混凝土橋梁的病害分析及加固研究

盧明鋒

（汕頭公路工程質量監督站，廣東汕頭 515000）

1 引言

混凝土橋梁在運營過程中，由于自身材料的特性以及環境影響、設計問題、施工問題、養護條件不當等原因，會導致橋梁出現不同程度的變形和損傷，最終導致橋梁承載力不足而發生破壞[1]。通常情況下，將這些損傷和變形定義為橋梁病害。相關資料表明，橋梁病害問題會不斷發展，日益嚴重，給橋梁的正常使用帶來嚴重的負面影響，甚至出現安全事故，造成人員傷亡以及巨大的經濟損失。鋼筋混凝土橋梁是橋梁工程中最常用的結構形式，因此，解決橋梁病害問題至關重要[2]。

2 混凝土病害

2.1 結構表層病害

混凝土橋梁表層結構病害的主要表現形式有：麻面、蜂窩、空洞等。麻面是在混凝土的表層出現漿液滲漏導致混凝土結構表面有凹陷的小坑，不光滑，但未有鋼筋外露的情況。主要表現為結構表面粗糙。蜂窩病害的主要表現是混凝土局部出現類似蜂窩的孔洞。其產生原因為：施工工藝不規范、混凝土的配比不合理、混凝土振搗后出現了離析現象等。空洞是構件局部混凝土缺失的現象。其病害產生原因為：配筋保守、混凝土振搗不均勻、混凝土漏漿等[3]。

混凝土構件表層病害的處理措施：加強養護管理和修補加固。對于空洞和蜂窩較嚴重的部位，一般通過配備良好級配的混凝土進行加固補強。主要施工過程為：鑿毛處理—保持病害表面清潔濕潤—周邊混凝土及鋼筋涂膠黏劑—澆筑混凝土。

2.2 裂縫

裂縫是橋梁病害中最常見也是最危險的病害。混凝土的裂縫可分為結構性裂縫和非結構性裂縫2 類。2 類裂縫產生的原因和機理各不相同。結構裂縫主要是由于行車荷載或水流沖擊等外荷載的作用下使結構強度和耐久性降低，進而產生裂隙；非結構裂縫主要是材料自身缺陷以及環境因素的影響引起的。其特征和修補方法見表1。

表1 裂縫修補加固表

3 鋼筋病害

3.1 鋼筋病害分析

混凝土中鋼筋銹蝕的化學過程如下：

通過對方程式的分析并結合工程實際可知，影響鋼筋銹蝕的因素有：氯離子濃度、pH 值以及環境溫度等。

3.2 鋼筋補強加固

鋼筋是否需要進行加固是由鋼筋被銹蝕后的承載力決定的，而鋼筋的承載能力是材料的屈服強度決定的。鋼筋的屈服強度可由以下公式確定

式中，fys為腐蝕后鋼筋的屈服強度；fuc為腐蝕后鋼筋的極限強度；fy為未腐蝕鋼筋的屈服強度；fu為未腐蝕鋼筋的極限強度；ηs為鋼筋的截面損失率，當ηs＞0.15 時，按熱軋鋼筋處理。

通過以上公式判定銹蝕的鋼筋承載力是否滿足要求，如不滿足要求，需對鋼筋進行加固處理，其加固方法有：補焊鋼筋、粘貼鋼板、體外預應力加固等。

4 附屬設施病害

當橋面鋪裝采用瀝青混凝土時，常出現病害有：泛油、裂縫、車轍、凸凹等。泛油是橋面鋪裝層的混凝土因瀝青用量過多，導致軟化點降低的現象。橋面混凝土裂縫主要是瀝青出現老化且抗疲勞性能降低，在行車荷載長時間的作用下產生裂縫。車轍是瀝青混凝土在長時間的車輛碾壓過程中形成的永久輪跡。凹凸是橋面鋪裝層沿順橋方向出現的鼓包，或出現規律變化的起伏波紋。導致該病害的主要原因是行車過程中制動突然停止以及行車荷載過大或鋪裝層厚度不均勻。對于空心板橋梁出現該病害的主要原因是施工質量控制不到位，預拱度設置不一致，平整度未達到標準，導致橋梁鋪裝層厚度發生變化，降低了該結構的剛度和承載力。

5 案例分析

5.1 工程概況

文章依托某高速公路立交段落進行分析，路段樁號范圍為K67+280～K98+841，全長31.561 km。該路段有大橋1 座，中橋3 座，小橋3 座，立交橋面積為70 518.9 m2，原設計荷載采用汽車-20 級，掛車-100，進行驗算，地震設防烈度為7 級。

5.2 病害分析

5.2.1 上部結構病害

經檢查發現，橋面板存在開裂現象，導致鋼筋外露，出現銹蝕現象，同時混凝土出現剝落。通過對橋梁進行監測可知，主要原因是梁部混凝土施工未達到設計強度，梁部跨中撓度過大，剛度小于設計值。

5.2.2 下部結構病害

通過對橋梁下部結構的檢測發現：由于混凝土墩柱存在裂縫，雨水通過裂縫滲入結構內部，加上凍融的作用，使蓋梁承載力降低，橋墩混凝土出現剝落，鋼筋出現銹蝕。通過回彈儀對橋墩和概梁不同部位的混凝土進行回彈模量測定可知，混凝土強度未達到設計要求。

5.2.3 附屬設施病害

橋梁伸縮縫總體平順，質量狀況良好。但存在鋼構件輕微變形、止水帶漏水、伸縮縫有雜物等病害。橋梁護欄無狀況良好，無明顯破損，由于伸縮縫有滲水現象，該位置對應的護欄有水漬和泛堿情況。

5.3 加固設計

5.3.1 上部結構

通過對橋梁上部結構進行病害情況分析，欲采用如下加固處理方式：

對頂板混凝土鋪裝層進行重新鋪設，鑿除原有鋪裝層和防水層，同時清除橋面上的雜物，然后，在主梁頂板位置植入直徑為φ12 mm 鋼筋（鋼筋應等間距豎向布置），然后，通過鋼筋網片進行焊接。鋼筋網片具有施工方便、穩定性較強，能較好地和主梁形成整體結構，提高主梁的抗壓強度和承載力。

重新施作小箱梁濕接縫。針對腐蝕程度較為嚴重的濕接縫混凝土進行鑿除，并對鋼筋進行除銹。箱梁下翼緣的濕接縫加固方式為植筋并進行焊接，然后，在對應位置處進行混凝土澆筑。

針對小箱梁的底板和腹板出現的混凝土脫落、鋼筋外露及腐蝕現象，應對小箱梁的浮皮進行處理，然后，通過環氧砂漿進行修補。本項目中腹板的裂縫較窄，病害程度不嚴重，修補時采用砂漿將裂縫封閉即可。當裂縫寬度較大、較深時，可通過粘貼碳纖維進行加固補強處理。加固方案示意圖如圖1所示。

圖1 小箱梁加固方案示意圖（單位：cm）

5.3.2 下部結構加固

針對蓋梁外露或者墩柱腐蝕程度較深的病害，應先將表層混凝土進行清除，更換被腐蝕的鋼筋，然后，進行混凝土澆筑，進行結構原狀的恢復。因附屬結構物伸縮縫存在漏水的病害，所以，下部結構進行加固時應先進行排水處理，同時對可能受到腐蝕的蓋梁及墩柱涂刷防水材料進行保護。

當蓋梁或墩柱的裂縫寬度＜0.2 mm 時，應采用環氧樹脂進行裂縫的封閉；對于裂縫寬度＞0.2 mm 的裂縫，應通過低壓注射技術進行裂縫修復。當裂縫寬度較寬，分布密集，或混凝土剝落較為嚴重時，應對病害位置進行碳纖維加固處理。

5.3.3 附屬設施加固

對附屬結構各部件進行加固時，應對不同位置采取不同的措施，如箱梁支座存在質量問題時，應進行更換，橋梁的伸縮縫也可選用80 型伸縮縫進行替換。更換伸縮縫時，首先應按照相關規定進行開槽，進行纖維混凝土回填時，應加入銑銷型鋼纖維。通過檢測可知，全橋的護欄無嚴重病害發生，只需對表層涂刷防腐蝕劑即可。

5.4 加固計算

橋面板進行加固后應對該橋進行承載力驗算。結果如表2所示。

表2 承載力計算結果 kN·m

對橋梁進行整體結構計算，由計算結果可知，裂縫寬度均＜0.2 mm，滿足設計要求。對跨中撓度進行計算，通過計算結果可知：各跨最大撓度均滿足要求。計算結果見表3。

表3 撓度計算表 mm

6 結語

本文通過對混凝土橋梁病害分析及加固處理研究得出以下結論：

1）混凝土病害的主要表現形式是表層病害以裂縫，實際工程中裂縫大部分為非結構性裂縫；鋼筋的主要病害是鋼筋腐蝕，主要治理措施是補焊鋼筋，粘貼鋼板等。橋梁附屬結構中鋪裝層病害主要有泛油、裂縫、車轍等。

2）通過工程實例對橋梁的上部結構、下部結構、附屬設施進行病害分析，并針對橋梁結構及狀況進行了相應的加固維修，最終通過對橋梁的承載力、裂縫寬度、跨中撓度進行驗算，

最終結果顯示，加固后橋梁的性能指標滿足規定要求。