公路橋梁檢查及養(yǎng)護(hù)處治對(duì)策研究

魏 拓

(遼寧省交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展中心 沈陽(yáng)市 110005)

1 公路橋梁檢查

公路橋梁檢查主要包括初始、日常、經(jīng)常、定期和特殊五種檢查方式。其中特殊檢查屬于橋梁適應(yīng)性評(píng)價(jià)范疇,其他檢查側(cè)重橋梁的技術(shù)狀況評(píng)價(jià)[1]。

1.1 初始檢查

針對(duì)新建成或者改建后的橋梁應(yīng)及時(shí)進(jìn)行初始檢查,宜與橋梁的交工驗(yàn)收質(zhì)量檢測(cè)同時(shí)進(jìn)行,且在工程交付后1年內(nèi)完成。

初始檢查是由專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)實(shí)施,檢查及測(cè)量?jī)?nèi)容主要包括:(1)橋梁上、下部結(jié)構(gòu)及橋面系的病害調(diào)查及記錄,并按養(yǎng)護(hù)規(guī)范設(shè)置永久觀測(cè)點(diǎn);(2)測(cè)量復(fù)核橋長(zhǎng)、橋?qū)?、截面尺寸等基礎(chǔ)數(shù)據(jù);(3)檢測(cè)橋梁混凝土構(gòu)件的鋼筋保護(hù)層厚度以及強(qiáng)度等指標(biāo);(4)針對(duì)單孔跨徑大于150m的特大橋或特別重要橋梁需進(jìn)行靜動(dòng)載荷試驗(yàn),掌握橋梁控制斷面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度等質(zhì)量狀況,以及橋梁整體的動(dòng)力響應(yīng)狀態(tài);(5)針對(duì)特大橋、大橋,以及高速公路或一、二級(jí)公路上的中橋、小橋,若有水中基礎(chǔ),還應(yīng)開(kāi)展水下檢測(cè);(6)測(cè)量纜索體系橋梁的拉索及吊桿的成橋狀態(tài)下的索力值,以及檢測(cè)索夾螺栓緊固力等;(7)針對(duì)鋼管混凝土拱橋還應(yīng)檢測(cè)鋼管內(nèi)部混凝土的密實(shí)狀況。

1.2 日常巡查

日常巡查工作應(yīng)由管養(yǎng)單位的橋梁工程師來(lái)完成,通常以乘車目測(cè)為主,日常巡查以橋面系外觀查看為主,包括橋路連接處是否異常;橋面鋪裝、伸縮縫、欄桿或護(hù)欄是否有缺損;橋梁的線形是否明顯不順適等檢查內(nèi)容。

1.3 經(jīng)常檢查

經(jīng)常檢查工作也由管養(yǎng)單位的橋梁工程師來(lái)完成,需抵近橋梁結(jié)構(gòu),近距離以目測(cè)輔以簡(jiǎn)單的量測(cè)工具進(jìn)行實(shí)地檢測(cè),并填寫(xiě)“橋梁經(jīng)常檢查記錄表”。經(jīng)常檢查要對(duì)橋梁的上、下部結(jié)構(gòu)和橋面系進(jìn)行全面檢查外,還需對(duì)交通工程安全以及其他附屬設(shè)施的完好情況,以及永久標(biāo)志點(diǎn)、觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行查看。

1.4 定期檢查

橋梁定期檢查是管養(yǎng)單位了解橋梁運(yùn)營(yíng)狀況及技術(shù)等級(jí),指導(dǎo)下一步養(yǎng)護(hù)決策的重要抓手,該項(xiàng)任務(wù)必須委托專業(yè)的檢測(cè)機(jī)構(gòu),委派橋梁檢測(cè)、維修施工經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員開(kāi)展相關(guān)工作。定期檢查需對(duì)橋梁各構(gòu)件外觀進(jìn)行抵近檢查,并詳細(xì)標(biāo)明、記錄病害的范圍,與既往檢查情況進(jìn)行對(duì)比,分析病害的嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢(shì),遞進(jìn)分層對(duì)橋梁構(gòu)件、橋梁部件、橋梁上下部結(jié)構(gòu)和橋面系、全橋進(jìn)行評(píng)價(jià),提出維修及管理養(yǎng)護(hù)建議。對(duì)于單跨≥60m 的橋梁,還應(yīng)復(fù)核橋梁的永久觀測(cè)點(diǎn),測(cè)量橋梁線形、變位及橋面高程等指標(biāo)。

1.5 特殊檢查

針對(duì)以下情況的橋梁,需進(jìn)行特殊檢查:(1)各類常規(guī)檢查無(wú)法判明橋梁構(gòu)件病害問(wèn)題產(chǎn)生的原因及損傷程度的橋梁;(2)擬通過(guò)加固提高橋梁荷載等級(jí)的橋梁;(3)需判斷水中基礎(chǔ)狀態(tài)的橋梁;(4)遭受特殊災(zāi)害、撞擊、超重車等情況引起使用安全問(wèn)題的橋梁。

橋梁特殊檢查具有較強(qiáng)的目的性,應(yīng)包括一項(xiàng)或多項(xiàng)特殊檢查內(nèi)容:(1)材質(zhì)性能及退化程度的鑒別測(cè)試;(2)結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性檢算,荷載試驗(yàn)、使用安全鑒定等;(3)橋梁抗災(zāi)害能力及遭受洪水等意外荷載作用后的檢測(cè)鑒定;(4)水中墩臺(tái)等不易排查構(gòu)件的檢測(cè)評(píng)定;(5)定期檢查中嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)類病害,應(yīng)定期跟蹤觀測(cè),并及時(shí)分析、預(yù)測(cè)遠(yuǎn)期的發(fā)展趨勢(shì)。

2 橋梁常規(guī)病害及整治措施

橋梁常規(guī)病害常見(jiàn)于技術(shù)狀況等級(jí)為2類、3類橋梁,多數(shù)為施工質(zhì)量問(wèn)題或結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所造成的耐久病害問(wèn)題,歸納總結(jié)如下:

2.1 邊梁受滲水侵蝕問(wèn)題

公路橋梁的邊梁受滲水侵蝕現(xiàn)象十分普遍,長(zhǎng)期會(huì)造成鋼筋銹脹、混凝土剝落破損,顯著影響梁體的耐久性,降低承載能力,危及橋梁使用安全。這類病害產(chǎn)生的主要原因包括:一是橋梁泄水管(槽)周邊防滲施工不到位,或設(shè)置過(guò)短;二是橋面縱坡設(shè)置有問(wèn)題,導(dǎo)致護(hù)欄底部積水,滲入兩側(cè)邊梁梁體。典型梁體破損狀態(tài)見(jiàn)圖1。

圖1 邊梁受侵蝕破損、嚴(yán)重露筋

針對(duì)此類病害應(yīng)先整修橋梁的排水系統(tǒng),根據(jù)病害產(chǎn)生的直接原因采取更換設(shè)置過(guò)短的泄水管(槽),或?qū)π顾?槽)周邊進(jìn)行防滲維修,亦或增設(shè)橋面泄水孔等措施;然后進(jìn)行鋼筋除銹并涂刷防銹劑;最后對(duì)破損部位用聚合物砂漿修補(bǔ)。

2.2 普通鋼筋混凝土梁體裂縫問(wèn)題

由于部分橋梁的上部梁體為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),長(zhǎng)期在混凝土收縮及行車荷載共同作用下,梁體底板在正彎矩顯著影響區(qū)域(多位于四分點(diǎn)截面之間)會(huì)出現(xiàn)橫向結(jié)構(gòu)裂縫,這是結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)造成的,但應(yīng)根據(jù)裂縫開(kāi)展情況及時(shí)處置。

當(dāng)梁體裂縫寬度<0.25mm時(shí),可暫不處理;若裂縫寬度≥0.25mm,則需采用環(huán)氧樹(shù)脂膠表面封閉維修。無(wú)論哪種情況在管養(yǎng)工作中都需加強(qiáng)觀測(cè),如果梁體裂縫仍持續(xù)發(fā)展,則應(yīng)結(jié)合路段交通量和重車比例,以及施工過(guò)程中是否存在質(zhì)量問(wèn)題等因素,綜合分析并采取進(jìn)一步的加固措施。

2.3 板式橡膠支座老化開(kāi)裂問(wèn)題

支座是橋梁上、下部結(jié)構(gòu)之間緊密聯(lián)系的紐帶,在荷載傳遞以及協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)變形方面起著至關(guān)重要的作用。橡膠支座是公路橋梁中最常采用的一種產(chǎn)品形式,上世紀(jì)80～90年代,上海橡膠制品研究所利用熱空氣加速老化方法,驗(yàn)證了橡膠支座的使用年限,結(jié)果顯示,按我國(guó)橡膠制品生產(chǎn)水平,支座使用壽命能達(dá)到50年[2]。

根據(jù)近些年的實(shí)際工程檢測(cè)數(shù)據(jù),新橋建成10年后板式橡膠支座陸續(xù)出現(xiàn)老化開(kāi)裂現(xiàn)象,應(yīng)適時(shí)對(duì)破損嚴(yán)重的支座進(jìn)行更換,但現(xiàn)有各規(guī)范中未明確支座更換的時(shí)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)綜合考慮支座老化開(kāi)裂的裂縫寬度、長(zhǎng)度及壓縮變形程度等指標(biāo)確定支座是否需要更換。建議更換標(biāo)準(zhǔn)為:橡膠支座表面出現(xiàn)裂縫寬度>2mm,裂縫長(zhǎng)度>相應(yīng)邊長(zhǎng)的25%,豎向壓縮變形>高度的10%。

2.4 墩臺(tái)混凝土受侵蝕問(wèn)題

橋梁墩臺(tái)的作用是承擔(dān)車輛荷載和結(jié)構(gòu)自重,并通過(guò)基礎(chǔ)將總荷載傳遞到土體中。隨著橋梁運(yùn)營(yíng)年限的增加,部分橋梁墩臺(tái)結(jié)構(gòu)逐步呈現(xiàn)混凝土剝蝕破損,露筋、鋼筋銹蝕等病害,主要原因包括:一是雨水、河(海)水長(zhǎng)期沖刷,導(dǎo)致墩臺(tái)底部混凝土破損;二是橋面伸縮縫裝置止水帶破損,導(dǎo)致橋面流水或融雪劑等沿破損位置滲入,侵蝕墩臺(tái)混凝土;三是簡(jiǎn)支梁橋墩頂處橋面連續(xù)位置,由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)往往會(huì)出現(xiàn)貫通的橫向裂縫,也會(huì)造成墩臺(tái)受水侵蝕。

對(duì)于墩臺(tái)混凝土受侵蝕類病害,應(yīng)根據(jù)其產(chǎn)生的原因進(jìn)行有針對(duì)性的維修,多數(shù)以更換伸縮縫裝置止水帶、墩頂橋面灌縫為主,再進(jìn)行墩臺(tái)破損部位的修復(fù),并適時(shí)采取混凝土表面防腐涂裝,提高結(jié)構(gòu)的耐久性。

3 橋梁結(jié)構(gòu)類病害及加固方法

橋梁結(jié)構(gòu)類病害常見(jiàn)于技術(shù)狀況等級(jí)為4類、5類橋梁,多數(shù)是承載能力不足或局部有失穩(wěn)趨勢(shì),影響結(jié)構(gòu)安全,主要體現(xiàn)為:

3.1 上部結(jié)構(gòu)抗力不足

(1)表現(xiàn)形式

近些年,由于公路交通量、載重量的不斷增加,以及個(gè)別橋梁設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量問(wèn)題,造成橋梁上部結(jié)構(gòu)承載能力不足,主要體現(xiàn)為預(yù)應(yīng)力梁正彎矩影響區(qū)的豎向裂縫,空心板梁的支點(diǎn)截面附近的斜向剪切裂縫,對(duì)橋梁使用安全造成嚴(yán)重影響,裂縫開(kāi)展形態(tài)見(jiàn)圖2。

圖2 梁體抗力不足產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫

(2)加固方法

可考慮采用預(yù)應(yīng)力加固法,適用于正截面抗彎能力不足,剛度過(guò)小引起裂縫寬度超限或剛度不足,造成梁體撓度超限以及上部結(jié)構(gòu)斜截面抗剪能力不足的情況。施加預(yù)應(yīng)力加固的方法改變了結(jié)構(gòu)原受力體系,預(yù)應(yīng)力施加完成后,原結(jié)構(gòu)會(huì)呈現(xiàn)出卸載現(xiàn)象,引起原結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布。此方法使結(jié)構(gòu)在外加預(yù)應(yīng)力下成為帶柔性拉桿的超靜定體系,加固前結(jié)構(gòu)荷載為活載和自重,預(yù)應(yīng)力筋的張拉值是在恒載作用下量測(cè)的。所以在分析預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增量時(shí),僅需考慮活載作用。根據(jù)加固過(guò)程及受力特點(diǎn),預(yù)應(yīng)力法加固梁體的力學(xué)分析可分為兩階段,即施加預(yù)應(yīng)力和活載作用。該方法具有施工易、干擾少、工期短、能大幅恢復(fù)或提高承載能力等優(yōu)點(diǎn),但外加預(yù)應(yīng)力體系中錨固點(diǎn)以及轉(zhuǎn)向塊存在較大集中力,受力也較為復(fù)雜,且防腐設(shè)計(jì)及養(yǎng)護(hù)等問(wèn)題均需重點(diǎn)考慮。

3.2 下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)失穩(wěn)問(wèn)題

(1)表現(xiàn)形式

在干線、農(nóng)村公路舊橋中擴(kuò)大基礎(chǔ)是下部結(jié)構(gòu)常采用的一種基礎(chǔ)形式。隨著橋梁服役年限的增加,部分橋梁基礎(chǔ)由于承載能力不足或埋置太淺,造成局部不均勻沉降、甚至發(fā)生垮塌等情況。尤其對(duì)于連拱橋梁,一旦基礎(chǔ)失穩(wěn)會(huì)造成全橋各跨迅速連續(xù)垮塌。

(2)加固方法

可采用擴(kuò)大基底面積加固法,適用于基礎(chǔ)承載力不足或埋深過(guò)淺的情況,加固形式見(jiàn)圖3。當(dāng)橋梁基礎(chǔ)有顯著不均勻沉降,且土質(zhì)較為堅(jiān)實(shí)時(shí),可利用此方法加固。若擴(kuò)大部分基底的地基承載力不足,則需打預(yù)制樁提高其承載力,并根據(jù)地基變形計(jì)算確定所需樁量。另外,擴(kuò)大基底面積由地基強(qiáng)度驗(yàn)算來(lái)確定,同時(shí)應(yīng)考慮《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定,多年未受破壞地基按原設(shè)計(jì)1.5倍計(jì)算承載力?；A(chǔ)面積擴(kuò)大后,可使墩臺(tái)基底壓力減小到允許值。當(dāng)?shù)鼗鶑?qiáng)度符合要求,而僅表現(xiàn)為不均勻沉降時(shí),采用該方法加固的基底面積由地基變形計(jì)算來(lái)確定。

圖3 擴(kuò)大基底面積加固法示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的蓬勃發(fā)展,存量的道路、橋隧數(shù)目也在快速增長(zhǎng),因此公路養(yǎng)護(hù)逐步成為交通運(yùn)輸行業(yè)的核心工作。橋梁工程具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安全隱患多、影響力大等特點(diǎn),是管養(yǎng)工作的重中之重。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求,結(jié)合常年工作積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)橋梁檢查方法進(jìn)行了全面、細(xì)致地?cái)⑹?同時(shí)闡明了橋梁上、下部結(jié)構(gòu)常規(guī)病害的典型破損形態(tài),并對(duì)病害的具體成因加以分析,提出了有針對(duì)性的整治維修方法。此外,重點(diǎn)提及了易對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成安全隱患的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)類病害問(wèn)題,隨后又從適用條件、基本原理、附加影響等方面對(duì)結(jié)構(gòu)加固方法進(jìn)行了深入介紹,為今后的公路橋梁管養(yǎng)工作提供參考。