混凝土橋梁病害分析及防腐加固研究

劉萬昌

（江蘇中設集團股份有限公司甘肅分公司，甘肅蘭州730000）

0 引言

隨著我國在基礎道路工程建設中的資源投入力度不斷提升，交通建設領域呈現(xiàn)出較好的發(fā)展前景，路橋工程數(shù)量以及規(guī)模呈現(xiàn)出逐年增長趨勢，同時也對施工質量提出更高的要求，尤其是在橋梁安全性以及使用壽命方面。通過對近年來我國新建并投入使用的橋梁工程進行梳理可知，梁板、墩臺等部分出現(xiàn)裂縫、鋼筋裸露等病害屢見不鮮，嚴重影響橋梁的使用安全性以及使用壽命。因此，加強對混凝土橋梁病害防控以及橋梁加固的研究已經(jīng)成為行業(yè)技術人員主要研究內容。

1 橋梁病害表現(xiàn)概述

通過對橋梁工程進行梳理總結可知，其病害表現(xiàn)主要涵蓋以下幾方面內容：其一，橋梁構件混凝土表面不是堅固狀態(tài)，使得內部骨料以及鋼筋暴露在外界空氣環(huán)境中；其二，構件表面呈現(xiàn)出粉末狀態(tài)，在外力作用影響下會出現(xiàn)脫落情況；其三，梁板的彎拉區(qū)段和柱墩臺縫隙較為集中的地方，混凝土產(chǎn)生縫隙的區(qū)域繼續(xù)擴大，大面積的出現(xiàn)掉落，鋼筋顯露在外面造成腐蝕，造成混凝土與鋼筋產(chǎn)生脫離現(xiàn)象，承重部件失去原有的功能[1]。

2 橋梁加固技術概述

2.1 粘貼鋼板加固法

該技術應用原理為利用環(huán)氧樹脂等將鋼板這一抗拉強度較高的材料粘貼至橋梁中出現(xiàn)問題的區(qū)域，確保鋼板以及原結構物之間形成一個完整的受力體，進而實現(xiàn)扭轉橋梁原結構應力狀態(tài)的目的。該技術主要應用于以下幾種情況：其一，橋梁梁板出現(xiàn)較為顯著的承載力下降情況；其二，縱向主筋存在嚴重的銹蝕問題，導致其難以承受橋梁應力；其三，橋梁主梁部分出現(xiàn)加大幅度的橫向裂縫，急需進行修補。該技術在實際應用過程中可以有效實現(xiàn)提升橋梁相應部件抗彎、抗剪性能，進而避免裂縫進一步擴大，影響橋梁安全性[2]。

2.2 體外預應力加固技術

從本質層面分析，該技術為后張法預應力體系衍生出的技術分枝，應歸屬于無黏結預應力結構技術一類。相較于傳統(tǒng)有黏結預應力混凝土結構，該結構的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面：其一，該結構在實際應用過程中對預應力趨向進行簡化處理，有效降低摩阻損失；其二，其實際發(fā)展過程中對混凝土構件截面尺寸進行縮減處理，有效實現(xiàn)降低結構自重目標；其三，創(chuàng)新預應力筋材料，利用防腐性能較好的鋼筋取代原有鋼筋材料，有效實現(xiàn)提升結構耐久性的目的；其四，預應力筋更換便捷度大幅提升，為后續(xù)運維管理工作提供便利條件支持；其五，預應力筋以及混凝土截面采用分離布置，可以提升澆筑質量，即使結構出現(xiàn)裂縫也不會影響預應力鋼束。由此，該技術被廣泛應用于橋梁加固工程以及分段施工的橋梁建設之中。圖1 為該技術簡圖。

圖1 體外預應力加固體系簡圖

3 案例概述

為詳細闡明混凝土橋梁加固技術應用要點，本文選取某大型橋梁作為案例進行具體說明。案例工程為某地區(qū)大型橋梁。該橋梁全長280m，寬度為12m，主體采用預應力混凝土連續(xù)鋼構設計，橋孔設計規(guī)格為35m+60m+90m+60m+35m。主要設計指標如表1所示。

表1 橋梁設計指標

該橋梁使用歷史已經(jīng)達到20年，橋梁養(yǎng)護單位在對其進行常規(guī)檢查時發(fā)現(xiàn)，橋梁中跨出現(xiàn)較為顯著的下?lián)犀F(xiàn)象，導致欄桿、主梁等出現(xiàn)波浪起伏態(tài)勢，同時梁體部分也出現(xiàn)較為嚴重的開裂情況。技術人員在對案例橋梁進行荷載試驗以及病害成因分析后，提出如下所示橋梁加固方案：第一，采用粘貼鋼板法加固橋梁結構斜截面，降低腹板主拉應力，同時限制裂縫進一步發(fā)展，提升結構耐久度；第二，通過張拉體外預應力筋對橋面標高進行調整，改善橋面線形。

4 加固方案執(zhí)行要點

4.1 體外預應力加固

案例工程中，技術人員在對橋梁實際情況進行深入研究后，確定以下幾方面思路：其一，通過合理方案設計實現(xiàn)降低腹板部分主拉應力目的；其二，對跨中截面以及墩頂截面進行處理，降低其正彎矩以及負彎矩參數(shù)；其三，在橋梁上采取有力手段，降低因鋪裝層加厚等操作導致的荷載增加情況，切實提升結構穩(wěn)定性；其四，為有效解決原梁中存在的裂縫，設定通過施加體外預加力的方式提升橋梁原梁抗裂性能，確保橋體結構承載能力以及耐久性得到有效提升；其五，最大限度地降低施工過程中對橋梁交通的影響，降低堵塞程度。基于上述目標，技術人員在綜合各方面因素后決定采用體外預應力加固技術，具體內容主要涵蓋如下環(huán)節(jié)。

4.1.1 體外預應力束布置設計

案例工程中，施工單位依據(jù)橋梁加固設計方案以及使用要求，決定采用可調換式體外預應力錨具，在體外束方面則采用具備多重防護功能的體外預應力鋼束。在實際施工作業(yè)過程中，通過可調換式預應力錨具可以實現(xiàn)換索操作，并對索力進行調整，為后續(xù)橋梁維護工作奠定堅實基礎。此次施工過程中，采用光面鋼絞線作為體外索，其優(yōu)勢在于滿足美國ASTMA416-90A 標準提出的高強度、低松弛標準，其抗拉強度參數(shù)達到1860MPa，且在抗侵蝕性方面存在顯著優(yōu)勢。

案例工程在實際進行體外束布置過程中，利用規(guī)格為9Φ15.24 的鋼索在邊跨部分設置6 束體外束，使其余張拉、錨固錨具形成相配合態(tài)勢。在次邊跨以及中跨部分則采用規(guī)格為12Φ15.24 的鋼索，并在相關區(qū)域設置8 束體外束。工程技術人員在實際工作中嚴格地將體外束控制張拉應力控制在設計標準強度的60%，即1116MPa。

考慮到案例工程中增設體外束數(shù)量較多，由此，工程技術人員在實際進行布局設計中采用沿箱梁底板以及頂板分散布置的方案，具體如圖2所示。

圖2 縱向體外預應力鋼束布置圖

4.1.2 張拉錨固及轉向裝置

案例工程中，施工單位在實際進行體外束布置作業(yè)過程中，首先依托于橋端以及墩頂部分橫隔梁開展拉張錨固作業(yè)，實際作業(yè)過程中，施工人員首先在原橋臺背墻部分鑿出相應的區(qū)域，為端橫隔梁錨固提供便利條件。技術人員在針對墩頂部分進行設計過程中決定采用交叉錨固方式。錨固區(qū)域采用混凝土或鋼結構設計。受限于錨塊受力幅度較大，因此在實際施工過程中，施工單位利用混凝土結構將墩頂部分兩個橫梁進行連接處理，促使其形成一個受力整體。

除此以外，技術人員在邊跨體外束進行設計過程中，決定在1 號墩頂部分采用一端張拉方式，而次邊跨以及中跨體外束則設計采用兩端張拉方案。技術人員對此方案成效進行計算，最終結果顯示體外束張拉作業(yè)完成后，主跨跨中截面、次邊跨以及邊跨三部分可分別上撓12.8mm、5.2mm 以及0.8mm。

4.1.3 采用自密實混凝土

案例工程，施工單位為切實提升后加轉向裝置以及原梁之間的連接可靠性，在實際作業(yè)過程中對混凝土澆筑質量做出重點關注，考慮到墩頂錨固裝置受體積限制以及鋼筋密集影響，施工作業(yè)面較為狹小，難以進行振搗作業(yè)，進而導致混凝土澆筑質量難以得到有效控制。因此，施工單位在實際作業(yè)過程中采用自密實混凝土澆筑技術，具體施工過程中采用強度規(guī)格為C60 的混凝土，同時通過試驗對混凝土配比進行設計。

4.2 腹板粘貼鋼板加固要點

案例工程中，技術人員依據(jù)實際情況決定在橋梁腹板兩側粘貼鋼板條，以實現(xiàn)對斜截面進行加固補強目的。施工單位在實際作業(yè)過程中首先針對斜裂縫較為嚴重的橋段進行灌縫處理，隨后在腹板兩側進行豎向鋼板條粘貼作業(yè)。針對增設轉向橫隔板的橋段，施工單位依照先粘貼鋼板后進行澆筑的順序進行作業(yè)。而其他梁段則依照先體外預應力張拉后粘貼鋼板的順序進行作業(yè)。此次施工過程中采用尺寸規(guī)格為100mm×10mm 的A3 鋼板，依照150mm 間距沿腹板全高度進行粘貼作業(yè)。粘貼作業(yè)完成后對相關區(qū)域涂兩層紅丹底漆以及一層防銹漆進行保護。

5 結語

綜上所述，在當前新時期背景下，加大橋梁加固技術研究以實現(xiàn)提升橋梁使用安全性已經(jīng)成為當前行業(yè)內重點研究內容，對推動民眾出行安全以及提升區(qū)域聯(lián)系性方面具有重要意義。本文所研究案例在應用體外預應力束加固以及鋼板粘貼后，裂縫問題得到有效控制，橋梁安全性顯著提升，由此可見本文所研究的加固技術具備推廣應用價值。