論道路橋梁結構病害與加固

文/劉 麟 王俊茹

論道路橋梁結構病害與加固

文/劉 麟 王俊茹

混凝土橋梁是我國交通基礎設施中的重要組成部分。但長期以來,工程界對混凝土橋梁的病害問題未能給予足夠的重視。人們普遍認為,廣泛分布于鐵路、公路的大量混凝土橋梁可以長期服役,無需維護。然而隨著使用時間的推移,尤其是隨著各種重型車輛、工程用重型運輸車的不斷出現,公路橋梁負荷日趨加重,加之舊橋部分老化、破損或受原設計標準的限制,不少混凝土橋梁由于耐久性不足最終導致結構失效,有相當數量的混凝土橋梁損壞嚴重,或處于超期運營狀態。若不重視橋梁病害的診治,不采取有效的修復加固措施,任其發展,必將對橋梁安全性構成威脅。

一、橋梁病害成因

橋梁結構應具有足夠的強度，以承受作用于其上的重力和附加力；結構各部必須具有足夠的剛度，以使其在荷載作用下不產生過大的撓曲和變形；結構各部尺寸必須具有適當大小，以使其承受軸向壓力時的構件不發生屈曲，喪失穩定性。同時結構也要具有較高的耐久性。由于作用荷載的隨機性、材料強度的離散性、制造與施工質量的分散性、計算假定的近似性，致使在長期使用過程中橋梁結構產生病害，其具體原因如下：

（一）原設計荷載偏低，交通發展后車輛荷載增大，橋梁因承載能力不足而產生病害。

（二）結構設計中存在缺陷，如采用橋型結構不當、設計假定不盡合理。

（三）橋梁施工質量差，未按設計要求和施工規程實施。

（四）不重視橋梁后期養護工作，沒有及時消除已產生的病害。

（五）洪水等自然災害使橋梁產生損壞。

（六）地質條件差，如滑坡、軟基等導致橋梁產生病害。

二、公路橋梁存在的常見病害

（一）主拱圈裂縫病害：主拱圈中波縱向裂縫，檢查時常發現各孔中波波頂均存在縱向裂縫，肋、波連接處裂縫，各孔拱波與拱肋連接處大部分均發生裂縫，拱肋裂縫，各孔拱肋均有橫向裂縫，有不少是U形裂縫，這些裂縫多發生在拱頂前后10m左右范圍內，橫系梁裂縫。

（二）鋼筋銹蝕病害：鋼筋發生銹蝕時，銹蝕部分的體積可膨脹至原來體積的10倍以上，從而對周圍混凝土形成擠壓，造成混凝土開裂、剝蝕、使截面有效尺寸減小，導致結構承載能力下降，銹蝕剝蝕，使截面有效尺寸減小，導致結構承載能力下降。銹蝕的直接后果是鋼筋斷面面積減小，對于以鋼筋作為抗彎能力。鋼筋銹蝕還會降低混凝土對鋼筋的握裹力，銹蝕物外流，在結構表面形成銹跡，影響結構美觀。

（三）墩臺基礎病害：橋梁墩臺基礎在常年使用過程中，除了承受上部構造荷載外，還將承受土壓力，風力，流水壓力，冰壓力和浮力等等各種力的作用。另外，自然界各種因素的影響作用，以及由于過橋車輛的日益重型化，墩臺基礎經常受到過重荷載的作用，因此，橋墩臺將會出現不同程度的損壞。

（四）主梁裂縫及主梁變形病害：主梁裂縫多發生在錨跨中部（正彎矩區）梁的下緣及懸臂梁根部（負彎矩區）上緣，后者大都貫穿整個車行道翼板。此類裂縫顯然是由于大量重車通過使梁的受拉區開裂，屬正常現象。但由于負變矩區裂縫在上面，雨水易從裂縫滲入梁內，引起鋼筋銹蝕及砼強度降低。

三、公路橋梁加固的重要性

（一）在公路橋梁使用期間內，任何橋梁都會成為舊橋。早期修建的橋梁，由于當時人們對鋪裝功能、病害認識有限，往往存在配筋偏小，鋼筋直徑過細，鋪裝與承載構件的界面連續不牢靠等問題。由于橋梁是建在大地上的特殊產品，不僅受自然環境的影響（如大氣腐蝕、溫度、濕度變化等），而且還受到使用環境的影響，難以避免產生損壞現象。這使橋梁的維修、養護、加固、改造已成為必然。

（二）從經濟上分析，橋梁加固可以節省大量投資，收到良好的社會經濟效益。采用適當的加固技術和拓寬措施，不僅可以避免因拆除舊橋與重建新橋而增加工程費用；而且有的甚至可以在不中斷交通的情況下，對早期設計施工的高速公路的橋梁在長期大交通量、重荷載的運營情況下大部分出現了病害的防治；同時也恢復和提高了舊橋的承載能力及通行能力，延長橋梁的使用壽命，滿足現代化交通運輸的需求。

（三）同時橋梁的改造和加固，不僅可以提高公路橋梁的通行能力和服務水平，而且在更大程度上能夠消除交通安全隱患。從發展中分析，舊的公路橋梁加固有利于促進橋梁建設的可持續發展。既滿足現代人的需求以不損害后代人滿足需求的能力，使經濟、社會、資源和環境保護協調發展。

四、橋梁加固的一般流程

在橋梁結構發生病害后，需要采取措施進行加固維修或者更換。橋梁加固工程一般應遵循以下工作程序：結構可靠性鑒定-加固方案確定-加固設計-施工組織設計-施工-驗收。結構可靠性鑒定，主要是對病害結構的病情診斷。加固方案好比處方，加固設計是現行規范及有關標準對加固方案的深化過程。加固施工是對被加固結構按加固設計進行加固的施工過程，對于大型結構加固，為確保質量和安全，施工前應編制施工組織設計。

五、公路橋梁加固的方法

（一）橋面鋪裝加固法

1、局部修復鑿補法。將水泥混凝土鋪裝層的表面鑿毛，深度以使骨料露出為準；用清水沖洗干凈斷面并充分潤濕，涂刷上同標號的水泥砂漿（或其他粘結材料），最后在橋梁承載能力容許范圍內，鋪筑一層1～5cm厚的水泥混凝土鋪裝層。

2、重新澆筑混凝土面板。橋面板的破裂和其他損壞特別嚴重，混凝土質量或施工狀況特別不良，且無適用的修補方法時，就必須采用重新澆筑新的混凝土橋面板的措施，施工時，將原有的行車道鋪裝全部拆除，再將行車道表面清掃干凈，必要時鋪入適量短鋼筋，配置上1～2層鋼筋網，澆筑整體化混凝土。

3、橋面補強層加固法。即在舊有橋面上重新加鋪一層混凝土或鋼筋混凝土補強層，此方法既修補已出現裂縫、剝離等損壞的橋面板，又能加高原有梁板的有效高度，增加梁板的抗彎能力改善鉸結梁板的荷載橫向分布，從而提高橋梁的承載能力。

4、其他方法。如加鋪一層瀝青混凝土，采用混凝土粘結劑或環氧樹脂材料修補法，鋼纖維混土修補法，聚合物混凝土罩面法等。

（二）加大截面加固法

也稱為外包混凝土加固法，是用增大混凝土結構物的截面面積和配筋進行加固的一種方法。

加大截面加固法一般采用兩種方式：一種是加厚橋面板；另一種是加大主梁梁肋的高度和寬度。該法工藝簡單、適應性強，具有成熟的設計和施工經驗，適用于較小跨徑的T梁橋或板橋的加固。采用此法加固后橋梁剛度明顯提高，承載能力也能取得較好的效果。但現場施工的作業時間較長，加固后的建筑物凈空有一定減小。

（三）粘貼碳纖維增強塑料加固法

采用專門的樹脂將碳纖維粘貼于混凝土結構受拉表面，碳纖維與原結構形成新的受力整體碳纖維與鋼筋共同承受荷載，降低了鋼筋應力，從而使結構達到了加固和補強效果。此法幾乎不增加結構自重和截面尺寸，不改變凈空高度，施工方便，對原結構幾乎不會造成新的損傷，具有良好的耐腐蝕性、耐久性和抗疲勞性能，根據受力分析可進行多層粘貼進行補強，其方向性也可以靈活掌握。缺點是環氧樹脂在溫度高于60℃時會呈現軟化現象，而橋梁一般受到陽光直射，橋面溫度高于60℃的可能性很大，不利于采用樹脂膠作粘貼劑。

（四）橋下部結構加固法

橋臺特別是高度較大的橋臺，受行車荷載和土壓力作用，常見病害有橋臺開裂、突起，翼墻外崩、開裂、錯位等。對于跨徑較小、水流不大的石拱橋，可采用在橋跨內加鋼筋混凝土框架進行加固。

（五）灌縫膠灌注法

當梁體變形及裂縫嚴重，承載能力下降。當梁體存在嚴重變形和裂縫，應加強橋梁觀測及試驗檢測，分析原因，制定加固處理方對承載能力剛度不足的梁體，首選用灌縫膠灌注處理裂縫，采用種植或粘貼鋼筋加固法、新澆注混凝土增大梁體截面加固法、粘貼鋼板筋加固法、粘貼碳纖維加固法、體外預應力加固法等方案進行進行結構補強，提高梁體的抗彎承載力。▲

劉 麟，石家莊市政設計研究院有限責任公司

王俊茹，石家莊市政設計研究院有限責任公司