高速公路及橋梁隧道病害處治方法

摘" 要：在社會(huì)快速發(fā)展背景下，我國(guó)高速公路的建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，高速公路里程在全球排名首位，其中橋梁、隧道的建設(shè)數(shù)量也日漸增加。然而，在高速公路運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中，由于橋梁、隧道等運(yùn)輸任務(wù)繁重，很容易出現(xiàn)各種病害，嚴(yán)重影響高速公路橋梁隧道的運(yùn)營(yíng)安全。對(duì)此，該文主要介紹高速公路橋梁病害類型，分析病害出現(xiàn)的原因，并探究病害處治方法。

關(guān)鍵詞：高速公路；橋梁；隧道；病害；處治方法

中圖分類號(hào)：U418.6" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）16-0166-04

Abstract： In the context of rapid social development， the construction scale of expressways in China is gradually expanding， and the mileage of expressways ranks first in the world， in which the number of bridges and tunnels is also increasing. However， in the process of highway operation and management， due to the heavy transportation tasks such as bridges and tunnels， it is easy to appear various diseases， which seriously affect the operation safety of highway bridges and tunnels. Thus， this paper mainly introduces the disease types of highway bridges， analyzes the causes of the diseases， and explores the treatment methods of the diseases.

Keywords： highway; bridge; tunnel; disease; treatment method

高速公路橋梁隧道作為我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要內(nèi)容，也是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐，尤其是一些偏遠(yuǎn)山區(qū)，在客觀自然因素的影響下，橋梁、隧道成為交通建設(shè)的首要內(nèi)容，然而，在實(shí)際建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中，受到地形、地質(zhì)及運(yùn)輸壓力等因素的影響，高速公路橋梁隧道會(huì)出現(xiàn)各種病害，如滲水、變形等，安全隱患較大，一旦出現(xiàn)問(wèn)題將會(huì)對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成嚴(yán)重的損失。對(duì)此，對(duì)高速公路橋梁隧道病害進(jìn)行明確，采取針對(duì)性的防治方法十分有必要，對(duì)提升橋梁隧道的使用壽命和使用安全具有重要意義。

1" 高速公路橋梁隧道病害類型

1.1" 高速公路病害

1.1.1" 路面沉陷

路面沉陷是高速公路病害的典型表現(xiàn)，在施工過(guò)程中，路基填筑的土質(zhì)材料較差，或者路基尚未完善密實(shí)就進(jìn)行下一步施工，這樣致使高速公路在后期使用的過(guò)程中，受到地下水及車輛荷載的影響，出現(xiàn)不同程度的變形問(wèn)題，致使路面沉陷。根據(jù)相關(guān)技術(shù)文件要求，假如局部下沉路面的深度超過(guò)10 mm，就可以判斷路面出現(xiàn)了沉陷病害，假如深度超過(guò)25 mm，就可以判斷路面出現(xiàn)了重度沉陷病害。

1.1.2" 裂縫

裂縫這種病害在高速公路路面中是較為常見(jiàn)的，看似小小的裂縫卻會(huì)對(duì)高速公路路面造成嚴(yán)重的損傷，甚至?xí)绊懻Ｐ熊嚭徒煌ò踩?，一般裂縫包括3種類型，分別是：①橫向裂縫。這種裂縫產(chǎn)生的位置并沒(méi)有一定的規(guī)律性，也不會(huì)集中在一個(gè)位置出現(xiàn)，裂縫寬窄不一，通常裂縫會(huì)與路面中線近于垂直關(guān)系，而且周圍會(huì)出現(xiàn)少量的支縫[1]。假如未及時(shí)處理這種橫向裂縫，其將會(huì)沿著路基延伸，產(chǎn)生更大的裂縫；②縱向裂縫。這種裂縫產(chǎn)生的位置主要是路面接縫、路肩邊緣、緊急停車帶，裂縫的寬度、大小不同，朝向與行車方向呈垂直關(guān)系。對(duì)于緊急停車帶以及路肩邊緣位置出現(xiàn)的縱向裂縫，會(huì)逐漸延邊緣向內(nèi)部擴(kuò)大，成月牙形，這種裂縫有極高的危害性，容易導(dǎo)致路基出現(xiàn)滑移的情況。對(duì)于路面接縫，行車道部位的裂縫，主要是縱向條帶狀，會(huì)逐漸從兩端末延伸到路堤邊緣。③網(wǎng)裂。這種裂縫也就是網(wǎng)狀裂縫，屬于交錯(cuò)的疲勞裂縫，是由一個(gè)個(gè)多邊形的小塊構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)裂縫，其初始形態(tài)是沿著行車方向出現(xiàn)的單條或者多條平行的縱向裂縫，然后在縱向兩縫之間出現(xiàn)斜向或者橫向的連接縫，以此形成網(wǎng)狀縫[2]。

1.1.3" 路面坑槽

在溫度和交通荷載的不斷影響下，高速公路的瀝青和骨料之間的黏附力逐漸下降，進(jìn)而產(chǎn)生空隙，路面積水會(huì)進(jìn)入到瀝青表面，停滯在瀝青和骨料之間，然后在交通荷載的作用下形成水動(dòng)力，在水動(dòng)力的作用下會(huì)迫使瀝青膜與骨料逐漸脫離，最終形成坑槽。

1.2" 橋梁病害

1.2.1" 空心板橋梁病害

在各種類型的橋梁中，空心板橋梁是最常見(jiàn)的建設(shè)類型，也是最容易出現(xiàn)病害的類型。其中病害主要出現(xiàn)在空心板、鉸縫、橋面和支座上，包括橋梁工程設(shè)計(jì)缺陷、施工缺陷、后期養(yǎng)護(hù)缺陷等主觀因素引發(fā)單板受力、橋梁底部縱向開(kāi)裂、空心板內(nèi)積水、頂?shù)装搴穸炔粔?、鉸縫開(kāi)裂、鉸縫滲水、鉸縫混凝土脫落、支座脫落、支座位置設(shè)置不合理和橫向開(kāi)裂滲水等病害。比如，某空心板橋梁在橫向連接上采用縱向鉸縫，然而鉸縫質(zhì)量參差不齊，再加上后期養(yǎng)護(hù)過(guò)程中受到超限車影響，導(dǎo)致鉸縫失效，出現(xiàn)單板受力的情況，空心板的荷載大大增加，對(duì)橋梁的使用安全造成嚴(yán)重影響[3]。

1.2.2" 橋面鋪裝病害

橋梁路面鋪裝出現(xiàn)的病害主要包括以下幾種情況。①橋面鋪裝厚度不夠或者厚度不均勻；②鋪裝層與下層材料粘合度不夠，易出現(xiàn)脫落情況；③橋面鋪裝防水處理不科學(xué)。對(duì)于橋梁的橋面而言，會(huì)直接承受車輪荷載的沖擊，其中的混凝土構(gòu)件會(huì)在荷載的作用下出現(xiàn)一定的裂縫，這對(duì)橋梁承載能力造成的影響較小，但是對(duì)橋梁的使用壽命會(huì)造成嚴(yán)重的影響，還會(huì)出現(xiàn)坑槽、局部開(kāi)裂、脫層及車轍等情況[4]。

1.2.3" 支座損壞

橋梁支座損壞也是一種常見(jiàn)病害，主要包括以下幾種情況。①支座滑動(dòng)面磨耗大，滑動(dòng)面不平整；②支座螺母脫落、松動(dòng)；③橡膠支座出現(xiàn)橡膠老化、脫空情況；④支座選用不合理，使用過(guò)程中變形超過(guò)允許值；⑤梁體位移較大時(shí)，支座出現(xiàn)移動(dòng)情況，導(dǎo)致支座受力損害，出現(xiàn)病害問(wèn)題。

1.3" 隧道病害

1.3.1" 滲水

隧道襯砌滲水會(huì)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的安全性和整體性造成嚴(yán)重的影響，不僅會(huì)增加隧道內(nèi)部的濕度，致使內(nèi)部設(shè)置的各種線路出現(xiàn)短路的情況，而且還會(huì)引發(fā)其他病害，比如積水、漏水等，致使隧道內(nèi)的襯砌出現(xiàn)開(kāi)裂的問(wèn)題，甚至?xí)U(kuò)大裂縫。

1.3.2" 襯砌

隧道襯砌是承受地層壓力和防止圍巖變形塌落的主體建筑，襯砌病害是隧道病害的主要形式，不僅會(huì)破壞隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且還會(huì)影響隧道的安全應(yīng)用，威脅行車安全。

2" 高速公路橋梁隧道病害主要原因

2.1" 高速公路病害主要原因

2.1.1" 路面沉陷

路面沉陷出現(xiàn)的原因主要包括3個(gè)方面。第一，基層不平穩(wěn)。通常瀝青面層厚度會(huì)受到基層表面平整度的影響，假如瀝青層的厚度不同，在行車之后會(huì)出現(xiàn)沉降情況。第二，載量超限。高速公路行車的載量超限也是導(dǎo)致路面沉降的主要問(wèn)題，根據(jù)相關(guān)研究，假如在一輛載重10 t的車輛上增加5 t，其對(duì)路面結(jié)構(gòu)造成的破壞就會(huì)擴(kuò)大6倍。第三，路基剛度不夠。路基剛度會(huì)影響路基承受荷載時(shí)抵抗變形的能力，假如剛度不夠，那么在交通荷載作用下就容易出現(xiàn)沉降情況[5]。

2.1.2" 裂縫

針對(duì)橫向裂縫而言，一般不是由于荷載作用而產(chǎn)生，其產(chǎn)生的原因主要有3個(gè)方面。第一，材料收縮引起橫向裂縫。一方面，在路面基層成型的過(guò)程中，由于材料失水后會(huì)收縮，進(jìn)而出現(xiàn)較為規(guī)則的橫向裂縫。另一方面，路面基層材料會(huì)受到溫度的影響，假如溫度驟降，在低溫狀況下會(huì)收縮，進(jìn)而開(kāi)裂成縫。這2種收縮變形會(huì)導(dǎo)致路面層的底面承受拉力，假如拉力超過(guò)瀝青面層的抗拉強(qiáng)度，就會(huì)導(dǎo)致其底部出現(xiàn)拉裂的情況，再加上溫濕度變化及交通荷載的不斷作用，都會(huì)導(dǎo)致瀝青面層底面出現(xiàn)裂縫。第二，瀝青和混凝土溫縮引起橫向裂縫。由于瀝青是一種對(duì)溫度變化較為敏感的黏彈性材料，在溫度降低時(shí)，會(huì)逐漸變脆變硬，進(jìn)而出現(xiàn)收縮變形情況。假如收縮拉應(yīng)力超過(guò)瀝青混凝土的抗拉強(qiáng)度，瀝青路面就會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂的情況，并逐漸向下發(fā)展，形成上寬下窄的裂縫。這種溫縮裂縫在北方溫差較大的地區(qū)較為凸顯，一般初冬裂縫會(huì)達(dá)到3～5 mm，到了嚴(yán)冬會(huì)發(fā)展到10～20 mm，而春季回暖就會(huì)逐漸縮回。

針對(duì)縱向裂縫而言，產(chǎn)生的原因主要包括以下3個(gè)方面。第一，地基原因。一些高速公路路段處于河谷、丘陵低洼處，地基土中的天然含水率較高，在設(shè)計(jì)階段未充分考慮，而且施工過(guò)程中對(duì)此未做相關(guān)處理工作，在高填土之后，由于地基承載能力存在差異，會(huì)出現(xiàn)不同程度的沉降，致使路面出現(xiàn)縱向裂縫。第二，路基施工原因。假如在高速公路地基施工的過(guò)程中，天氣干燥，局部路堤填料的土塊未充分粉碎，路面壓實(shí)度不夠，路基邊緣無(wú)法超寬碾壓，暗埋構(gòu)件由于長(zhǎng)度限制，或者混合料在攤鋪時(shí)的縱向施工搭接質(zhì)量較差等，都會(huì)導(dǎo)致縱向裂縫的出現(xiàn)[6]。第三，水分滲透破壞。高速公路路面、邊坡、中央分隔帶等區(qū)域存在滲水情況，會(huì)導(dǎo)致局部路基受到水分滲透破壞影響，路基承載力下降，而且在動(dòng)靜荷載作用下，路基移動(dòng)出現(xiàn)裂縫。而且假如填料選擇的弱膨脹土，并且在施工中未有效處理，在滲水之后含水量會(huì)產(chǎn)生變化，導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。

針對(duì)網(wǎng)裂而言，產(chǎn)生的原因主要包括以下幾個(gè)方面：第一，高速公路路面整體強(qiáng)度不夠引發(fā)的。第二，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面存在不合理情況，路基路面壓實(shí)度不夠。第三，路面材料使用不合理，未充分?jǐn)嚢?，?dǎo)致瀝青和骨料的黏結(jié)性下降等。第四，因?yàn)槁访嬖诔霈F(xiàn)橫向或者縱向裂縫之后未及時(shí)處理，導(dǎo)致水分滲透到下層，基層表面被水分浸泡發(fā)軟，強(qiáng)度下降，再加上交通荷載的不斷作用，粉漿會(huì)通過(guò)路面基層裂縫或者空隙壓到表面，形成唧漿，然后基層表面逐漸空洞，出現(xiàn)網(wǎng)裂。

2.1.3" 坑槽

坑槽病害出現(xiàn)的原因主要包括以下幾個(gè)方面。第一，車輛在行駛過(guò)程中存在漏油問(wèn)題，這些滴落的汽油會(huì)侵蝕路面，進(jìn)而出現(xiàn)坑槽。第二，高速公路缺乏日常養(yǎng)護(hù)，在出現(xiàn)脫皮、網(wǎng)裂等病害時(shí)未及時(shí)處理。第三，瀝青膜缺乏覆蓋，在后期雨水、車輛荷載的作用下，混合料的性能逐漸下降，出現(xiàn)裂縫，進(jìn)而擴(kuò)大為坑槽。

2.2" 橋梁病害原因

橋梁病害出現(xiàn)的原因主要包括以下3個(gè)方面。第一，橋梁設(shè)計(jì)不合理。當(dāng)前我國(guó)使用的橋梁設(shè)計(jì)體系缺乏完善性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中針對(duì)不同系數(shù)的取值并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而且也未綜合考慮到混凝土收縮、徐變和溫度變化造成的影響。第二，施工方式不合理。假如在橋梁施工過(guò)程中缺乏統(tǒng)一的施工標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)場(chǎng)管理不到位、施工方式不當(dāng)?shù)?，都?huì)導(dǎo)致橋梁混凝土出現(xiàn)振搗不充分，露筋或者鋼筋分布不合理等情況，嚴(yán)重影響橋梁結(jié)構(gòu)的承載力。第三，材料使用不合理。在橋梁施工過(guò)程中很容易出現(xiàn)材料使用不合理的情況，缺乏對(duì)材料質(zhì)量的嚴(yán)格管控，嚴(yán)重影響橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載力[7]。

2.3" 隧道病害原因

2.3.1" 滲水

通常高速公路隧道施工會(huì)對(duì)原始圍巖體水系的平衡造成影響，致使隧道周圍水系向著隧道四周的巖石蔓延和匯集，在圍巖和含水地層接觸連通時(shí)，襯砌的排水尚未適應(yīng)，進(jìn)而出現(xiàn)滲水的情況。

2.3.2" 襯砌

高速公路隧道出現(xiàn)襯砌病害的主要原因包括以下幾個(gè)方面：第一，由于大型車輛或者超載車輛通過(guò)，出現(xiàn)裂縫，進(jìn)而出現(xiàn)襯砌。第二，溫度變化、化學(xué)腐蝕等因素引發(fā)的襯砌裂縫。第三，在施工建設(shè)過(guò)程中，未充分掌握地形情況，對(duì)山體造成不同程度的破壞，從而為襯砌病害的出現(xiàn)埋下隱患。

3" 高速公路橋梁隧道病害處治方法

3.1" 高速公路病害處治方法

3.1.1" 路面沉陷病害處治

針對(duì)高速公路路面沉陷病害，在處治過(guò)程中，首先要到現(xiàn)場(chǎng)確定沉陷長(zhǎng)度和面積，然后進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，在大概確定的長(zhǎng)度基礎(chǔ)上向兩端延長(zhǎng)20～30 m，保證處治長(zhǎng)度的準(zhǔn)確性，進(jìn)而在路面標(biāo)記檢測(cè)點(diǎn)，一般在沉陷深處設(shè)置一個(gè)代表性的檢測(cè)點(diǎn)，反應(yīng)其下沉深度，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行開(kāi)挖和填充，進(jìn)而采用灌漿法將路面高程恢復(fù)到原設(shè)計(jì)高度。具體操作需要先鉆孔，找準(zhǔn)鉆孔位置，在明確的灌漿區(qū)域中結(jié)合間隔距離設(shè)置梅花形鉆孔位置，在路面中間可以設(shè)置兩排空隙，沿著路面邊緣地區(qū)設(shè)置單排空隙。鉆孔的直徑一般為75～85 mm，采用垂直鉆孔方式，結(jié)合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在鉆孔設(shè)備鉆至預(yù)設(shè)深度之后，插入直徑為25 mm的PVC管材，并且在管材壁上鉆取單個(gè)小孔，利用泥漿處理空隙，在泥漿凝固之后進(jìn)行灌漿操作。灌漿的過(guò)程中要結(jié)合實(shí)際情況調(diào)制漿液配比，水泥選擇使用復(fù)合硅酸鹽水泥，漿液配置好之后要充分?jǐn)嚢瑁M(jìn)而進(jìn)行單管灌注。

另外，還可以采用換土復(fù)填法，完全清理原本路基沉陷的填土，進(jìn)而填充符合標(biāo)準(zhǔn)的新填土，一般是砂礫土和亞黏土，進(jìn)而采取自上而下的施工方法，進(jìn)行壓緊密實(shí)。

3.1.2" 裂縫病害處治

針對(duì)裂縫病害，處治方法詳細(xì)見(jiàn)表1。

3.1.3" 坑槽病害處治方法

假如是由于地基沉降出現(xiàn)橫向裂縫產(chǎn)生的坑槽，而且裂縫寬度超過(guò)5 mm，甚至出現(xiàn)啃邊、錯(cuò)臺(tái)等情況，可以先沿著裂縫兩邊鑿除，范圍在0.5～1 m，并清理干凈面層，按照橫向裂縫的處治方法填實(shí)裂縫，最后重新攤鋪瀝青面層。

3.2" 橋梁病害處治方法

3.2.1" 空心板橋梁處治

針對(duì)橋梁病害的處治，主要是包括以下幾種方法。①在空心板表面鉸縫兩側(cè)放置∏形鋼筋；②在出現(xiàn)鉸縫病害的底面兩側(cè)粘貼鐵鋼板條；③采用混凝土填充方式，修復(fù)鉸縫病害，不需要鑿除病害鉸縫處的混凝土。

3.2.2" 橋面鋪裝病害處治

結(jié)合橋梁橋面鋪裝混凝土的損害程度進(jìn)行處治，可以采用橋面鋪裝層加固的方法，具體為植筋技術(shù)，能夠起到橋面鋪裝層加固的效果，對(duì)單塊板的受力狀態(tài)進(jìn)行改善，并提升整體橋面結(jié)構(gòu)的承載能力[8]。

3.2.3" 支座損壞病害處治

針對(duì)橋梁支座損害病害，可以結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行處治。針對(duì)支座上下錨栓彎曲、折斷、銹死等情況，對(duì)于上錨栓可以將橋梁支座上擺和混凝土梁底的鑲角板焊起來(lái)，使二者成為一個(gè)整體；對(duì)于下錨栓可以鑿除橋梁支座底板上的部分混凝土，取出舊錨栓，更換為新的錨栓。另外，還可以利用夾板進(jìn)行固定。針對(duì)支座積水、陷槽、翻漿和流銹等情況，可以使支座底板略高于墩臺(tái)支撐墊石，并采用細(xì)鑿墊石排水坡的方法，排水坡坡度通常為3%。

3.3" 隧道病害處治方法

3.3.1" 滲水病害處治

隧道滲水病害的處治可以采取以下幾種方法。①注漿封堵法：一是結(jié)合滲水位置和面積，利用電鉆在滲水縫位置設(shè)置注漿孔；二是利用快硬防水砂漿對(duì)注漿管進(jìn)行固定；三是注漿；四是在注漿完成幾天之后切除注漿管的外露部分，并利用防水砂漿進(jìn)行抹平。②剔槽疏導(dǎo)法：此方法針對(duì)滲水量較大的滲水點(diǎn)，在滲水位置打孔放水，然后在打孔位置豎直鑿出一條梯形槽，槽底與滲水裂縫銜接，并在槽中固定PVC排水管，將滲水引到隧道中央管道中。③增加橫向排水管。假如隧道內(nèi)排水管無(wú)法滿足排水需求，就可以增加橫向排水管，與隧道內(nèi)排水系統(tǒng)形成閉合回路。

3.3.2" 襯砌病害處治

隧道襯砌的處治方法主要為①初期支護(hù)：按照設(shè)計(jì)增設(shè)錨桿，并掛網(wǎng)噴射混凝土襯砌背后注漿；②永久性支護(hù)：先掛設(shè)防水局腌菜，并將其牢固粘貼在噴射混凝土表面，粘貼的過(guò)程中采用真空粘貼方式，并進(jìn)行充氣檢驗(yàn)，以此形成完整的防水體系。進(jìn)而檢查各個(gè)部位的襯砌厚度，泵送混凝土進(jìn)行澆灌。在進(jìn)行拱部混凝土澆筑的過(guò)程中，要壓注混凝土滿后依舊需要持壓10 min，以此保證拱部不出現(xiàn)脫空的情況。在二次襯砌完成后需要利用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)襯砌厚度和脫空情況進(jìn)行檢查。

4" 結(jié)束語(yǔ)

高速公路橋梁隧道在施工建設(shè)和運(yùn)營(yíng)使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不同類型的病害，在處治之前需要明確病害類型，結(jié)合病害特征選擇合適的處治方法，這樣才能從根本上解決病害，確保其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和運(yùn)行安全性。

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