公路橋梁病害成因及加固方法研究

李海霞

（青海省大通公路段，青海西寧810000）

0 引言

隨著城市人口的逐漸增多，城鄉一體化政策的進一步推進，為減輕城市壓力，滿足群眾日常的出行需求，公路橋梁的數量逐年遞增，隨之而來的各類公路橋梁病害也層出不窮。為改善這種情況，降低日常使用對公路橋梁的損害，增加其使用年限，需要定期對公路橋梁的質量進行檢修與維護，針對其病害分析成因，選擇相應的加固方法改善其質量，有效緩解日益復雜的交通狀況，為我國交通運輸領域的發展提供保障。

1 公路橋梁病害的成因

1.1 裂縫問題

1.1.1 溫度裂縫

在熱脹冷縮的作用下，混凝土內部結構會發生相應的變化，拉應力逐漸加大，嚴重時會超過其臨界值，如無法及時恢復，則會造成混凝土裂縫。而且不同溫度造成的裂縫表現形式也有所不同，主要包括截面均勻溫差裂縫、截面上下溫差裂縫和截面內外溫差裂縫[1]。

1.1.2 收縮裂縫

收縮裂縫主要受混凝土中的水分多少的影響。當混凝土中的水分逐漸減少時，其體積變小、硬度增加，在凝縮現象的影響下，混凝土收縮情況愈加嚴重，形成收縮裂縫。

1.2 混凝土問題

1.2.1 堿性骨料

在公路橋梁混凝土配制中，應用堿性骨料較多。堿性骨料由于化學反應的作用，會形成吸水能力較強的堿-硅酸鹽凝膠。如不及時清除，會大量吸收混凝土中的水分，形成收縮裂縫。

1.2.2 碳化現象

碳化也是一種較為常見的、由于混凝土化學反應造成的現象。混凝土中的氫氧化鈣和空氣中的二氧化碳與酸性氣體容易發生反應，會對鋼筋造成一定程度的腐蝕，無法對混凝土表面形成保護作用，嚴重時可能引發公路橋梁表面的沉降。如不及時處理，則無法為群眾的日常出行提供有效保障[2]。同時，碳化現象還會在一定程度上降低混凝土的堿性指標，而逐漸趨于中性的混凝土對鋼筋的保護作用會進一步下降。

1.3 橋型病害

1.3.1 梁橋

梁橋是我國公路橋梁建設中普遍使用的一種類型，其病害主要分布于主梁和T 梁的位置。其中箱梁頂底板裂縫、腹板斜向裂縫是較為常見的兩種公路梁橋主梁裂縫病害；腹板裂縫、底板裂縫、翼緣板裂縫是較為常見的三種公路梁橋T 梁裂縫病害。造成這些病害的原因多種多樣，如不及時處理會為公路橋梁的正常使用埋下安全隱患，造成群眾的出行困難，甚至會危害群眾的生命安全。在梁橋長期使用的過程中，其表面混凝土會發生徐變，混凝土預應力逐漸減低，如這時路橋面行駛超載的車輛，會在一定程度上造成混凝土表面開裂，對橫向配筋和腹板厚度都會造成損傷，引發更為嚴重的公路橋梁病害。

1.3.2 系桿拱橋

系桿拱橋屬于無推力拱橋的一種形式，由拱肋、系桿（鋼絞線、鋼梁、鋼絲）和吊桿組成系桿拱橋的承重結構，具有性價比高、造型藝術性較強的優勢，在近幾年受到公路橋梁建筑師的喜愛。系桿拱橋可能出現的病害主要集中于承重結構上，從拱肋的角度來看，常見病害主要有混凝土脫空、鋼管腐蝕和局部變形和涂層損壞的問題。造成這些問題的原因有很多種，如拱肋排氣設計與混凝土密實性無法保持一致、鋼管年久失修起皮剝落、鋼管彎曲而引發的褶皺等[3]。從系桿的角度來看，主要是由于年久腐蝕、荷載力逐年增加而造成的自身防護不足，如不能及時發現問題并更換系桿，可能出現系桿斷裂的情況，導致更為嚴重的安全事故，甚至可能造成公路橋梁無法維修。從吊桿的角度來看，主要是鋼索、橫梁錨墊板的問題，長期不更換、不檢修會降低吊桿的防護性，造成嚴重的系桿拱橋病害。

1.3.3 斜拉橋

斜拉橋是一種超靜定體系結構，其主要結構包括主梁、塔柱和斜索三個方面，其實際應用在材料、施工、造型等方面的優勢較為突出。近幾年在全世界范圍內，斜拉橋都有較為廣泛的應用。斜拉橋的病害主要體現在拉索、拉索錨固裝置和錨頭三個方面。其中，拉索的危害主要從腐蝕、回縮和振動三個方向分析。腐蝕是受氣候情況、溫度、濕度、自然災害等因素的影響，如不及時處理，腐蝕影響會始終存在于拉索應用的全過程。回縮是指分絲板在張拉的過程中承受了大于實際張力的作用力，在側向擠壓力和摩擦力的不斷作用下，分絲板的厚度逐漸減少，一旦超過臨界值便無法恢復到原有形態。振動主要受外界環境的影響，風暴天氣時，拉索會存在非常明顯的振動現象，長久振動會增加拉索的疲勞性，無法保證拉索的安全使用。拉索錨固裝置是保證拉索和公路橋梁有效連接的裝置，在實際應用中如果長期承受巨大的作用力，會加快拉索錨固裝置達到峰值點的速度，降低其使用年限。錨頭的問題主要是腐蝕，長期暴露在外界環境下，腐蝕現象加劇，降低橡膠密封圈的效果，影響斜拉橋實際應用的安全性。

1.3.4 獨柱墩橋

相比其他種類的公路橋梁結構，獨柱墩橋在結構上具有輕巧、（橋下）空間大、施工對公路橋梁交通情況影響小的優勢，能夠節省公路橋梁的空間面積，充分滿足在城市人口增長的背景下，城市發展對空間利用率最大化的要求。但是，獨柱墩橋在實際應用當中也存在一定的漏洞，需要技術人員專注對獨柱墩橋尺寸方面的研究。上部主梁的橫向尺寸和支座間距應該成正比，橫向尺寸減小，支座間距也應根據比例相應的縮小。保證車輛在行駛的過程中，主梁安全系數增加，避免出現車輛超載情況下的主梁傾覆事故。

2 公路橋梁病害的加固方法

2.1 公路橋梁裂縫加固養護方法

在對公路橋梁裂縫進行加固之前，首先要明確公路橋梁裂縫處于哪一種狀態。

第一，當公路橋梁裂縫還未出現時，要安排檢修人員定期對公路橋梁路面裂縫情況進行檢修與維護，及時清理伸縮縫中的有害物質，結合以往工作經驗制訂公路橋梁路面裂縫的加固計劃，確保公路橋梁伸縮裝置的正常使用。同時，在養護的過程中，還需要注意選擇性質極佳的混凝土開展公路橋梁路面裂縫的養護加固。在養護過程中由專人疏導交通，提前通過各種途徑發布路段暫停使用與恢復時間的信息，避免交通擁堵的問題，既能夠保證群眾的出行便利，又能夠最大限度地發揮混凝土養護加固公路橋梁的效果。

第二，當公路橋梁裂縫已經出現但是尚未造成嚴重后果時，交通運輸部門需要委派專人進行檢修，第一時間確定造成公路橋梁裂縫的原因，及時更換出現問題的零件，最大限度地降低裂縫對公路橋梁正常使用的影響。同時，在檢修的過程中，需要設立監督管理部門，確保所有的檢修、維護、加固工作都在符合國家規定和公路橋梁實際情況下進行，避免出現偷工減料的問題。經常需要更換的、可能會造成橋梁裂縫的零件有：鋼板、橡膠、U 型鐵皮。以鋼板為例，螺栓是連接角鋼和鋼板的必備構件，如果螺栓脫離或腐蝕變形，檢修人員未及時發現并更換，會造成連接部位受力能力下降，出現斷裂的問題。為此，檢修人員需要定期檢查螺栓的表面情況，及時清理可能會造成腐蝕的垃圾和污垢，對于已經出現問題的螺栓，要第一時間更換并重新進行角鋼和鋼板的焊接工作，借助鋼板加固，降低公路橋梁出現裂縫的可能性。

第三，當橋梁裂縫已經出現并且伴隨橋梁沉降現象的時候，證明公路橋梁裂縫問題已經非常嚴重，如不及時處理，可能會造成嚴重的安全事故。針對這種情況，交通運輸部門應第一時間暫停對該公路橋梁的使用，從下部結構入手進行加固和整修，重點注意公路橋梁地基結構的穩定性，強化地基的加固，確保公路橋梁裂縫問題的有效解決。例如，檢修人員在進行公路橋梁裂縫加固的過程中，需要先針對已經出現的裂縫進行分析，根據裂縫的寬度、表現形式等因素，制定具體的公路橋梁裂縫處理方案。針對寬度1.5mm以上的裂縫，可采用壓力灌漿法，有效解決公路橋梁內部結構的細微裂縫。同時，針對不同的公路橋梁裂縫表現形式，也可以適當添加黏土、環氧樹脂、甲基丙烯酸酯等材料。針對0.2～1.5mm 范圍內的公路橋梁裂縫，使用修補膠直接對裂縫進行處理與加固較為適宜，既能夠防止公路橋梁裂縫的進一步加大，又能夠滿足修補加固的美觀性要求。0.2mm 以下的公路橋梁裂縫一般分為結構性和非結構性裂縫，不管是哪一種都可以采取填充環氧樹脂砂漿的方法進行修補加固處理。

2.2 混凝土表面處理加固方法

第一，定期檢查。公路交通運輸部門需要委派專業的檢修人員定期檢查混凝土路面的實際情況，及時發現表面問題、鋼筋腐蝕現象、路面雨水積壓等情況。一旦發現類似病害，要第一時間通知維護加固部門，針對具體病害選擇合適的整改措施，為公路橋梁混凝土表面提供保護層，避免雨水滲入內部，對內部結構造成更為嚴重的損害。第二，局部修補。局部修補常用于表面出現裂縫的公路橋梁，先對存在裂縫的位置進行銑刨處理，通過鑿毛的方式去除已經腐蝕的鋼筋，隨后鋪裝1.0～5.0cm 的瀝青。對公路橋梁局部病害進行修補，實現其整體承載能力的提升[4]。第三，橋面板澆筑。該方法主要針對公路橋梁表面鋪裝層病害的加固處理，當局部修補已經無法挽回損害時，可采取橋面板重新澆筑的方法進行加固治理。先拆除已經出現問題的鋪裝層，根據公路橋梁結構選擇適宜比例的鋼筋錨入其中，在此基礎上鋪設1～2 層鋼筋網，最后進行橋面板的重新澆筑，確保公路橋梁使用的安全性。

2.3 四種橋型病害的加固方法

2.3.1 梁橋

粘貼鋼板、施加體外預應力加固和碳纖維布加固技術是梁橋病害較為常用的加固方法。

第一，粘貼鋼板。當梁橋原有結構較為薄弱的情況下，可以在黏結劑的作用下將鋼板和原有結構進行粘貼。對原有結構進行二次加固，既能夠避免橋梁裂縫的進一步擴散，又能夠提升公路橋梁結構的穩定性。

第二，施加體外預應力。該方法主要借助預應力筋對原梁體主動施加外力，改善原結構的受力狀況，使其產生與原橋的不利彎矩方向相反的軸力和彎矩，抵消部分自重應力，減輕公路橋梁表面受到的壓力，提升梁橋的穩定性。

第三，碳纖維布加固技術的應用。選擇具有較強抗拉性能的碳纖維布對出現病害的公路橋梁表面進行粘貼，保證公路橋梁表面能夠承受更大的荷載力，在抗震性能、抗彎曲性能方面也有所提升。

2.3.2 系桿拱橋

系桿拱橋型公路橋梁的加固方法分為吊桿、系桿和拱肋三個方面。第一，更換吊桿。在更換吊桿之前，要對公路橋梁的實際受力情況進行計算，根據準確數據進行舊吊桿的拆除與更換工作，更換結束后需要再次測量計算其受力情況，保證更換前后的數據結構一致。第二，更換系桿。系桿更換難度要遠遠高于吊桿更換，并且到現在為止也沒有一種較好的更換方式，一般會采取增加系桿的方法進行加固。但是這種方法并不能徹底解決系桿病害，還需要結合橋梁實際情況做出更為細致的分析。第三，拱肋處理。拱肋加固對于溫度有一定的要求，一般選擇夏季高溫的中午進行，此時脫粘的寬度最大，壓漿密實效果更為顯著。

2.3.3 斜拉橋

拉索更換是斜拉橋的加固方法，由于斜拉橋所使用的拉索數量較多，所以在更換之前需要先進行拉索編號，確定拉索更換順序，并嚴格按照預先制定好的順序更換。拉索更換一般以橋塔為中心，兩側對稱進行。在更換拉索時需要在專業人員的監督下進行，保證主梁內力和線形都與預先制定好的數據值保持一致或接近。在拉索更換結束之后，需要對索力進行測試，更換之后的數據值要優于更換之前。

2.3.4 獨柱墩橋

由于獨柱墩橋具有一定的特殊性，所以其加固方法也有別于其他橋型，一般選擇增加支撐柱、加大承臺、植筋、增加基礎、增設鋼管混凝土、增加薄壁墩等方法進行加固[5]。但上述方法的應用可能無法最大限度地利用橋下空間，獨柱墩橋在美觀性上的需求也無法得到滿足。因此，還可以采用設置混凝土支撐結構的方法進行獨柱墩橋加固，在不影響原有公路橋梁風格的情況下，實現獨柱墩橋的加固處理。

3 結語

綜上所述，針對當前公路橋梁存在的各種病害，有關部門應積極研發緩解公路橋梁問題的加固技術，通過反復的理論試驗與實際驗證，尋找最佳的加固方法，既能夠滿足國家對于公路橋梁修復的資金投入、安全性能等需求，又能夠增加公路橋梁的使用年限，確保群眾可以在舒適度、安全性極高的公路橋梁上行駛，最大限度實現公路橋梁的應用價值。