高速公路橋梁病害分析及加固處治技術

王從征

(江西省高速集團贛州管理中心，江西 贛州 341000)

0 引 言

隨著我國交通運輸事業的飛速發展，公路橋梁的建設步伐也日益加快。但是，近年來交通運輸量不斷增加，而原有的公路橋梁由于設計標準較低，施工技術落后等原因，在長期的運營過程中受到洪水沖刷、車船撞擊等因素的影響，會不可避免的出現各種病害。這些病害會在很大程度上威脅橋梁使用的安全性，甚至可能造成巨大的人員傷亡和經濟損失。與此同時，高速公路橋梁的病害整治技術也有了一定的發展，病害防治措施更加完善，新技術也不斷涌現。但目前對于高速公路橋梁的各種病害機理和整治技術并沒有系統性的歸納。因此，研究研究高速公路橋梁的病害及其整治技術具有十分重要的意義。這樣不僅能夠更好地確保高速公路橋梁的安全運營，還可以提高橋梁工程的整體建設水平，以期為類似高速公路橋梁病害分析及整治提供科學的理論指導。

1 高速公路橋梁病害基本內涵及分類

1.1 橋梁病害基本內涵

橋梁病害的概念是：橋梁結構在修建或運營期間，由于各種外界不利因素或內在因素的影響，出現危及橋梁結構的安全性和耐久性的所有變異現象。從廣義而言，能夠損壞橋梁結構承載能力極限狀態和正常使用極限狀態的所有不利現象都是橋梁病害。

1.2 橋梁病害的分類

由于公路橋梁結構類型復雜、荷載作用的不確定性，施工材料性能的不連續性等原因，研究橋梁病害的分類是一項十分艱巨的任務。本文結合相關文獻的統計數據，從橋梁結構和病害成因兩個方面對橋梁病害進行了合理的分類，具體如圖1所示。

圖1 高速公路橋梁病害詳細分類

2 高速公路橋梁常見病害及成因

目前高速公路橋梁的常見病害主要有混凝土病害、支座病害、橋面系病害和橋頭跳車等幾大類。

2.1 橋梁混凝土病害

高速公路橋梁的混凝土病害主要包括混凝土裂縫、混凝土腐蝕、混凝土碳化、混凝土局部破碎等幾個方面。混凝土裂縫包括混凝土結構性裂縫和混凝土非結構性裂縫，非結構性裂縫主要有溫度裂縫和收縮裂縫，其中溫度裂縫的根據溫差出現的位置不同又可以分為截面均勻溫差裂縫、截面上下溫差裂縫、截面內外溫差裂縫。混凝土出現裂縫的原因較為復雜，既有外部不可抗力因素的影響，又有材料、設計、施工各方面的問題。其中對混凝土裂縫影響最大的就是設計問題，該問題對混凝土裂縫的影響主要體現在混凝土的抗拉強度、抗剪強度、抗壓強度不能滿足結構性能；混凝土腐蝕的類型主要有鹽類腐蝕、凍融循環等；混凝土的碳化影響因素主要有水泥種類、密實度、外界環境等；混凝土的局部破碎發生部位基本是在橋梁結構的邊角、墩臺的棱角以及接縫處，出現的原因主要是鋼筋銹蝕、溫度應力等。

2.2 橋梁支座病害

目前高速公路橋梁常用的支座類型可以分成板式橡膠支座、盆式橡膠支座和球形支座等，支座的病害類型和成因如表1所示。

2.3 橋面系病害

高速公路橋梁的橋面系病害主要包括鋪裝病害、欄桿病害、排水系統病害、伸縮裝置病害以及其他附屬設施病害。不同橋面類型的鋪裝病害存在一定的差異性，其中瀝青混凝土橋面的病害一般存在縱向裂縫、橫向裂縫、龜裂、局部破碎、車轍、坑槽等，水泥混凝土橋面的病害一般存在橋面板穿孔、橋面裂縫破損、橋面坑槽、磨光、露骨等；欄桿病害主要有欄桿扶手損壞、欄桿基座缺失、防撞墻錯位、欄桿混凝土剝落露筋等；排水系統病害包括泄水孔的堵塞和銹蝕；伸縮裝置病害主要有老化脫落開裂、伸縮縫阻塞、錨固混凝土開裂等。

2.4 橋頭跳車

高速公路橋梁如果出現橋頭跳車病害，不只會導致行車的舒適感降低，而且使得車輛大幅度減速，嚴重情況可能出現安全事故。橋頭跳車出現的根本原因是橋面和路基出現不均勻沉降，影響因素主要體現在地基土質、臺背填料、設計原因、施工不當等幾個方面。

(1)地基土質不良

高速公路橋梁一般處于溝壑地段，地下水位高，這就使得地基土體的天然含水量大、壓縮性高，抗剪強度低。在荷載的作用下，地基土被壓縮，從而導致橋梁結構出現沉降。與此同時，橋頭路基的填筑高度也較大，會產生較大的基底應力，在荷載作用下也會出現地基沉陷。但是橋梁結構屬于剛性構件，而地基土屬于柔性構件，在相同荷載作用下橋梁結構和路基會產生一定的沉降差，從而引起橋頭跳車現象。

(2)臺背填料問題

公路橋梁的臺背填料往往是滲透性較大的材料。由于臺背填料的孔隙較大，在車輛荷載和外界各種不利荷載的作用下，填料的孔隙率會出現一定程度上的降低，使得臺背填料的密實度提高，此時路基會出現固結沉降，導致橋頭跳車。

(3)設計問題

公路橋梁設計人員如果沒依據相關規范設置過渡段，會導致橋面和路基出現嚴重的不均勻沉降。尤其對于軟土地基路段，要在路基的沉降未達到穩定時設置過渡段，然后等到路基沉降基本完成后再鋪裝原路面。與此同時，要在橋臺和路基的過渡位置設置脹縫。

(4)施工問題

施工單位在進行橋梁的臺背回填作業時，如果不能按照相關的施工技術規范要求施工，對填土的松鋪厚度沒有嚴格把控，填土的壓實度不能滿足要求、使用性能較差的材料、邊角處未能進行充分的壓實，這些因素都會導致路基填土穩定性較差，從而出現較大的不均勻沉降。

3 高速公路橋梁病害處治技術

3.1 工程概況

該大橋位于國家主干線某出海通道處，起訖樁號為ZK3+658～ZK+776。該橋主橋使用的是預應力混凝土連續剛構，主橋全長為454 m，橋面的單向縱坡為3%，雙向橫坡為2%，且橋上無豎曲線。該橋在運營期間中跨預拱度值基本已經達到了預留值，且橋梁的頂板、邊跨、墩臺身等部位混凝土出現了一定程度的破損，某些部位甚至出現了縱向裂縫、豎向裂縫等病害。因此，該橋應當進行加固處治，以期改善橋面線性、減小橋梁的撓度、控制混凝土裂縫的擴展，從而提高行車的舒適度和安全性。

3.2 橋梁結構受力計算

為了選擇更加合理的加固措施，應當對橋梁結構進行受力分析。本文考慮了恒溫條件下恒定荷載和汽車荷載的影響，采用軟件對橋梁結構的荷載效應進行計算，計算結果如圖2所示。

圖2 橋梁結構受力分析

由圖可知，溫度梯度對頂板的橫向受力影響程度較大，故判定為橋梁出現的裂縫屬于結構受力裂縫。

3.3 橋梁病害處治

(1)裂縫處理

如果橋梁結構存在裂縫，會導致潮濕空氣侵入到結構的內部，并引起結構內部鋼筋的銹蝕，最終會使得橋梁結構的承載力出現一定程度的降低。與此同時，對橋梁結構的裂縫進行處理時，要考慮裂縫的寬度，裂縫寬度不同，選擇的處治措施也有一定的差異。該橋的裂縫寬度大于0.3 mm時，選擇壓漿法進行修補；裂縫寬度小于0.3 mm時，選擇封閉法進行修補。

(2)橋面鋪裝處治

該橋在進行橋面鋪裝處置時是先鑿除原橋面，在箱梁頂板上植筋、 架設鋼筋網， 然后再澆筑新的橋面。在箱梁頂板上植筋，能有效提高新舊澆筑混凝土之間的整體性，從而使得主梁剛度增加、抑制橋梁的變形，確保新澆筑橋面鋪裝與原箱梁能夠協調工作，共同承擔外荷載。

4 結 語

本文深入探討了高速公路橋梁病害的形式、成因及整治技術的選擇，主要得到以下幾個方面的結論：(1)能夠損壞橋梁結構承載能力極限狀態和正常使用極限狀態的所有不利現象均可稱為橋梁病害；(2)高速公路橋梁的常見病害主要有混凝土病害、支座病害、橋面系病害和橋頭跳車等幾大類；(3)橋梁結構的裂縫進行處理時，要根據裂縫的寬度來選擇合理的處治措施，當裂縫寬度大于0.3 mm時，選擇壓漿法進行修補；當裂縫寬度小于0.3 mm時，選擇封閉法進行修補；(4)在對高速公路橋梁在進行橋面鋪裝處治時應當先鑿除原橋面，在箱梁頂板上植筋、架設鋼筋網，然后再澆筑新的橋面。