì)發(fā)生明顯的降低，對(duì)橋梁的混凝土以及各個(gè)部位的結(jié)構(gòu)都發(fā)生嚴(yán)重的損害，更嚴(yán)重的情況下將會(huì)影響到橋梁的安全，可能發(fā)生坍塌、斷裂等事故。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論可以看出，鋼筋所處的環(huán)境情況以及混凝土保護(hù)層的厚度、強(qiáng)度都會(huì)對(duì)鋼筋的腐蝕程度造成不同程度的影響?；炷帘Ｗo(hù)層起到隔絕鋼筋與周?chē)h(huán)境的作用，避免鋼筋受到空氣和化學(xué)物質(zhì)的侵害。但是因?yàn)榛炷磷陨泶嬖诩?xì)小的空隙，所以不能百分之百起到隔絕的作用。特別是在混凝土剛性塑變發(fā)生炸裂時(shí)，會(huì)讓更大面積的鋼筋與周?chē)h(huán)境接觸，而后發(fā)生腐蝕。

3 高速公路橋梁結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)

3.1 擴(kuò)大基礎(chǔ)

加固高速公路道路和橋梁結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)可以通過(guò)擴(kuò)大基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行加固，當(dāng)橋梁的基礎(chǔ)承載力比較弱時(shí)可使用該方法，當(dāng)墩臺(tái)屬于混凝土剛性實(shí)體以及磚石時(shí)也可使用該方法。另外對(duì)于沉降不均勻的橋梁基礎(chǔ)，而且地基的土質(zhì)極為堅(jiān)實(shí)時(shí)可以采用擴(kuò)大基礎(chǔ)法對(duì)其進(jìn)行加固。當(dāng)橋梁底部中的地基承載力出現(xiàn)不足時(shí)，可以在橋梁基礎(chǔ)下增加一些樁，這樣可以有效提升其承載力，不過(guò)一般來(lái)說(shuō)，添加樁的數(shù)量應(yīng)按照橋梁地基的變形程度來(lái)制定。

使用擴(kuò)大基礎(chǔ)法的施工過(guò)程較為簡(jiǎn)單，但其具有非常明顯的缺點(diǎn)，在使用該方法時(shí)必須讓新基礎(chǔ)與老基礎(chǔ)連為一體，讓其共同承擔(dān)橋梁上部的所有荷載，所以這種加固方式的資金成本極高，無(wú)法完全控制最終的加固效果。

3.2 增加截面

在加固高速公路橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)，可以使用加大截面來(lái)進(jìn)行加固，這種方式還可稱(chēng)為外包混凝土加固法。加大截面加固法的原理為利用增加混凝土結(jié)構(gòu)的配筋以及橫截面面積來(lái)加固道路橋梁。另外，也可以通過(guò)提升主梁的梁柱高度和寬度，或者橋面面板的總體厚度來(lái)達(dá)到加固目的。這種加固方法的操作比較簡(jiǎn)單，而且具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。若是施工人員的技術(shù)水平比較高，可熟練運(yùn)用，能有效提升橋梁的橫向剛度，增加主橋橋梁的實(shí)際加固效果。但是加大截面這種加固方法具有明顯缺點(diǎn)，其在實(shí)際施工中需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的濕作業(yè)，當(dāng)加固之后，高速公路橋梁的凈空會(huì)有所減少。

3.3 使用碳纖維

碳纖維加固法的原理為使用專(zhuān)業(yè)的樹(shù)脂將碳纖維和混凝土結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行粘貼，這時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)以及碳纖維會(huì)形成全新的受力體，有一部分負(fù)載將被碳纖維所承受，鋼筋的應(yīng)力也會(huì)因此減少，從而達(dá)到加固目的。使用碳纖維加固法不會(huì)提升橋梁結(jié)構(gòu)的截面面積以及自重，而且還不會(huì)減少其凈空高度，施工過(guò)程也比較便利，并不會(huì)對(duì)高速公路橋梁的原始結(jié)構(gòu)造成損傷。另外，由于碳纖維具有較強(qiáng)的抗疲勞性以及耐腐蝕性，所以其加固效果非常持久與明顯。不過(guò)需要注意當(dāng)溫度高于60℃時(shí)環(huán)氧樹(shù)脂會(huì)軟化，因此若是高速公路橋梁的地面溫度經(jīng)常高于60℃，則不可使用該加固法。

3.4 預(yù)應(yīng)力加固

預(yù)應(yīng)力加固方法在高速公路橋梁結(jié)構(gòu)中，主要為加固混凝土受彎結(jié)構(gòu)，該方法的最終目的為改善橋梁結(jié)構(gòu)的整體受力效果。預(yù)應(yīng)力加固法的原理為在外部對(duì)受彎部件施加一定的預(yù)應(yīng)力，其可以有效抵消橋梁因?yàn)橥獠亢奢d過(guò)重而出現(xiàn)的不良影響，提升高速公路橋梁結(jié)構(gòu)的抗彎曲能力以及抗承載能力，讓橋梁得到均勻的受力，保證高速公路橋梁在使用時(shí)的安全。除此之外，在高速公路橋梁結(jié)構(gòu)中使用預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，還可以緩解混凝土出現(xiàn)裂縫和已有裂縫的加深。如今我國(guó)的高速公路橋梁結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)較為成熟，使用這種方法可以利用預(yù)應(yīng)力下?lián)卫瓧U開(kāi)展加固工作，讓橋梁中的承重結(jié)構(gòu)得到緊密結(jié)合，以此形成一個(gè)整體，使其成為全新的超靜定結(jié)構(gòu)，從而增加高速公路橋梁的受力性能。

3.5 裂縫修補(bǔ)

裂縫修補(bǔ)加固法可以修補(bǔ)高速公路橋梁中的存在裂縫，因此其屬于修補(bǔ)施工工程技術(shù)。這種技術(shù)的適用范圍非常廣泛，當(dāng)高速公路橋梁的表面存在裂縫時(shí)，其可以進(jìn)行修補(bǔ)、填充以及灌漿等施工技術(shù)，一般選擇施工技術(shù)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際的施工環(huán)境，以及施工對(duì)象的具體情況而定。表面裂縫修補(bǔ)加固法主要使用于裂縫較淺的高速公路橋梁表面，其裂縫深度不宜大于20mm。該技術(shù)的施工步驟為：1）使用特殊材料涂抹高速公路橋梁表面，例如水泥漿以及環(huán)氧膠泥等，將操作頻率控制在5min/次，直到其厚度為1mm；2）基于上步基礎(chǔ)進(jìn)行瀝青涂抹，這樣有防腐保護(hù)的效果；3）使用玻璃纖維覆蓋高速公路橋梁的表面，這樣可有效減少外界因素對(duì)高速公路橋梁表面造成的不良影響。

3.6 混凝土置換

在使用混凝土置換的加固技術(shù)時(shí)，需要注意其適用范圍，當(dāng)加固范圍為高速公路道路橋梁的承壓區(qū)域時(shí)，可以使用該技術(shù)。若高速公路道路橋梁的承壓區(qū)域存在承壓能力下降或者結(jié)構(gòu)缺陷時(shí)通過(guò)混凝土置換加固技術(shù)來(lái)進(jìn)行加固，這種技術(shù)的施工比較便利，不會(huì)影響橋梁下的凈空。但是該技術(shù)容易腐蝕鋼筋，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇是否適用該技術(shù)進(jìn)行加固。

3.7 錨噴加固

在加固高速公路橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)可以使用錨噴技術(shù)進(jìn)行加固，噴射硅的工藝材料、性能以及結(jié)構(gòu)等其他方面與普通的現(xiàn)澆硅有所不同，其具有更多優(yōu)點(diǎn)。若在施工中增加速凝劑，可以使其具有早期強(qiáng)度高以及快凝等特點(diǎn)。該技術(shù)不需要使用側(cè)向模板，其會(huì)把澆筑、運(yùn)輸以及搗固組合成一道工序，占地面積非常小、速度比較快，而且使用的設(shè)備比較簡(jiǎn)單，能夠減少勞動(dòng)力，更重要的一點(diǎn)為使用錨噴加固技術(shù)進(jìn)行高速公路橋梁結(jié)構(gòu)加固時(shí)，不會(huì)中斷交通，所以對(duì)群眾的生活不會(huì)帶來(lái)不利的影響。

3.8 注漿加固

在高速公路橋梁的加固工作中，會(huì)經(jīng)常使用注漿加工技術(shù)。在使用該技術(shù)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的注漿加固方法。若使用花管注漿法進(jìn)行注漿加固，則需要保證鋼管的埋入深度符合設(shè)計(jì)需求，若是在成孔作業(yè)中發(fā)生阻礙現(xiàn)象，則需要使用鋼釬進(jìn)行引孔，以此解決存在的阻礙問(wèn)題。另外，當(dāng)注漿工作結(jié)束后，應(yīng)重點(diǎn)觀察注漿液的沉降現(xiàn)象，若是不再下沉，則代表注漿成功，當(dāng)混凝土固化后本次加固處理可宣告一段落。

3.9 橋面鋪裝層加固

橋面鋪裝層加固應(yīng)結(jié)合橋梁的具體情況開(kāi)展施工，切忌不得盲目施工，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的加固以及養(yǎng)護(hù)方案，一般來(lái)說(shuō)，在修復(fù)橋梁的橋面時(shí)，可使用局部修補(bǔ)法，把局部產(chǎn)生的脫落情況進(jìn)行相應(yīng)的加固以及維修。在進(jìn)行維修之前應(yīng)考慮橋梁自身的承載能力，選擇對(duì)應(yīng)的方案，當(dāng)其承載能力較弱時(shí)，則需要將損壞的部分除去，隨后使用混凝土進(jìn)行加固，反之若是橋梁自身的承載能力極強(qiáng)，只需要在損壞處的表面增加一層瀝青混凝土，不用拆除就可順利完成橋面的加固修復(fù)工作。

3.10 外包裹型加固

外包裹型加固這一技術(shù)主要為采用粘結(jié)或者包裹等方式把鋼板、型材等固定，對(duì)構(gòu)件外部位置進(jìn)行加固，其具有受力結(jié)構(gòu)極為可靠、工作量小以及操作方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。在對(duì)砼結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理時(shí)，施工人員可采用濕式外包加固技術(shù)進(jìn)行處理，根據(jù)實(shí)際的破損程度來(lái)選擇型鋼，采用環(huán)氧樹(shù)脂把型鋼粘結(jié)在砼構(gòu)件外部，讓二者緊密地連接在一起，當(dāng)以上操作全部完成之后，承壓結(jié)構(gòu)的受拉面積和壓力將會(huì)受到砼結(jié)構(gòu)和型鋼的影響產(chǎn)生變化，以此提升橋梁整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和剛度。

4 結(jié)語(yǔ)

不管是哪個(gè)地方想發(fā)展，則必須修筑道路，建設(shè)高速公路道路以及橋梁可有效促進(jìn)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)揮，而且當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快時(shí)還有助于高速公路橋梁工程的進(jìn)步?；舅械母咚俟窐蛄汗こ潭即嬖谑┕すば蜉^為復(fù)雜、施工時(shí)間較長(zhǎng)以及對(duì)施工質(zhì)量的要求較高等特點(diǎn)，因此會(huì)增加施工單位的壓力。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，在高速公路橋梁工程的施工中會(huì)因?yàn)橐恍┮蛩貙?dǎo)致其出現(xiàn)病害，而病害將會(huì)影響其整體質(zhì)量。所以為了保證高速公路橋梁工程施工的質(zhì)量必須分析每個(gè)施工階段，以此尋找產(chǎn)生病害的原因，選擇合理的方式進(jìn)行解決。另外，加固高速公路橋梁工程有助于延長(zhǎng)其使用年限，并提升質(zhì)量，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇具體的加固方式，例如擴(kuò)大基礎(chǔ)、增加截面等，以此提升群眾的出行安全。