道路橋梁結(jié)構(gòu)病害與加固施工分析

文／汪艷明、侯磊、曹藝 北京市市政一建設(shè)工程有限責任公司 北京 100083

引言：

交通運輸?shù)陌l(fā)展取決于道路建設(shè)的水平。在施工建設(shè)中，公路橋梁建設(shè)作為公路建設(shè)的重要組成部分,是公路建設(shè)過程中需要高度重視的一部分。道路和橋梁的建設(shè)也與經(jīng)濟發(fā)展密切相關(guān)。道路和橋梁損壞的可能性也不同。道路和橋梁的建設(shè)或多或少都存在病害問題對道路和橋梁病害的準確分析有助于道路和橋梁的有效修復(fù)它可以有效地保護道路和橋梁,提高道路和橋梁的使用質(zhì)量和使用壽命。本文的目的是分析道路和橋梁工作的常見病害并提出適當?shù)闹委煼桨浮?/p>

1.課題研究目的

我國道路橋梁工程建設(shè)的難度非常大，工程進度控制力度不夠，施工資源配置的不合理，施工監(jiān)管不嚴格，都造成了道路橋梁施工管理的不足。在國外，由于較早開始大規(guī)模興建基礎(chǔ)設(shè)施，所以工程技術(shù)人員很早就注意到橋梁中廣泛存在的裂縫問題。目前發(fā)達國家相關(guān)技術(shù)人員的工作集中在橋梁的養(yǎng)護、維修和加固等方面。在這種情況下針對橋梁的裂縫問題開展研究，提出相應(yīng)的防治和橋梁加固方案，對于橋梁的正常運營具有十分重要的意義[1]。在我國隨著交通運輸業(yè)的迅猛發(fā)展，近年來很多城市橋梁的交通流量超過設(shè)計預(yù)期流量并且車輛超載超限的現(xiàn)象經(jīng)常存在，加之早期施工在質(zhì)量監(jiān)督和施工建設(shè)時可能存在的不甚規(guī)范，使建造的橋梁存在較大的安全性隱患。在施工過程中不嚴格按照施工標準使用材料上偷工減料，使橋梁存在嚴重的質(zhì)量隱患由于雨雪天風力腐蝕或熱脹冷縮等外界氣候因素影響，或水火災(zāi)、地震等自然災(zāi)害的影響導(dǎo)致的橋梁結(jié)構(gòu)破壞。車輛載重和車流量的不斷增加使得橋梁荷載的增加使得橋梁需要加固和維修橋梁所在地區(qū)的地質(zhì)條件不良，橋梁受到滑坡等地質(zhì)災(zāi)害影響而導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)破壞。有相當數(shù)量的橋梁已經(jīng)存在裂縫病害，對橋梁的使用壽命造成了一定程度的影響。同時從目前我國項目建設(shè)角度看，隨著資金短缺和建設(shè)難度的提高，除了一部分新橋的建設(shè)外對橋梁進行維修加固以增加橋梁使用壽命成為橋梁工程人員需要克服的一大難題。因此對橋梁裂縫形成原因進行分析從而制定出科學(xué)的維修加固方法進而改善橋梁耐久度及安全性成為一項具有重要意義的科研課題。

2.橋梁加固技術(shù)研究意義

舊橋梁加固技術(shù)是對舊橋梁進行測試和評估,改造,加固和維修的技術(shù)。目前我國橋梁加固的對象主要是20世紀20 年代和80 年代建造的公路橋梁,有必要對舊橋梁的狀況進行客觀評估,以選擇更合理的橋梁加固方案拆除和重建橋梁需要對人力財力和物力資源進行大量投資,這與可持續(xù)經(jīng)濟發(fā)展的概念不相容。即使是世界上最發(fā)達的國家現(xiàn)在也在爭奪大量的人力和物力資源,以進行技術(shù)研究以加強危險的舊橋梁。在建造新橋梁時他們?nèi)匀环浅Ｖ匾暸f橋梁的有用價值過。建設(shè)和培育的原則是從實際出發(fā)及時提出的,交通運輸部要求各級監(jiān)管部門認真貫徹這一原則定期測試橋梁,加固受損的橋梁,維護沒有可見疾病的橋梁可以延長橋梁的使用壽命并確保其安全運行。加固受威脅的舊橋?qū)Τ杀竟?jié)約和效率產(chǎn)生積極影響。另外氣候作用化學(xué)侵蝕引起的結(jié)構(gòu)老化以及勘察、設(shè)計施工、養(yǎng)護等方面存在著缺陷這些因素都會造成橋梁結(jié)構(gòu)病患從而大大降低了橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。通常情況下城市橋梁維修加固的原因有以下幾種橋梁本身設(shè)計規(guī)范和標準的提高原有的橋梁設(shè)計規(guī)范標準不能滿足現(xiàn)有的標準要求橋梁設(shè)計使用的資料不準確和計算方法性錯誤橋梁加固技術(shù)概述加固材料的選擇,加固設(shè)備的選擇等。所有這些都需要合理的論證分析。各級道路管理部門根據(jù)威脅舊橋的實際情況加固橋梁,使橋梁最大限度地發(fā)揮其潛在設(shè)計能力,最大限度地利用有限的加固手段建設(shè)和維護橋梁需要各部門共同努力,走上可持續(xù)發(fā)展的道路[2]。許多危險的舊橋梁現(xiàn)在也出現(xiàn)在許多發(fā)達國家它們與危險的舊橋梁的聯(lián)系得到了恢復(fù)和加強危險的舊橋梁的加固和重建越來越重要,新橋梁的建設(shè)逐漸退居次要地位。不同加固方案下的橋梁加固成本也不同。在固成本過高導(dǎo)致金融破產(chǎn),美國的情況類似。研究應(yīng)用和推廣最合理的加固技術(shù)對我國現(xiàn)役橋梁具有重要意義。

3.道路橋梁結(jié)構(gòu)病害的歸因分析

（1）道路和橋梁的設(shè)計是整個項目的初始階段,在整個建設(shè)過程中起著非常重要的作用。在一些公路橋梁建設(shè)項目的初步設(shè)計過程中,一些設(shè)計人員不重視施工現(xiàn)場的檢查和調(diào)查,無法充分了解施工環(huán)境和地質(zhì)條件,嚴重影響了公路橋梁建設(shè)的質(zhì)量和進度公路橋梁改造需要設(shè)計人員科學(xué)評估公路實際路段的狀況,確定原有公路橋梁的強度和彎曲參數(shù),明確公路橋梁改造方案,在改造過程中由于設(shè)計人員沒有進行全面、徹底的調(diào)查和使用,導(dǎo)致改造方案不符合實際解決問題不能保證新路面強度,由于公路橋梁改造,隨著市場經(jīng)濟的快速發(fā)展施工過程仍然存在破壞的危險市場競爭越來越激烈,許多企業(yè)被激烈的市場競爭所淘汰,這使得一些建筑企業(yè)在市場競爭中不注重施工安全和工作質(zhì)量,成為不可戰(zhàn)勝的在公路橋梁施工過程中,非標施工問題貫穿于整個施工過程中,如原材料的使用不合格。

（2）主要表現(xiàn)在原材料的選擇不符合嚴格的配比和分選要求,也不符合國家規(guī)定的施工工藝,這些非標施工工藝增加了公路橋梁的病害程度此外,由于施工單位有明確的施工期,許多企業(yè)為了節(jié)約成本,任意縮短施工期導(dǎo)致冬季施工降雨,夜間施工出現(xiàn)不利現(xiàn)象,嚴重影響道路和橋梁的施工質(zhì)量道路和橋梁的后期維護工作主要涉及道路或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋪設(shè),這種后期維護工作很重要,因為現(xiàn)階段道路和橋梁的維護工作不適用使維護工作成為道路和橋梁疾病的重要原因一方面,公路橋梁工程中的一些施工單位為了縮短施工周期,提前拆除混凝土,使混凝土未達到應(yīng)有的強度,影響混凝土結(jié)構(gòu)的強度另一方面,在道路和橋梁的后續(xù)維護中,除了需要鋪設(shè)巖土工程材料、相關(guān)材料或鋪設(shè)瓦斯外混凝土路面還需要定期打磨這些路面,通過打磨來保持鋪設(shè)濕度,以達到混凝土的維護效果但許多施工單位沒有嚴格遵循維護過程,忽略了防雨防水的作用,因此橋面覆蓋不符合必要的質(zhì)量要求。

4.道路橋梁結(jié)構(gòu)病害的類型

（1）基礎(chǔ)不均勻沉降是道路和橋梁中最常見的病害之一,不均勻沉降對橋梁造成的損害相對較大,因此道路和橋梁結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,長期出現(xiàn)裂縫和病害,嚴重影響道路和橋梁的正常使用,并縮短道路和橋梁的使用壽命公路橋梁不均勻沉降的原因也較多,例如在設(shè)計階段實際上沒有進行合理的設(shè)計,地質(zhì)條件沒有仔細研究地質(zhì)條件沒有完全掌握,設(shè)計的施工方案不符合地質(zhì)條件,導(dǎo)致公路橋梁施工中出現(xiàn)各種問題,導(dǎo)致基礎(chǔ)不均勻沉降此外,具體的施工過程,施工人員沒有嚴格遵守施工要求或施工質(zhì)量相對較低的建筑材料,導(dǎo)致道路和橋梁質(zhì)量下降,最終導(dǎo)致疾病不均勻沉降。

（2）造成這種情況的原因之一是建筑部門管理不善,對施工過程中使用的材料質(zhì)量要求不嚴格,對施工條件和條件的控制不當缺乏監(jiān)督,導(dǎo)致建筑物的整體質(zhì)量不符合建筑設(shè)計標準,直接導(dǎo)致工程基地積壓不均勻,施工后期人員對橋梁安裝過程不重視即使與設(shè)計圖紙分開,這也是望遠鏡設(shè)備不能正常工作的原因橋梁甲板的裂縫問題往往得不到應(yīng)有的重視,橋梁甲板和道路的裂縫沒有及時消除,導(dǎo)致橋梁甲板裂縫增多影響了行駛的車輛和行人。橋面裂縫產(chǎn)生的原因也較多這給預(yù)防工作增加了一定的難度,在橋面施工過程中嚴格控制施工環(huán)節(jié),做好鋪設(shè)工作,可以有效地減少橋面裂縫問題但是,在橋面施工時,由于施工人員對溫度的控制不力因此橋面溫度變化相對較大,這反過來又會導(dǎo)致裂縫。

（3）目前車輛的增加呈線性增長的趨勢,過多的車輛通過和擠壓,導(dǎo)致橋面負荷急劇增加,而橋面更磨損,橋面最終在雙重壓力的作用下?lián)u擺此外,施工中對施工材料和工藝沒有嚴格的控制,因此橋面施工質(zhì)量相對較低,就會出現(xiàn)裂縫在鋼筋腐蝕損傷的情況下,腐蝕部分的體積可能比原來的體積增加10 倍以上導(dǎo)致周圍混凝土的擠壓,導(dǎo)致混凝土開裂侵蝕,有效截面尺寸減小從而降低設(shè)計承載能力。腐蝕的直接后果是降低了鋼筋的截面積以此作為鋼筋的抗彎強度,鋼筋的腐蝕也減少了鋼筋對混凝土的抓取腐蝕滲漏,在結(jié)構(gòu)表面形成腐蝕影響結(jié)構(gòu)的美觀道路和橋梁的環(huán)境破壞也直接影響其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

（4）在長時間的陽光和雨水下,道路和橋梁的表面受到大規(guī)模侵蝕,導(dǎo)致道路和橋梁的強度降低。如果不及時修復(fù),侵蝕程度將進一步增加,隱藏在混凝土中的鋼材將受到外部影響。當與空氣接觸時鋼鐵會迅速生銹,導(dǎo)致道路和橋梁的承載能力嚴重下降此外在道路和橋梁作業(yè)中經(jīng)常會出現(xiàn)混凝土鈣化現(xiàn)象,這是由混凝土自身性能決定的經(jīng)過酸堿鈣化后,混凝土的酸堿值相對較低,鋼的腐蝕也會影響道路和橋梁的質(zhì)量。

5.道路橋梁工程病害措施

（1）為了提高施工的科學(xué)性,公路橋梁的施工不僅需要對施工過程進行科學(xué)的設(shè)計,還需要對施工期進行合理的組織,以保證施工各階段的質(zhì)量選擇原材料,一方面保持固定的收集地點,使生產(chǎn)商能夠及時供應(yīng)所需的原材料必須保證原材料的分配在一定范圍內(nèi),以避免偏離中間分配線在選材方面,要嚴格按照指標要求選材,防止選材不良造成道路和橋梁病害。道路和橋梁的重建可以通過鋪設(shè)橋梁,增加道路和橋梁的承載能力改善道路和橋梁的平整度和抗滑性,并鼓勵道路和橋梁的長期使用來加強。這項技術(shù)主要用于更廣泛的裂縫更深層次通常在人行道上的裂縫表面鑿槽會產(chǎn)生化學(xué)附加材料，如瀝青水泥砂漿膨脹水泥灰漿或樹脂，在排水溝以及裝滿材料防水性能較高，例如橡膠從而起到加強納稅申報材料進一步擴大裂縫控制，提高橋梁的整體穩(wěn)定性[3]。

（2）腐蝕溫度變化問題收縮可能會導(dǎo)致橋上的問題破裂。通常情況下當問題表面可能會產(chǎn)生環(huán)氧樹脂液問題裂縫處理體。首先清潔裂紋元素的表面然后是酒精或乙醇或丙酮，在裂紋干燥后，使用環(huán)氧樹脂是修復(fù)問題裂縫的兩項基本技術(shù)即表面修復(fù)技術(shù)和填塞技術(shù)。表面修復(fù)技術(shù)這項技術(shù)是一項相對簡單的高頻維修技術(shù)通常情況下當裂縫表面很小或?qū)虻目倝毫]有影響時就會出現(xiàn)更深的裂縫修復(fù)過程可以如下找到問題裂縫，清理裂縫表面，用環(huán)氧樹脂覆蓋裂縫表面的丙酮。干燥后問題表面覆蓋具有良好的抗腐蝕性，可以使用瀝青或油漆玻璃纖維可以處理涂層裂縫防止裂縫進一步擴大在施工過程中應(yīng)嚴格控制路基和基層的強度、密度、穩(wěn)定性和均勻性在公路和橋梁施工中,水泥混凝土通常會再沸騰,這種現(xiàn)象經(jīng)常需要再沸騰干硬混凝土,并且需要預(yù)留拉伸縫以避免再沸騰現(xiàn)象引起的分層問題,同時也可相應(yīng)增加混凝土保護層厚度,嚴格按照混凝土耐久性規(guī)范,選擇合理的保護層厚度,以避免混凝土的侵蝕。

（3）可以通過對施工過程的每個階段進行管理來改進施工方案,以保證施工過程的合理有序。對于道路和橋梁的后期維護,我們要注意混凝土的后期維護工作,按照有關(guān)規(guī)定進行全面的維護工作,必須努力使預(yù)先設(shè)計工作非常重要必須高度重視預(yù)設(shè)計工作，必須嚴格控制，以防止設(shè)計周期的任意減少以引起粗糙而簡單的設(shè)計必須不斷優(yōu)化和改進項目，充分考慮到建筑過程中氣候地質(zhì)和其他因素的可能影響，對比和反復(fù)證明試圖選擇最科學(xué)的強化方案。應(yīng)注意到橋的總體影響，加強對橋結(jié)構(gòu)病害的控制不僅用于小的維修工作還用于設(shè)計的細節(jié)和部分，還著重形成整體和相互聯(lián)系的觀點，強調(diào)提高大橋的整體質(zhì)量和效率加強橋上的結(jié)構(gòu)，增加了橋整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（4）為以確?；炷翗?gòu)件達到一定的強度,然后再進行其他工序。此外,在道路和橋梁的維修過程中,必須進行科學(xué)的交通管理工作,以防止重型技術(shù),大型卡車等車輛造成的道路和橋梁路面多次磨損,并嚴格限制這些車輛的行駛加強道路和橋梁工程內(nèi)部管理是施工順利完成的重要保證。內(nèi)部管理不斷完善和完善企業(yè)管理制度,企業(yè)應(yīng)加強施工人員行為規(guī)范,制定相應(yīng)的獎懲制度,嚴格遵守各種規(guī)章制度,按照規(guī)章制度懲治違規(guī)施工人員,通過鼓勵有經(jīng)驗的工人提高施工人員的安全意識有序開展教育培訓(xùn)工作企業(yè)應(yīng)定期開展教育培訓(xùn)工作,提高施工人員的專業(yè)技術(shù)水平,鼓勵施工人員積極提高能力和素質(zhì)完善企業(yè)建設(shè)項目部的相應(yīng)管理,要求所有施工技術(shù)人員具備專業(yè)技術(shù)文件特別是有特殊技術(shù)要求的工作人員必須獲得崗位認證,并制定嚴格的考核制度提高施工技術(shù)人員的技術(shù)水平。

6.加固技術(shù)

（1）橋梁甲板加固方法包括三種方法:局部修補法和鏟斗法,混凝土板再澆注法和橋梁甲板加固法。局部修復(fù)和鉆探的方法主要是對橋面下落和破裂時的甲板進行局部修復(fù)。在修復(fù)過程中,必須先將涂層表面拉緊,清理所有損壞的松散材料露出內(nèi)部填料,然后修復(fù)水泥混凝土,并涂上標記的水泥或粘結(jié)劑以加強新舊混凝土之間的粘結(jié)采用混凝土板加固再填充的方法,在橋面板損壞較嚴重的情況下,僅僅依靠局部修復(fù)不能達到預(yù)期的效果,橋面板上的條紋應(yīng)完全覆蓋并拆除,然后再填充混凝土板加固橋面橋梁加固方法不僅適用于修復(fù)裂縫和恢復(fù)松動層,還適用于提高梁的彎曲能力和提高其承載能力增加截面的方法。

（2）對于混凝土加固橋梁彎曲構(gòu)件的受壓區(qū)可以有效地增加截面積和承重區(qū)的高度,提高整個橋梁的剛度包括橋梁正截面彎曲阻力和斜截面位移阻力在實際施工中,該方法具有工藝簡單工藝成熟、適應(yīng)性強等優(yōu)點。建筑物當橋墻梁柱子,板等加固可以使用截面增強方法。混凝土置換加固法,混凝土置換加固法主要用于橋梁受壓區(qū)域內(nèi)強度低或質(zhì)量缺陷的梁或柱的加固。這種方法的優(yōu)點是,加固工作完成后它不會影響建筑物的清潔度但是它的缺點也比較明顯也就是說加固后的缺陷梁在濕度較大的情況下仍然會出現(xiàn)工作時間較長的問題。

（3）當?shù)缆泛蜆蛄旱闹饕糠肿冃位虺霈F(xiàn)更嚴重的裂縫時橋梁的承載能力逐漸下降在這種情況下,橋梁在加固之前,應(yīng)仔細檢查明確其原因和具體位置及病害危險性,根據(jù)實際情況制定相應(yīng)的加固和處理方案對于承載力剛度不足的橋梁主體,橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)加強密封膠射孔處理裂縫,然后結(jié)合體外預(yù)應(yīng)力法火花塞加固法等方法,以促進提高梁的承載力和抗彎強度。加固方法主要是加固混凝土彎曲構(gòu)件的技術(shù)方法結(jié)合預(yù)應(yīng)力和新的外部載荷,軸向應(yīng)力在拉力內(nèi)產(chǎn)生,而拉力末端的緊固偏心傳遞給構(gòu)件,在構(gòu)件上形成相應(yīng)的偏心壓力。在上述力的作用下,外部荷載對橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響將大大減小從而有效地提高了整體結(jié)構(gòu)的抗彎強度和傾斜截面位移[4]。

（4）由于壓力傳遞的有效性,可以提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體性能,控制和緩解混凝土裂縫的發(fā)展。對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),預(yù)應(yīng)力支撐桿加固后,將與加固結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合,形成超靜力結(jié)構(gòu)體系,在外加載和預(yù)應(yīng)力的雙重作用下,拉伸產(chǎn)生的軸向力將通過結(jié)構(gòu)節(jié)點傳遞,改變截面內(nèi)力的特性,補償部分外加載作用,提高整體結(jié)構(gòu)承載能力小翔型材外包裝固定方法外包裝固定方法,主要采用型材或鋼板,通過包裝和粘接,固定在需要加固的構(gòu)件之外如果混凝土結(jié)構(gòu)進行加固處理,可以采用濕法外包技術(shù),根據(jù)結(jié)構(gòu)損壞程度,選擇合適的鋼種,使用環(huán)氧樹脂綁在緊固件周圍,并與其形成整體以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)加固一旦加固措施完成,承重結(jié)構(gòu)與鋼模和嵌入件相結(jié)合,其自身的受壓拉伸面積將大大增加這將有助于提高橋梁的整體剛度和正截面承載能力。在實際應(yīng)用中,這種方法的優(yōu)點是施工簡單工作量小,動力結(jié)構(gòu)可靠等。然而建筑物需要消耗大量的鋼材成本相對較高。

結(jié)語：

建設(shè)道路和橋梁對于促進人員流動和發(fā)展運輸業(yè)至關(guān)重要。但是我國道路橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念和構(gòu)造體系還都不夠完善。因此,道路和橋梁的質(zhì)量由為重要,在施工過程中必須嚴格控制其質(zhì)量使道路和橋梁的質(zhì)量符合標準。疾病的出現(xiàn)使道路和橋梁的使用效率低下縮短了道路和橋梁的使用壽命,減少了道路和橋梁必須檢查的疾病數(shù)量,盡快發(fā)現(xiàn)疾病跡象并及時處理還可以采用一些加固技術(shù)使橋梁結(jié)構(gòu)更加堅固,這也可以有效地防止疾病的發(fā)生保證道路和橋梁的質(zhì)量和強度從而實現(xiàn)其社會價值。