針對公路橋梁不穩定性的加固技術應用

文/劉恒宇 重慶第二外國語學校 重慶 400065

1.引言

道路交通等基礎設施的快速高質量建設極大地促進了中國經濟的發展。近二十年來，中國在公路、鐵路和航空等方面有著不可思議的進步。公路橋梁在我國的道路橋梁等基礎設施建設中占據了十分重要的位置，起到了保證橋梁建設過程中道路通暢的作用。到目前位置，公路橋梁的設計施工等方面已發展得較為成熟，針對公路橋梁出現的問題有相應的解決措施。

本文在以往有關公路橋梁加固技術的工作的基礎上，總結了橋梁裂縫及松軟地基來源，深入探討了了鋼纖維混凝土、多種地基加固技術及物聯網技術在降低公路橋梁不穩定性的重要應用。

2、公路橋梁的不穩定性來源

公路橋梁，是指各級公路建設中遇到其他交通路線、自然或人工水體和山谷等障礙時，為連接兩端公路暢通所修建的橋梁。針對不同的地形走勢，公路橋梁有不同的工程設計。公路連通了各個城市和地區，促進了經濟、文化和教育等方面的交流。公路橋梁是公路交通中必不可少的組成部分，但是工程建設者往往更加注重橋梁的設計，對公路橋梁后期的運營和維護的關注還有待提升，加之野外惡劣自然條件的長期影響，造成了公路橋梁在許多方面具有潛在的不穩定性，是橋梁建成后沒有達到預期運營壽命和安全抗震效果的重要原因。

2.1 橋梁裂縫

2.1.1 成因

橋梁裂縫的出現是公路橋梁使用過程中普遍存在的現象，可大致分為有害裂縫與無害裂縫，不同的裂縫其成因也各不相同。第一，材料溫差。頻繁的溫度差產生的受熱不均勻，使建筑材料不斷地出現熱脹冷縮現象，而橋梁的建材大多為收縮性較差的剛性材料，建筑材料多次地收縮和膨脹導致了裂縫的產生。第二，水流與車流。裂縫產生之后，水流的持續沖刷以及車流量的增大，帶來的受力不均勻，都會使裂縫擴大的速度越來越快。第三，材料質量。混凝土材料本身的品質達標與否也是影響道路橋梁裂縫形成的重要因素之一，混凝土質量差也會導致施工時的混凝土澆筑過程質量降低[1]，從而使裂縫在橋梁建成之后過早地形成。橋面是直接與來往的車輛接觸，并承受其負載的重要結構，這也使得橋面成為易于損壞的橋梁結構之一。過大的車流量使橋面長時間處于負載過大的狀態，因此橋面裂縫在橋梁建成之后很容易出現。

2.1.2 影響

橋梁裂縫的產生會增加橋梁的不穩定性。裂縫產生之后，不僅會破壞公路橋梁原有的外觀，更會使公路橋梁內部的鋼筋混凝土結構易受到侵蝕，公路橋梁橋體裂縫的逐步擴大，導致公路橋梁結構的受損越來越嚴重，降低了橋梁的穩定性。尤其是在重要路段中出現的公路橋梁裂縫需要及時地進行施工維修，公路橋梁裂縫地頻繁出現會加大公路橋梁的運營成本，因而減少公路橋梁裂縫的形成尤為重要。

2.2 地基松軟

2.2.1 成因

地基是用于支撐橋梁整體重量的結構，因此，地基穩固與否十分重要。天然地基松軟或人工地基受原有土層影響變得松軟或有多種成因：

（1）地基土土質松散，含水量較大是地基松軟的重要原因，下臥層位于持力層之下，但地基土土質松軟，傳入下臥層的壓力仍然能夠破壞原地質，引起地基的損害。

（2）橋梁的自重過大，地基在實際地運營中所承載的負荷超出其所能承受的最大受力，地基受到破壞，會導致地基相對松軟。

（3）位于地基中的地下水如果被過度的開采，也會使地基松軟。

2.2.2 影響

在地基的設計與施工建設當中，缺乏對上述等因素的考慮，都可能會造成地基松軟，負載能力的缺乏會使地基無法達到應有的成效，影響公路橋梁的整體結構。地基松軟能導致基礎和上部構造出現裂縫甚至開裂。地基松軟不僅會影響橋體本身的穩定性，在施工過程中也會影響周圍建筑的安全及使用。考慮到地基松軟的危害，在施工中為了保證施工安全和施工質量，需要持續地對地基進行穩定和加固，因此也會耗費大量額外資金。如果地基嚴重變形，會引起地基沉降甚至地基斷裂。地基斷裂的出現會對公路橋梁造成極大的影響，會導致該路段的癱瘓乃至橋體的垮塌[2]。

3、公路橋梁的加固技術

3.1 鋼纖維混凝土材料的應用

3.1.1 鋼纖維混凝土材料的概述

普通的鋼筋混凝土材料對環境有較大的破壞，且成本相對較高。鋼纖維混凝土即是將少量的短鋼纖維混入在混凝土材料當中，形成的鋼纖維混凝土材料與傳統的鋼筋混凝土材料相比不僅強度更大，成本也有所降低。鋼纖維混凝土的抗壓能力和抗拉能力都遠高于鋼筋混凝土，這就意味著鋼纖維混凝土在溫差大和車流量大等因素的影響下能夠減少建筑物裂縫的產生與加劇，從而延長建筑物的壽命并降低維護成本以提高收益。因此鋼纖維混凝土能夠被廣泛應用在公路橋梁的建設中。

3.1.2 鋼纖維混凝土的制作過程

為避免短鋼纖維出現結團等現象，適當的制作流程尤為重要。在施工時，制作鋼纖維混凝土的投料順序依次為砂、石、鋼纖維、水泥、外加劑和水。

3.1.3 保證鋼纖維混凝土性能的途徑

（1）保證鋼纖維材料的適當品質和強度。鋼纖維的應用是提高混凝土強度的主要因素，因此鋼纖維材料品質的高低在一定程度上決定了鋼纖維混凝土質量的好壞。同時，混凝土的強度也應與鋼纖維的強度相當，才能保證鋼纖維混凝土達到應有的強度。

（2）鋼纖維混凝土的攪拌混合過程。為確保鋼纖維的平均混合，一般需要在將鋼纖維加入攪拌機攪拌的過程中用分散機進行分散并控制機器的運行功率[3]，有時也會利用多次地投料的方式來使加入的鋼纖維混合均勻，還需合理地控制鋼纖維投入攪拌機的攪拌時間。此外，先對鋼纖維混凝土的原材料進行干攪拌再進行濕攪拌也能提高制作鋼纖維混凝土的合理性。

（3）運輸過程也十分重要。要確保運輸線段的平整，避免顛簸使鋼纖維混凝土的質量降低[4]。

3.2 地基加固處理技術

在架設公路橋梁的過程中，會經常遇到壓縮性較強的松軟地基。針對不同特性的地基土質，工程師會采取不同的地基加固處理技術以提高地基的承載力，防止在公路橋梁的使用過程中出現地基顯著沉降等問題。

（1）換土法。當地基土質的壓縮性強且松軟土層的深度較淺時，通常采用換土法。換土法即是將地基表層的松軟土層去除，用爆破、強制擠出或人工開挖等方法常被用來去除上部軟土層[5]。再換填為高強度的材料，并通過壓實換填材料來進一步增強地基的承載能力。

（2）振沖法。首先是將振沖器深入到地基當中，由于振沖器中有偏心裝置，運行過程中能夠產生高頻率的振動，并通過噴射高壓水流沖擊土層，使振沖器能夠下降到較深的地基中。下降到一定深度之后，再提起振沖器。在提起振沖器的同時，將碎石加入到孔中，通過振動使加入的碎石密實，達到加固地基的目的。

（3）水泥攪拌法。該方法適用于處理淤泥和軟質土，將水泥和固化劑加入到土層中，用特殊的設備進行攪拌，形成穩固的復合地基。

3.3 物聯網監測不穩定性

3.3.1 物聯網概念

物聯網技術廣泛應用于各行各業當中，它對于智能行業起到了極大的推進作用。可大致分為感知層、傳輸層與應用層，從數據的采集與收集到傳輸再到最后的實際應用，物聯網技術的這一流程極大地促進了行業的發展速度。物聯網技術通過高效地采集數據并傳輸，提高了人們在工作過程中的效率，這也是物聯網技術蓬勃發展的原因之一。

3.3.2 公路橋梁的物聯網應用

在公路橋梁中應用物聯網技術，可以實現對公路橋梁的各項數據進行實時監控，并加以匯集。使人們可以隨時得到橋梁的相關信息，在數據出現正常范圍之外的變化時，可及時采取相應措施進行調控，提高公路橋梁的穩定性。

結論：

公路橋梁是道路交通的重要組成部分，由于自然或人為因素，會使公路橋梁出現不穩定的現象。利用加固技術局對公路橋梁進行抗震加固，結合物聯網技術對公路橋梁的健康進行實時監測和反饋，能夠減少后期的維護資金，并降低運營過程中的安全隱患，對道路交通的進一步發展有很大的促進作用。