道路橋梁工程的常見病害與施工處理技術

呂 鵬

（甘肅省公路交通建設集團有限公司，甘肅 蘭州 730030）

我國現有一些早期修建的道路橋梁存在病害問題較多的情況。受當時技術水平等因素的制約，橋梁的整體質量并不高，只能勉強達到規范標準的要求。隨著時間的推移，部分橋梁問題逐漸顯露，其中常見的混凝土裂縫、鋼筋銹蝕等病害嚴重影響橋梁的安全性和穩定性。為此，應采取有效的施工處理技術對橋梁進行加固，在消除病害的基礎上，增強橋梁的承載力，延長使用壽命。

1 道路橋梁工程的常見病害分析

1.1 混凝土裂縫

1.1.1 裂縫類型

道路橋梁工程中，混凝土裂縫是最為常見的病害之一，也是影響橋梁結構安全性、耐久性的主要問題。從外觀方面可將橋梁裂縫分為橫向和縱向兩類，從裂縫成因方面可分為結構性和非結構性。前者的形成主要與溫度、收縮等因素有關，裂縫的寬度相對較小，多出現在混凝土結構表面，影響程度較小；后者多是由荷載引起。通過分析裂縫在橋梁結構中的分布情況，能夠判斷橋梁是否需要進行加固處理。

1.1.2 裂縫成因

橋梁混凝土裂縫的成因較多，其中引起結構性裂縫的受力因素有兩個，一個是剪力，另一個是彎矩，這兩個受力因素單獨或共同作用都會導致橋梁產生結構性裂縫。如跨中彎矩過大會導致受拉區跨中截面開裂，這是橋梁中比較常見的結構性裂縫。主拉應力會引起斜向裂縫，當此類裂縫的寬度超過一定程度時，極有可能造成脆性破壞。出現非結構性裂縫主要與施工質量、混凝土配合比、作業環境、養護等因素有關。其中，溫度裂縫和收縮裂縫最為常見。

1.2 鋼筋銹蝕

在道路橋梁工程中，鋼筋是除混凝土之外最為重要的材料之一，它的質量直接關系到橋梁結構的穩定性、安全性和橋梁的使用壽命。銹蝕是鋼筋中較常見的病害之一，隨著時間的推移會不斷加劇，當銹蝕達到一定程度時，鋼筋可能會發生斷裂，使構件喪失承載力。不僅如此，鋼筋銹蝕后，會在表面形成氧化層，導致鋼筋與包裹在外面的混凝土表面產生剝離現象。目前，可將鋼筋銹蝕的影響因素歸納為以下幾個方面：（1）外部環境中氯離子含量過大時，引起鋼筋銹蝕。（2）混凝土發生碳化后，破壞鋼筋的鈍化膜，進而導致銹蝕。（3）混凝土的水灰比過大，容易造成鋼筋的銹蝕速度加快。（4）環境的溫濕度會對鋼筋銹蝕有直接影響。

1.3 鉸縫病害

1.3.1 破壞形式

關于道路橋梁工程中的鉸縫，比較常見的破壞形式有以下幾種：（1）預制板梁之間的鉸縫出現松動跡象，板底上產生明顯的裂縫。（2）受到沖擊荷載的長期作用，部分車轍、裂縫出現在鉸縫的上方，雨雪天氣過后，水會通過裂縫滲入到鉸縫中，出現泛堿現象。（3）受重型車輛的荷載作用，導致企口縫被破壞，原本的雙板共同受力變為單板受力，在彎矩的影響下，板下撓發生塑性變形，造成永久性錯臺。

1.3.2 病害成因

引起鉸縫病害的原因較多，大體上可分為以下兩個方面：（1）由于設計人員缺乏經驗，導致鉸縫斷面尺寸的取值過小，鉸縫與板未有效結合，使用一段時間后就遭到破壞。（2）施工質量不達標，鉸縫設置過淺且寬度不足，增大了混凝土振搗密實的難度。因密實度不夠，進而影響鉸縫的強度，容易出現早期破壞。

2 道路橋梁工程加固施工處理技術

在道路橋梁使用過程中，難免產生各種病害問題，為消除病害對橋梁結構安全性、穩定性、耐久性的影響，應采取行之有效的加固方法，對橋梁進行加固處理。目前，在道路橋梁工程加固中廣泛應用的處理技術有增大截面、粘貼鋼板、粘貼碳纖維、體外預應力等。

2.1 增大截面

在道路橋梁病害問題的處理中，增大截面是較常用的一種方法，該方法不僅能增強新老混凝土之間的粘結力，還能進一步提升結構構件的抗彎剛度、抗剪承載力。該方法在橋梁的受彎和受壓構件中較為適用。

2.1.1 力學特點

截面增大后，主梁從原本的一次受力構件變為二次受力疊合構件，除需承受現有的應力之外，還要承受后期的荷載應力，即恒荷載+活荷載。所以采用增大截面的方法對橋梁進行加固處理后，應驗算梁的極限承載力是否符合要求。

2.1.2 施工技術要點

混凝土澆筑與植筋是增大截面加固法的關鍵工序，為確保整體質量，應掌握相關施工技術要點，具體如下：

（1）澆筑混凝土前，應先檢查槽鋼及模板的頂面高程，確認符合要求后，進行布料攤鋪。混凝土的布料攤鋪厚度，可略高于振搗密實后的橋面標高，以2.0～3.0cm 為宜；混凝土攤鋪的長度達到10m 左右時，可進行振搗密實，并用滾杠在振搗完的混凝土上進行滾壓，達到整平的效果；以混凝土的凝結情況作為依據，對混凝土表面進行三次清光處理。清光時，可采用3m 直尺法逐點檢查平整度，及時處理不平部位；混凝土初凝后，應及時進行刷毛及灑水養護，確保混凝土表面的濕潤度，避免早期開裂。

（2）植筋前，應檢查錨固部位的混凝土，發現問題及時處理；根據設計圖紙進行測量放線，在現場確定出植筋的準確位置，并做好標記；可采用沖擊鉆進行鉆孔，鉆頭直徑應略大于植筋直徑，成孔后將孔口臨時封堵，避免落入雜物，影響后續鋼筋的植入；當鉆孔達到設計深度后，及時進行清孔，可使用高壓氣清除孔內的粉塵，再通過化學法進行清孔，以此達到預期的清孔效果；液體的存在會導致植筋結構膠強度下降，因此，要確保孔壁的干燥性；植筋前應對鋼筋進行除銹，向孔內注入適量按比例配制的結構膠，緩慢植入鋼筋并確保鋼筋植入到底，最后將孔口的結構膠清除干凈。

2.2 粘貼鋼板

粘貼鋼板簡稱粘鋼法，主要是利用環氧樹脂對橋梁構件病害部位的鋼板進行粘貼，來提高構件的抗彎剛度、抗剪承載力，消除病害對構件的影響。同時，在橋梁結構中一些受力較為薄弱的部位粘貼鋼板，能夠顯著提升橋梁的耐久性。需要注意的是，該加固方法無法承受較大幅度的動荷載及疲勞荷載，并且要求橋梁所處的環境中無化學腐蝕。

2.2.1 技術特點

粘鋼法技術較為先進，其利用環氧樹脂對鋼板進行粘貼，整體性能良好，工藝簡單，工期較短，加固過程中消耗的材料較少，能夠滿足橋梁病害加固處理的需要。此外，該技術占用空間較小，經過加固后的橋梁外觀基本不會受到影響。

2.2.2 材料要求

粘貼鋼板的膠黏劑應滿足一定的韌性、較高的彈性模量以及耐久性等要求。可將Q235 鋼板作為首選，其與鋼板連接的螺栓必須具備足夠的強度。

2.2.3 施工技術要點

（1）先在鋼板上鉆設注膠孔和螺栓固定孔，在無特殊要求的情況下，1m2鋼板上的注膠孔數量以3～4 個為宜，螺栓固定孔的數量以6～7 個為宜。注膠孔應依據灌膠嘴尺寸進行鉆設，確保二者能夠匹配，注膠孔鉆好后，應對其周邊進行密封。

（2）將鉆好孔的鋼板緊貼在待粘合的橋梁構件表面上，按照鋼板上的螺栓固定孔位置，在構件表面鉆設相應孔位，確保位置吻合，以免影響固定效果。打磨處理鋼板與構件表面，要求鋼板無銹，構件表面應達到一定的粗糙度，從而確保兩者能夠緊密粘合。

（3）托起鋼板后，將其懸掛在構件表面的螺栓上，并將螺母擰緊。在待粘貼鋼板的構件表面，每間隔50cm 左右，插入一節軟管進行排氣。需要注意的是，鋼板的各個角上應設置排氣管，確保注膠后，鋼板與構件貼合面之間的空氣能順利排出，提高粘合效果。

（4）使用配制好的封口膠，對鋼板周邊的縫隙、螺栓及注膠孔周圍的間隙進行密封處理，確保密封的嚴密性，以免影響粘貼質量。根據產品使用說明書中推薦的配膠比來配制粘貼膠，攪拌均勻后進行注膠。作業時應遵循少量多次的原則，為避免影響粘貼效果，配好的膠應立即注入。通過灌膠工具，從注膠嘴將膠液注入，注膠應從一端開始，直至相鄰注膠孔有膠液溢出時，便可停注。要控制注膠速度，不宜過快，以免形成氣囊。注膠3～5h 后，觀察有無流膠的情況，避免出現脫膠現象。

2.3 粘貼碳纖維

碳纖維是一種性能非常優良的材料，在所有化纖中，它的耐高溫性最好。不僅如此，碳纖維中碳含量在90%以上，因而具備較高的強度及模量。通過粘貼碳纖維，能有效處理橋梁中一些病害問題。橋梁中絕大部分構件尺寸較大，粘貼碳纖維雖然能夠增強構件的抗彎承載力，但總體幅度并不大，因此，限制了粘貼碳纖維的適用范圍，其常被應用于小型構件、應力較為復雜的部位。

2.3.1 碳纖維主要特點

第一，碳纖維材料自身重量非常輕，粘貼在橋梁構件上，不會影響結構自重。第二，碳纖維強度非常高，耐久性好，易于粘貼，不會像鋼板出現銹蝕的情況，使用年限更長。第三，當碳纖維材料受到拉力作用時，會呈現出線彈性關系，直至材料完全被破壞為止。這個特性與鋼筋的延性存在較為明顯的差別，由于缺乏延性，會使構件中應力的重新分配受到一定約束。

2.3.2 施工技術要點

（1）先對待加固橋梁混凝土構件表面的劣化層進行處理，去除蜂窩、輸送、風化的混凝土，使其露出內部完好的混凝土結構層，再用預先準備好的修復材料進行整平施工。采用灌縫或封閉的方法對細小裂縫進行處理，將被粘貼表面的混凝土打磨平整，并清除干凈粘附在其表面的雜物，轉角應進行倒角。

（2）使用滾刷在處理好的混凝土表面均勻涂刷打底膠，當指觸不粘時，用找平膠修補凹陷部位，然后粘貼碳纖維。溫濕度直接影響碳纖維粘貼的施工，當氣溫在5℃以下，或空氣相對濕度超過95%時，不得進行粘貼作業，雨雪天不可以施工。

（3）根據設計尺寸對碳纖維材料進行剪裁，粘貼位置最大允許偏差2.0cm。碳纖維的拉伸強度與排列方向有關，要按照結構物的受力情況，確定碳纖維的粘貼方向。粘貼時，應確保碳纖維與混凝土構件之間的有效粘貼面積在95%以上，如出現空鼓，可按照面積大小采取相應的補救措施。碳纖維應從跨中向兩側粘貼，并用滾筒滾壓，將內部空氣排除干凈，粘貼好的碳纖維用抹灰層進行保護。

（4）碳纖維粘貼施工完畢，通過錘擊法檢測粘貼質量，合格標準為空鼓的總面積小于粘貼總面積的5%。需要特別注意的是，為給水分提供散發的途徑，盡可能避免大面積粘貼。

2.4 體外預應力

這是一種能夠明顯改善原結構受力狀況的加固方法，在消除橋梁結構病害方面的效果極為顯著，應用非常廣泛。此外，其在解決橋梁結構變形問題中的應用較多。

2.4.1 力學特點

對橋梁結構進行體外預應力加固后，能夠改變原結構的內力分布狀況，應力水平會隨之下降，消除應力應變滯后的現象。使加入的部分與原結構可以共同工作，進一步提升橋梁的承載力。

2.4.2 施工技術要點

（1）在橋面相應位置處布設施工人孔，因需要在箱梁內部施加體外預應力索，所以，在作業開始前要清除干凈箱梁內的混凝土等雜物。為最大限度減輕體外預應力施工對原橋梁結構的影響和破壞，可將鋼結構作為轉向結構，并在箱梁外進行預制。

（2）對預應力鋼絞線進行穿索時，可以采用單根穿索的方法，保持索位一致。為避免損傷鋼絞線的包裹層，可將馬凳設置在箱梁內部。在新增端的錨固橫梁內安裝錨具。

（3）張拉預應力索之前，應當先進行預緊，通過雙控的方法控制張拉過程，以此確保張拉質量。張拉完畢，應及時進行灌漿封錨，加裝鋼索限位器，避免預應力索振動。

3 結語

綜上所述，道路橋梁工程在使用一段時間后，由于受到各種因素的影響，會出現一些病害問題，導致橋梁結構的安全性和穩定性有所下降。為有效解決這一問題，應采取有效的施工處理技術，對橋梁結構進行加固，消除病害，提升橋梁承載力，延長使用壽命。進一步加大對橋梁加固技術的研究力度，除對現有的技術進行改進和完善外，還應開發一些新興技術，為橋梁工程加固提供技術支撐。