公路橋梁典型結構病害分析及加固方案研究

王前進

摘要：文章分析了公路橋梁典型的結構病害，總結了應對公路橋梁結構病害的加固方案，為公路橋梁結構病害的防治工作提供參考依據，對提高公路橋梁的質量及安全性具有一定的指導意義。

關鍵詞：公路橋梁;病害.力口固;研究

中圖分類號：U445.71 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.029

文章編號：1673-4874（2019）07-0092-04

0引言

近年來，因公路橋梁的質量問題而引發的各類交通事故時有發生，給人們的日常生產生活帶來了一定影響，并造成了一定的經濟損失。公路橋梁的結構病害是其質量問題的直接反映，通過對各類結構病害進行深入分析，能夠對公路橋梁的質量加以評估并制定后續整改及修復方案。

1公路橋梁結構加固處理的必要性

公路橋梁工程在我國當前的交通領域中占有很大比重，對于緩解各地區的交通壓力、促進當地經濟的建設具有重要作用。隨著我國公路橋梁施工技術的不斷發展和完善，在工程施工的質量、安全性等方面均有顯著的進步。然而，新施工技術、施工材料的廣泛應用并不能確保全部的公路橋梁在投入使用過程中的效果都令人滿意。這一方面與公路橋梁工程的后續養護工作有關;另一方面與公路橋梁日常的載荷及車流量有關。部分公路橋梁工程在投入使用過程中未嚴格控制過載、超載現象，導致部分橋體發生裂縫及形變等各種結構病害，既包括上部的裂縫病害，也包括下部的墩臺病害，給通行的車輛帶來一定的安全隱患。對公路橋梁結構進行加固處理可提高公路橋梁工程的整體質量及安全性，降低重特大交通事故發生的概率，減少工程的維護成本，對于延長公路橋梁的使用壽命也具有重要意義。

2公路橋梁典型結構病害分析

2.1上部結構病害

2.1.1鉸縫處病害

鉸縫處病害在空心板橋梁工程中較為常見。鉸縫處出現破碎后，引起單板不均衡受力，最終使橋面的鋪裝工作無法完成，情況嚴重時可造成鉸縫混凝土脫落、透空問題。鉸縫處病害對于空心板橫向受力性能影響較大，并可引發各種次生病害。對這種病害進行修復時需封閉交通，清除原有鉸縫殘渣，維修工作量較大，工期較長，對交通的正常運行帶來較大影響。鉸縫處病害一般較為隱蔽，難以從外觀上判斷病害情況，當鉸縫發生滲水后，則表明鉸縫混凝土存在裂縫或已破碎，即可通過滲水程度來判別鉸縫的病害情況。

2.1.2縱向裂縫病害

縱向裂縫多見于預應力混凝土梁底板，且這種類型的病害將持續發展，在公路橋梁中較為常見，具有普遍性。通車后三年左右為高發期，裂縫數量以及寬度隨時間增加而增加，嚴重影響了公路橋梁的使用壽命。

2.1.3橫向裂縫病害

橫向裂縫在鋼筋混凝土板梁中發生幾率較大，并隨時間的增加而逐漸發展。這種類型的裂縫多見于板梁跨中區域，通常大范圍集中出現，裂縫的數量及寬度逐漸增加，使板梁剛度逐漸降低，且這種裂縫常伴有滲水及鈣化等病害發生。

2.1.4連續橋面裂縫病害

考慮到施工的便利性及行車的安全性和舒適度，公路橋梁施工中常使用連續橋面。連續橋面僅傳遞橫向載荷，因此連續橋面常發生橫向裂縫病害，進而產生坑洞，經過密集車流的不斷作用，這類病害逐漸擴大，使得連續橋面結構在實際工程應用中受到一定的限制。連續橋面病害同樣會引起很多次生病害。

2.2下部結構病害

2.2.1地基沉降不均

沉降是因為水體作用而減弱了土體性能，而軟土地基沉降較為常見，一般通過灌漿法可進行處理。對于輕型橋臺及樁基的沉降而言，主要是由于樁周土體載荷能力降低所致。值得注意的問題是，地基壓密下沉情況下所引起的沉降是無法避免的，沉降值在規定范圍內是允許的，若超出規定范圍則會給公路橋梁帶來不利影響。

2.2.2基礎傾斜滑移

傾斜滑移現象在橋臺基礎部分較為常見，通常由水土及人為原因所致。發生傾斜滑移的墩臺是基礎多位于軟土地基上的橋臺，包括重力式橋臺和倒T型橋臺等。沉井基礎在施工過程中擾動了地基也會發生滑移。此外，沖刷也是公路橋梁基礎發生傾斜滑移的重要因素，其結果是橋梁基礎發生沖空病害，導致樁體傾斜。通常情況下局部沖刷影響較大，對橋墩穩定性構成一定威脅。亂采砂石等人為因素也可引起橋臺前端地面沉降，因臺前壓力降低而失去穩定性，最終導致橋臺向前滑移。

2.2.3基礎構件腐蝕、開裂

置于水中的基礎長期受到腐蝕作用，使混凝土出現蜂窩以及露筋等現象。在受力不均衡情況下會引起局部應力出現異常，發生橫向及縱向裂縫，在額外載荷作用下會使基礎構件應力改變而導致局部開裂、損壞。

2.2.4墩臺裂縫、剪切破壞

墩臺損壞以裂縫為主要形式，有橫向、縱向以及網狀裂縫等。例如橫向裂縫多呈水平狀排列，多由施工技術問題引起，當墩臺實際承受的橫向剪力超過其最大載荷時會發生剪切破壞病害。這種類型的病害主要是由于墩臺剛度不均以及墩臺上部橫向載荷等因素共同作用引起的。

2.2.5墩臺腐蝕破壞

當水滲入到橋墩裂縫中時，凍脹作用會引起裂縫加大，裂縫進一步發展到鋼筋時會使鋼筋發生銹蝕，鋼筋在銹蝕后體積變大，最終將保護層漲裂，導致混凝土脫落，發生露筋現象。

2.2.6墩臺傾斜形變

引發墩臺形變的因素有很多，包括設計和施工原因，但最主要的因素是水流沖刷。在公路橋梁原始施工方案的設計環節，應對橋梁的位置以及跨度進行詳細論證和分析，這在一定程度上可以避免水流沖刷的情況發生。

公路橋梁典型結構病害種類及特點匯總如表1所示。

3公路橋梁結構病害加固方案

3.1上部結構病害加固方案

公路橋梁上部結構病害的加固方案主要有增加梁截面、增配加固材料及輔助構件等。

3.1.1增加梁截面

增加梁截面的方式有很多種，例如增焊主筋、增大梁肋、加厚橋面板以及噴射混凝土等。增焊主筋的目的是增強梁的抗彎強度并提高梁的高度，但當主筋在允許范圍內且公路橋梁下方凈空受限時，不能增加梁截面。增大梁肋即增加受力鋼筋以提高梁的抗彎強度，但在T型截面梁情況下如果原截面面積過小將引起載荷能力降低。加厚橋面板對于增加主梁高度及抗壓強度具有一定作用，并可優化公路橋梁的橫向載荷能力。噴射混凝土可提高整體結構的穩定性，對于公路橋梁上部結構的加固具有重要意義。

3.1.2增配加固材料及輔助構件

增配加固材料主要是將鋼板、鋼筋以及玻璃鋼、碳纖維等高性能抗拉材料配置到混凝土薄弱的部位，與橋梁結構形成一個整體，提高公路橋梁的載荷能力與結構穩定性。必要時可增加新的縱梁，與原梁連接成為一體，共同承受載荷，分散原梁體的載荷壓力，綜合提高公路橋梁的載荷能力與結構剛度。

3.2下部結構病害加固方案

針對公路橋梁下部各類型結構病害，以基礎、墩臺結構為例，列舉常見的加固方案。

3.2.1基礎加固

基礎部分的加固方案主要有增設樁基、擴大基礎和人工加固等幾種方式。增設樁基主要是通過樁基周邊的鉆孔樁以及混凝土預制樁來實現，此方法擴大了原承臺，提高了基礎的載荷能力及穩定性，適用于軟弱層情況下發生沉降的公路橋梁墩臺，對于因水流沖刷而使樁基傾斜的情況也較為適用。這種方法的優點是無需水下作業且加固的效果十分明顯;缺點是需要通過架設樁架來實現，給公路橋梁的車輛通行帶來一定影響。擴大基礎是指將公路橋梁基礎部分的底面積擴大來降低基底應力的方法，擴大的基礎底面應通過地基的強度來進行核算、確定，在新舊基礎的結合面位置應設有足量的錨固鋼筋。擴大基礎法施工流程如圖1所示。當天然地基達不到載荷標準要求時，通過人工加固方式來提高基礎的載荷能力，具體的方法包括砂樁加固、壓力灌漿以及振沖加固等。

3.2.2墩臺加固

墩臺部分的加固措施包括套箍加固、FRP（強化纖維塑料）加固、支撐梁加固、擋土墻加固等。套箍加固對于修復墩臺結構裂縫病害效果顯著，如公路橋梁墩臺的貫通裂縫病害，通過套箍加固可有效防止此類裂縫的繼續發展。可沿橋墩進行橫向或縱向的FRP加固，經過FRP加固后的載荷能力可提高15%～70%左右。橫向FRP加固的功能類似于套箍，可對混凝土進行有效約束，增強其抗剪性能及延性;縱向FRP加固能夠增強抗彎能力。FRP具有輕質、便利、耐腐蝕以及維護成本低等諸多特點。支撐梁加固在小跨徑公路橋梁中的使用較為常見，一般支撐梁架設在梁橋臺之間的承臺處，對通航具有一定影響，架設過程中應均勻分布支撐梁。如果在樁基以上集中架設支撐梁，則承臺將因集中受力發生開裂。擋土墻加固在軟土地基中應用非常廣泛，這是由于軟土地基情況下的臺后填土將給橋臺造成嚴重的側壓，使橋臺發生滑移，在橋臺后架設擋土墻對于削弱臺后填土的壓力具有積極作用，可進而減小橋臺橫向受力，降低橋臺發生滑移的概率。

4結語

公路橋梁的結構病害對于車輛的通行安全及橋梁的使用壽命均有十分不利的影響。這類問題一直以來都是建筑工程領域的重點研究內容，通過相關技術人員的不斷研究與探索，現階段已形成了較為成熟的公路橋梁結構病害防治體系，包括后續工程的整改及修復方案。本文分析了公路橋梁典型的結構病害，對這類結構病害的加固方案進行了總結，為公路橋梁結構病害的防治及后續維護工作提供了理論依據。