公路橋梁工程的常見病害及治理研究

文 / 商河縣公路事業(yè)發(fā)展中心 俎金勇

公路橋梁施工及運營期間，受自然環(huán)境、上部行車荷載作用、材料等多方面因素影響，常出現(xiàn)橋面鋪裝層與蓋梁開裂、地基沉降、鋼筋銹蝕等質(zhì)量病害，影響橋梁結(jié)構(gòu)性能與使用壽命，嚴(yán)重時還會威脅交通安全。為此，必須加強對質(zhì)量病害問題的防治處理，明確其內(nèi)部的安全隱患，應(yīng)用相應(yīng)的施工處理技術(shù)以保證道橋結(jié)構(gòu)更為完整。

公路橋梁工程常見的質(zhì)量病害

裂縫

裂縫是施工中常見的一類病害，也是危害較大的病害問題。裂縫的形狀具有多樣化，常見的有縱狀、橫狀以及不規(guī)則狀態(tài)，嚴(yán)重時會導(dǎo)致公路橋梁結(jié)構(gòu)大面積破損，從而威脅公路橋梁結(jié)構(gòu)安全，同時還會給交通帶來嚴(yán)重的影響。常見的裂縫包括溫度裂縫、收縮裂縫、沉降裂縫。造成溫度裂縫的因素較多，混凝土入模溫度過高、溫度養(yǎng)護不到位、混凝土內(nèi)表溫差過大，在溫度作用下形成超過混凝土極限抗拉強度的溫度拉應(yīng)力，最終形成溫度裂縫。收縮裂縫一般多在混凝土澆注后，還處于塑性狀態(tài)時，由于天氣炎熱、蒸發(fā)量大、大風(fēng)或混凝土本身水化熱高等原因，而產(chǎn)生的裂縫，這類裂縫常見于混凝土梁等部位。

沉降裂縫是因橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)或地基出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象，且局部沉降量較大時引發(fā)的裂縫，橋梁構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力超過極限強度，從而在構(gòu)件薄弱部位形成裂縫，裂縫程度會隨著不均勻沉降量的增加而持續(xù)增大，在施工期間發(fā)現(xiàn)，這類裂縫常見于墩身、承臺等部位，如在軟土層固結(jié)時導(dǎo)致樁基受負(fù)摩阻力影響而出現(xiàn)樁基不均勻沉降問題，造成橋梁墩臺、承臺斷裂。

路面沉陷

路面沉陷具有面積大、涉及的結(jié)構(gòu)層次深等特征，這類病害主要出現(xiàn)在挖方段和填挖交界處。其產(chǎn)生的主要原因是：1.土質(zhì)路塹排水不暢，路床下部路基過濕潤而產(chǎn)生不均勻沉降，引起路面局部下沉。2.路面強度不能適應(yīng)日益增長的交通量，易發(fā)生疲勞破壞。3.路基或基層強度不足或填挖路基強度不一致，在車輛荷載作用下，路基或基層結(jié)構(gòu)遭破壞而引起沉陷。4.橋頭路面沉降不均勻而引起沉陷并與橋面發(fā)生錯位對于路基來說主要是水浸泡后很難壓實，使路基不穩(wěn)定。

鋼筋銹蝕

鋼筋銹蝕問題十分普遍，對工程結(jié)構(gòu)的影響較大，引起鋼筋銹蝕的因素較多，常見的如鋼筋位置、鋼筋直徑、水泥品種、混凝土密實度、保護層厚度及完好性、外部環(huán)境變化等都會導(dǎo)致鋼筋出現(xiàn)銹蝕問題。其中，樁基礎(chǔ)、橋墩、柱墩蓋梁等部位是鋼筋銹蝕病害的高發(fā)區(qū)域，當(dāng)鋼筋所屬構(gòu)件的混凝土出現(xiàn)開裂、麻面現(xiàn)象時，會嚴(yán)重削弱構(gòu)件的防水性能，內(nèi)置鋼筋直接與空氣、水接觸，與氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，從而出現(xiàn)鋼筋銹蝕問題，還會引發(fā)混凝土剝落、體積膨脹等一系列問題出現(xiàn)，加劇鋼筋銹蝕程度。

公路橋梁工程質(zhì)量病害的施工處理技術(shù)

裂縫修復(fù)技術(shù)

1.表面修補

表面修補法適用于細而淺的裂縫、不漏水的裂縫、不伸縮的裂縫以及不再運動的裂縫。處理時，清理裂縫表面的灰塵雜質(zhì)，待表面恢復(fù)干燥狀態(tài)后，均勻涂刷水泥漿或環(huán)氧樹脂漿液，可多次涂刷，將單次涂刷時間控制在4min左右，涂層厚度控制在1mm左右。在裂縫表面覆蓋瀝青、油漆等具備良好防腐性能的材料，再粘貼覆蓋玻璃纖維布即可，以此來避免裂縫延伸問題出現(xiàn)。

2.填充封堵

填充封堵法適用于處理小面積、縫寬在0.3mm內(nèi)的裂縫，清理裂縫表面，沿裂縫方向開鑿V型槽，清理槽內(nèi)松散顆粒，在槽內(nèi)填充膨脹水泥漿、樹脂或水泥砂漿等膠結(jié)物。也可在槽內(nèi)填充防水材料，如丁基橡膠，直至填充完全，即可完成裂縫修補作業(yè)。另外，根據(jù)施工要求，操作時必須嚴(yán)格按照粗集料級配范圍，從源頭上減少裂縫病害的產(chǎn)生

3.混凝土置換

混凝土置換是常見的病害修補方法，適用于蜂窩、孔洞、夾渣、疏松等病害位置，或是混凝土強度偏低的區(qū)域，可以通過優(yōu)質(zhì)的混凝土將存在病害位置的混凝土替換掉。在置換過程中要注意應(yīng)在卸荷狀態(tài)下操作，首先將存在問題的混凝土徹底剔除干凈，對于外觀質(zhì)量完好的低強混凝土，除特殊情況外，一般僅置換受壓區(qū)混凝土。但為恢復(fù)或提高結(jié)構(gòu)應(yīng)有的耐久性，可用高強度樹脂砂漿對其余部分進行抹面封閉處理。

鋼筋銹蝕處理技術(shù)

處理鋼筋銹蝕問題，可先鑿除鋼筋銹蝕部位的破損混凝土，根據(jù)鋼筋銹蝕情況采取相應(yīng)處理方法，當(dāng)生銹程度較輕時，可使用除銹劑反復(fù)刷洗鋼筋表面銹跡，生銹程度嚴(yán)重時，應(yīng)利用電動鋼絲刷等工具對銹蝕鋼筋進行打磨、噴砂、拋丸，去除殘留銹跡后在表面均勻涂刷防銹漆層，并在混凝土表面先后涂刷覆蓋層、封閉層和砂漿層，直至構(gòu)件恢復(fù)原狀。同時，為預(yù)防鋼筋銹蝕問題，應(yīng)保證混凝土配合比方案的準(zhǔn)確性，可在混凝土攪拌期間摻入適量煤灰粉和礦渣來改善混凝土滲透性。另外，要規(guī)范鋼筋預(yù)處理操作，嚴(yán)格按照施工流程，要注意的是，在鋼筋綁扎、埋設(shè)前，采取人工除銹、機械除銹或是化學(xué)除銹方法去除鋼筋表面殘留銹跡。

橋梁結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

一方面，根據(jù)現(xiàn)場情況采取相應(yīng)的軟基處理措施，在施工期間觀測各部位地基沉降量，在沉降量超限時及時采取處理措施。另一方面，針對已出現(xiàn)的地基沉降問題，考慮到對橋梁結(jié)構(gòu)造成明顯影響，需要采取結(jié)構(gòu)加固增強技術(shù)，以恢復(fù)橋梁結(jié)構(gòu)性能、維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定狀態(tài)為首要處理目的，不同橋梁部位適用的加固增強技術(shù)存在差異，具體操作如下：

1.基礎(chǔ)加固

常見的加固增強技術(shù)包括基礎(chǔ)擴大法、增設(shè)樁基法和人工地基加固法。其中，基礎(chǔ)擴大法是對橋梁基礎(chǔ)底面積擴大處理，提前驗算地基強度來確定底面積擴大值，在新老基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)結(jié)合面設(shè)置錨固鋼筋，依次開展施工準(zhǔn)備、基礎(chǔ)開挖、表面處理、鉆孔植筋、立模澆筑和基坑回填作業(yè)。增設(shè)樁基法是在橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)周邊區(qū)域內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的鋼筋混凝土預(yù)制樁或鉆孔灌注樁，將新設(shè)樁基納入橋梁基礎(chǔ)承臺體系，起到控制基礎(chǔ)沉降量的效果。該方法適用于墩臺沉降、樁基外力、采取樁基礎(chǔ)作為墩臺、基底下方分布軟弱下臥層的公路橋梁工程。人工地基加固法是對橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)下方的天然地基進行注漿加固、砂樁加固或水泥土攪拌處理，從而強化天然地基承載力，使其有效承受上方基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)向下傳遞的荷載作用。

2.蓋梁加固

橋梁蓋梁部位加固常用的加強技術(shù)包括粘貼鋼板加固、增設(shè)支撐法和預(yù)應(yīng)力拉筋法。其中，粘貼鋼板加固多用于處理蓋梁柱頂上緣負(fù)彎矩部位開裂問題，在蓋梁側(cè)面上緣部位均勻粘貼鋼板條，提前清理表面灰塵污漬和涂刷膠粘劑，使鋼板條與蓋梁組成全新結(jié)構(gòu)，起到強化蓋梁承載性能、抗彎剪性能與限制裂縫發(fā)展的作用。增設(shè)支撐法是在立柱、蓋梁部位額外設(shè)置支撐，通過增加蓋梁支承點的方式來控制墩頂蓋梁負(fù)彎矩值，預(yù)防負(fù)彎矩部位蓋梁裂縫問題的出現(xiàn)。而預(yù)應(yīng)力拉筋法是在蓋梁側(cè)面錨固預(yù)應(yīng)力束，或是在蓋梁內(nèi)部打孔錨固安裝體外預(yù)應(yīng)力束，根據(jù)預(yù)應(yīng)力鋼索布置位置，分為體外/體內(nèi)預(yù)應(yīng)力束加固法，此項方法多用于蓋梁部位空間有限的公路橋梁工程，可以顯著強化蓋梁抗裂性能。

3.橋墩加固

橋墩加固增強技術(shù)包括套箍加固與纖維增強塑料包裹加固。其中，套箍加固是在墩臺身的上部、中部和下部分別加設(shè)一道帶箍，保持相鄰帶箍間距和橋墩側(cè)面寬度值一致，根據(jù)墩臺開裂破損情況來確定各道帶箍寬度值。一般情況下將帶箍寬度設(shè)定為墩臺身高度的10%即可，將厚度保持在10～20cm內(nèi)，如果墩臺破損嚴(yán)重，或出現(xiàn)風(fēng)化、剝落等其他質(zhì)量病害時，則圍繞整個墩身布置鋼筋混凝土護套。纖維增強塑料包裹加固也被稱為FRP包裹加固法，沿著橋墩豎向或是橫向包括纖維增強塑料材料，在豎向包裹時起到改善橋墩抗彎能力的效果，在橫向包裹時起到約束核心混凝土、全面提升延性與抗剪強度的效果，此項方法具有材料輕質(zhì)高強、操作簡單的優(yōu)勢，應(yīng)用范圍較廣。

4.橋臺加固

橋臺部位常用的加固增強技術(shù)包括減輕荷載法、輔助擋土墻加固法、鋼筋混凝土圈梁法和預(yù)應(yīng)力筋加固法。其中，減輕荷載法多用于處理因臺背填土積水、軟土塑性流動而引起的橋臺滑移問題，使用EPS聚苯乙烯泡沫混凝土作為輕質(zhì)材料對臺背填土部位進行回填處理，這類材料具有側(cè)向推擠作用小、吸水性小、整體性強的性能優(yōu)勢，可以有效控制橋臺滑移力、路橋部位沉降差和解決橋臺推擠嚴(yán)重問題。輔助擋土墻加固法是在橋臺后側(cè)施作擋土墻，由擋土墻負(fù)責(zé)抵御全部或是一部分臺后填土壓力，起到減少橋臺承受水平滑移力、避免橋臺向一側(cè)滑移的作用。鋼筋混凝土圈梁法是通過在橋臺空腔、側(cè)墻、前墻等部位加設(shè)鋼筋混凝土圈梁，并在橋臺設(shè)置倒角，起到減小橋臺側(cè)墻橫橋向位移量、調(diào)整前側(cè)墻交匯處最大主應(yīng)力的作用。預(yù)應(yīng)力筋加固法適用于寬度、臺身高度較大的橋臺，提前在橋臺內(nèi)部設(shè)置若干預(yù)應(yīng)力拉筋，起到減少側(cè)墻尾端變形、承擔(dān)部分側(cè)墻土壓力、預(yù)防橋臺開裂的作用。

結(jié)語

綜上所述，為建設(shè)高質(zhì)量的公路橋梁工程，有效解決施工期間常見的各類病害，保障橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與交通安全，在施工期間，技術(shù)人員需嚴(yán)格化、規(guī)范化操作，認(rèn)真觀察和檢驗施工成果，總結(jié)常見的病害原因及特征，掌握其客觀發(fā)展規(guī)律，對于公路橋梁施工中常見的病害及時做出處置，積極解決病害，防止其呈現(xiàn)出擴大發(fā)展趨勢，保證公路橋梁結(jié)構(gòu)性能，從而為交通行車創(chuàng)造安全穩(wěn)定的環(huán)境。