橋梁下部結(jié)構(gòu)病害分析及檢測加固措施研究

胡元秋

(蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112)

0 引 言

交通事業(yè)蓬勃發(fā)展，對于年代較為久遠(yuǎn)的橋梁，其設(shè)計荷載低、承載能力小、橋面窄小，又由于目前的汽車數(shù)量激增，超載和超限的現(xiàn)象又頻繁出現(xiàn)，使得這些橋梁已經(jīng)不能夠再適應(yīng)交通運輸發(fā)展的需求，在長期的運營過程中會出現(xiàn)不同程度的病害，對公路交通安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在目前的橋梁建設(shè)方面，其重心已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了舊橋的檢測、維修和加固改造方面。橋梁的下部結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)傳遞荷載，決定了橋梁結(jié)構(gòu)能否處于同一高程和平面。下部結(jié)構(gòu)會受到流水壓力、填土側(cè)壓力、橫向風(fēng)力等多方面作用，在長時間的作用之下會出現(xiàn)墩臺開裂、下降、位移、傾斜等病害，進而會影響橋梁的上部結(jié)構(gòu)，威脅整個橋梁的安全，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。

1 橋梁下部結(jié)構(gòu)病害

橋梁的上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)三者之間相互影響，下部結(jié)構(gòu)的病害主要會受到兩個方面因素的影響，其一是外界因素，其二是上部結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)狀態(tài)的變化。不同類型、不同程度的病害，其產(chǎn)生的原因也有不同，對于一些復(fù)雜的病害，通常會是由多種原因綜合作用的結(jié)果。

1.1 墩臺開裂

裂縫是橋墩病害中最為常見的，橋墩要受到上部荷載的影響。荷載作用的方式不同，產(chǎn)生的裂縫的樣式也是有所不同，其主要的裂縫形式包括了橫向、 豎向、 斜向以及網(wǎng)狀的。橋梁墩臺之所以產(chǎn)生豎向裂縫，主要原因在于混凝土在進行澆筑之后并沒有做到養(yǎng)護到位，其豎向所承受的荷載一旦超出了墩臺的承載能力就會出現(xiàn)豎向裂縫。橫向裂縫主要是因為在接縫的部位沒有處理好或者是水平的外荷載作用所導(dǎo)致的。如果在墩臺的局部產(chǎn)生了剪切應(yīng)力，就會產(chǎn)生斜裂縫。如果混凝土內(nèi)部出現(xiàn)了水化熱現(xiàn)象，同時外界溫度有了明顯的變化，就會使得墩臺出現(xiàn)不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫。

1.2 墩柱位移偏位

墩柱主要承受了橋梁結(jié)構(gòu)的自重、車輛荷載、人群荷載等豎向荷載。但是當(dāng)墩柱發(fā)生了豎向偏移，墩柱除了要受到豎向荷載還會收到偏心荷載。然而在墩柱設(shè)計時往往只考慮到了豎向軸力，但是在偏移的作用下，墩柱的負(fù)擔(dān)就會加大，如果長期處于這種情況之下就會嚴(yán)重的影響到橋梁的穩(wěn)定性和承載能力。造成墩柱偏移的原因眾多，其中主要包括了填土壓力過大、外界車輛、船只的撞擊、地震等，此外如果在施工的過程中不能夠進行嚴(yán)格的把控，也可能會造成墩臺偏移。

1.3 蓋梁開裂

蓋梁位于橋墩與支座之間，起到傳遞和支撐荷載的作用。蓋梁的斜向開裂主要是由于局部剪應(yīng)力造成的；而豎向裂縫一方面是由于墩臺基礎(chǔ)發(fā)生了不均勻沉降，另一方面是由于蓋梁的設(shè)計荷載超出了當(dāng)初的設(shè)計值。

1.4 支座病害

支座位于上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)之間，主要起到連接的作用。支座一旦出現(xiàn)問題不僅會影響上部結(jié)構(gòu)，還會對下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。支座產(chǎn)生病害的類型和原因如表1所示。

表1 支座病害類型和原因

2 檢測措施研究

2.1 檢測主要內(nèi)容

外觀檢查是橋梁檢測的首要步驟，這個過程中主要檢查混凝土的風(fēng)化程度、剝落、破損現(xiàn)象以及鋼筋銹蝕情況等方面，同時還需要對支座的正常工作進行檢查，檢測其時候具有錯位和斷裂的現(xiàn)象、墩臺是否有滑動、開裂、下沉現(xiàn)象。通過對橋梁外觀的檢測，需要計算出下部結(jié)構(gòu)以及整體橋梁的BCI值進行計算，同時劃分其等級以及技術(shù)狀態(tài)。除了外觀的檢測還需要對下部結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件進行無損檢測，這方面主要包括了混凝土的強度、碳化程度、保護層厚度、鋼筋銹蝕程度以及裂縫的寬度和深度。另外一方面還需要檢測橋梁的荷載，其中主要包括了靜載試驗、動載試驗，來檢驗橋梁的承載能力以及適用性能。

2.2 檢測主要設(shè)備及技術(shù)要求

橋梁外觀的檢測除了可以通過目測觀察，還可以通過一些機械例如測量儀器、照相機、望遠(yuǎn)鏡等。在無損檢測方面，主要通過回彈儀來對回彈值進行測量，除此之外還有超聲波探傷技術(shù)。對于鋼筋銹蝕的測試主要可以劃分為兩類，其一是物理方法，其二是化學(xué)方法。對于物理檢測方法主要應(yīng)用了電阻棒法、射線法、聲發(fā)射探測法、紅外熱像法、基于磁場的檢測方法。電化學(xué)檢測方法主要包括了半電池電位法、電阻率檢測法。對橋梁進行荷載試驗主要是為了能夠檢驗橋梁主體結(jié)構(gòu)在加固之后的承載力能夠滿足設(shè)計的要求，同時也為橋梁的運營以及養(yǎng)護提供相應(yīng)的依據(jù)。荷載的檢測主要包括了靜載試驗、動載試驗以及跳車試驗。

3 加固施工方法研究

3.1 墩臺的沉陷和損壞

在軟弱地基上修建橋臺，軟弱的下臥層不能夠承受較大的荷載壓力，會使得橋臺出現(xiàn)沉陷以及水平的推移。如果臺后的填土發(fā)生了剪切滑動，會使得橋臺朝向橋梁的方向進行推移，對于這樣的情況，除了需要對橋臺進行加固，此外還應(yīng)當(dāng)在臺后增設(shè)防護工程，從而防止臺后的填土繼續(xù)滑移。如果橋臺的臺深發(fā)生了斷裂，則主要可以應(yīng)用鋼筋硅、碳纖維等對其進行修復(fù)。此外為了能夠防止臺后土壓力對橋臺造成的偏移，通常會在臺身背后設(shè)置擋土墻，減少水平推力作用。如果兩個橋臺之間的距離較小，則僅需要在橋臺之下設(shè)置鋼筋混凝土支撐梁即可。為了能夠降低沉陷，通常均是采用加設(shè)樁基的措施，與原來的擴大基礎(chǔ)或者承臺連成一個整體，避免其出現(xiàn)明顯的沉降。

3.2 墩臺表面發(fā)生裂縫

如果墩臺表面的裂縫較大，通常選用水泥砂漿來進行修補；而對于小型的裂縫通常則會選用環(huán)氧樹脂砂漿來進行填充。如若橋墩處于通航的河流之上，且橋梁的跨徑較小，墩柱極易被船只碰撞，發(fā)生折斷，對交通造成嚴(yán)重的影響。面對這種情況通常會采用套箍鋼筋的方式來進行加固，在此過程中應(yīng)當(dāng)考慮到河流過水面積的相關(guān)問題，避免套箍設(shè)置過厚造成阻水過大。在修補橋墩裂縫時應(yīng)當(dāng)綜合考慮各方面的因素，避免橋墩受到二次傷害。

3.3 墩臺承載能力不夠

要提高橋梁的整體承載能力，關(guān)鍵在于加固橋梁的下部結(jié)構(gòu)，提高墩臺的承載能力，其中主要可以應(yīng)用擴大基礎(chǔ)加固法、增加基樁加固法以及高壓注漿法。擴大基礎(chǔ)法主要應(yīng)用于埋置較淺的情況，尤其是出現(xiàn)了過大的不均勻沉降，且地基土質(zhì)堅實滿足了要求。增補樁基加固法主要是通過在樁式基礎(chǔ)的周圍打入新的樁基，并且將承臺和樁頂連接形成一個整體，達到提高基礎(chǔ)承載力的目的，但是應(yīng)用該方法可能會對水陸交通造成影響。高壓旋噴注漿法應(yīng)用的范圍廣、施工方便、漿液集中且流失較少，而且固體形狀也可以控制同時還能夠確保固結(jié)強度。

4 結(jié) 語

綜上，文章重點闡述了橋梁下部結(jié)構(gòu)的病害分析以及加固措施。首先分析了墩臺開裂、墩柱位移偏位、蓋梁開裂、支座病害等橋梁下部結(jié)構(gòu)病害；然后闡述了具體的檢測措施并提出了墩臺沉陷、損壞、開裂以及承載力不足等幾個方面的加固措施。