新疆高速公路預防性橋梁養護專項研究

摘要：為解決新疆高速公路大量的既有橋梁預防性養護問題，以G30烏魯木齊-奎屯段橋梁預防性專項養護為研究對象，采用現場調研的方式分析橋梁不同部位的病害情況，采取分級整治措施，并運用超聲波法對養護整治效果進行監測。結果表明，采用超聲波檢測技術可以得到較好的混凝土裂縫測試精度;橋梁裂縫和混凝土缺陷經過整治后，混凝土的裂縫和抗壓強度均得到明顯改善，說明所采取的整治措施合理，達到了預期的養護整治效果。

關鍵詞：公路橋梁;預防性;專項養護;裂縫;病害

0" "引言

橋梁的專項養護是為了防止橋梁病害的進一步擴張，以減緩橋梁病害發展速度、延長橋梁使用壽命為目的的養護作業[1]。它是一種周期性的強制保養措施，要考慮橋梁板梁及下部裂縫嚴重程度，進而決定采取養護措施或者拆除更換。其核心是要求采取最佳成本效益的養護措施，強調養護管理的計劃性[2]。專項養護的目的是恢復使用功能、提高承載力、增強安全性和耐久性為目的[3]。

1" "工程概況

G30烏魯木齊至奎屯段位于新疆維吾爾自治區伊犁哈薩克自治州境內，項目起點于烏魯木齊繞城高速公路（東線）終點相接，終點位于奎屯河大橋西岸與奎賽高等級公路相接，路線全長241.927km。本段中幅為2005年建成的原有雙向四車道高速公路，2019年在原路基礎上按照“兩側拼接加寬為主，局部擴容+局部分離為輔”的形式拓寬改造。擴建后形成路基寬度42m的標準雙向八車道高速公路，設計車速120km/h，橋梁與路基同寬，橋梁設計的汽車荷載等級采用公路I級。

項目橋梁預養護共包含43座橋梁，其中大橋9座，中橋12座，小橋22座。本項目G30線預養護橋梁段落起終點樁號為K3609+671～K3842+924（以下簡稱本段）。本項目預養護橋梁結構型式主要為現澆矩形板、鋼筋混凝土空心板、預應力鋼筋混凝土空心板、預應力混凝土小箱梁、預應力混凝土T梁。

2" "橋梁病害情況

項目區域位于中溫帶區，為典型的大陸性干旱氣候，具有冬季寒冷、夏季炎熱、晝夜溫差大的特點。橋梁由“水”引發的病害較為突出，主要病害如1所示。

橋梁上部結構主要病害為混凝土破損、剝落、露筋銹蝕，個別橋梁存在鋼筋及鋼絞線露出并銹蝕。由于限高架的限制高度與實際凈空不符，導致板底、梁底剮蹭、掉角，梁體受滲水侵蝕，板間勾縫滲水、泛堿等。橫向裂縫病害主要存在于鋼筋混凝土板橋，間距0.2～0.5m，縫寬0.1～0.2mm;縱向裂縫主要為獨立裂縫，存在于部分預應力混凝土板橋，縫寬0.1～0.2mm。

下部結構橋墩、橋臺受滲水侵蝕，混凝土腐蝕、泛堿、麻面、剝落較為普遍。臺身、臺帽存在豎向裂縫，抗震擋塊泛堿、開裂、碎裂。部分墩柱底部混凝土有麻面、骨料露出現象;

橋面瀝青混凝土存在局部坑槽、車轍、橫向裂縫、網裂等病害。泄水孔堵塞，滲水侵蝕邊梁。墻式護欄受滲水侵蝕，墻身防腐涂層、混凝土剝落。伸縮縫內有雜物，橡膠條脫落、破損，錨固區混凝土裂縫，局部破損及異型鋼斷裂、缺失。

3" "高速公路預防性專項養護方法

3.1" "混凝土受滲水腐蝕維修

混凝土受滲水腐蝕，嚴重影響結構耐久性、使用安全性[4]。具體的維修原則為選擇適當的防腐材料，對結構進行防腐處理。明確滲水來源，最大限度的阻隔水源[5]。維修處理前，需對混凝土侵蝕病害的等級進行劃分，并采取有針對性的處置方案，具體如表1所示。

3.2" 混凝土裂縫處理

結合結構的工作環境、受力狀態、裂縫發展情況，選擇不同混凝土裂縫處置方案[6]。同樣地，維修處理前，需對混凝土侵蝕病害的等級進行劃分，并采取有針對性的處置方案，具體如表2所示。

3.3" "瀝青混凝土橋面病害處置

鑒于橋面僅有少量的橫、縱向裂縫，確定瀝青混凝土橋面的病害等級為輕度。根據氣候環境選擇適宜的產品類型進行貼縫帶封閉處理，新疆地區宜選用適應嚴寒環境的材料。使用電動刷子、吹風機對選擇使用貼縫帶的裂（接）縫進行清潔處理，裂縫表面須平整，無大的突起、凹陷、松散、碎石或油痕、油脂及其他污物。將貼縫帶背面的隔離紙張揭去，無粘性物面朝上，以裂（接）縫為中心線將貼縫帶平整地貼在路面上。如遇不規則的裂縫，可用裁紙刀或剪刀將貼縫帶切斷，按裂縫的走向跟蹤粘貼，在貼縫帶與貼縫帶的結合處，要形成80～100mm重疊。用滾筒用力碾壓，將貼縫帶熨貼至地面，以確保貼縫帶同路面結合成為一體，不能有氣泡、皺褶[7]。

鑒于混凝土橋面鋪裝外露，橋面瀝青混凝土坑槽、車轍明顯，梁底滲水，確定瀝青混凝土橋面的病害等級為重度。瀝青混凝土采用銑刨機銑刨，銑刨后采用高壓水射流清洗表面。橋面混凝土鋪裝層表面清潔后，刷涂高滲透環氧封閉層[8]。須進行2次防水涂層刷涂，每次刷涂量為0.25kg/m2，兩道涂刷間隔時間約為0.5h，可根據氣候情況作適當調整。一些護欄座等設施的側面、立面應分三道涂刷，每道涂刷量適當減少，以防止出現垂流或掛不上涂料等情況。瀝青混凝土橋面鋪裝施工宜在涂層完工之后4～24h之內進行，不得超過48h。

3.4" 橋面伸縮縫病害處置

鑒于伸縮縫內有雜物，橡膠條脫落，確定為輕度（I類）病害。處理時清除雜物，可采用空壓機接管子直接吹出，然后恢復脫落橡膠條。伸縮縫內有雜物，鑒于橡膠條老化、破損，錨固區混凝土局部破損、露筋，確定為中度（II類）病害。對于伸縮縫內破損橡膠止水條，應及時更換，防止垃圾下落堵塞伸縮縫，防止水流對下部結構腐蝕沖刷。

具體施作方法為使用壁紙刀，將舊橡膠條割斷，分段取出，清理槽口內全部殘留物。用鋼釬將縫內雜物搗碎夾出，難以取出的或推至底部，從下部取出。利用高壓水射流徹底清洗縫內垃圾，及時清理運出場地。安裝新橡膠止水條前，在型鋼凹槽內涂抹潤滑油（硅脂油），再將橡膠止水條平放在安裝位置，用專門的工具側壓鑲嵌到型鋼凹槽內。

對于伸縮縫槽口混凝土局部破損，修復前鑿除塊裂區域表層混凝土，直至外露密實混凝土基面。再在原混凝土基面涂刷混凝土防腐材料，之后使用快干高強砂漿進行修復[9]。選取快干高強砂漿，現場加水拌合后即可使用，40min即凝固，2～3h即可通車，以減少交通封閉管制時間。

4" "基于超聲波檢測的高速公路橋梁養護效果驗證

4.1" "超聲波檢測的基本原理及測試方法

4.1.1" " 混凝土裂縫的超聲波檢測

超聲波檢測的主要原理，是利用聲波在混凝土固體介質中傳播的速度比空氣中的傳播速度大。當橋梁混凝土結構出現裂縫、空洞、破損等現象時，聲源發射的超聲波透過這些缺陷的時間將明顯增大。而超聲波繞過裂縫末端后，由于速度較快將提前到達接收傳感器，通過判別接收聲波信號的振幅、初至時間、頻率、相位等聲學參數，可達到判別裂縫寬度、長度以及走向的目的。

檢測時，分別將超聲波傳感器的接受端和發射端對稱放置在裂縫兩側，按超波傳感器接受端與發射端的中心間距di分別布置為100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm，分別測試這些位置的超聲波初至時間ti0，按照聲波的傳播路徑以及裂縫深度hci的幾何關系，可以求得待測點i位置處的缺陷（裂縫、空洞、破碎等）深度。

4.1.2" "混凝土強度的超聲波檢測

大量的試驗表明，采用超聲波對混凝土的強度測試時，聲波機械振動會引發混凝土微粒在彈性范圍內縱向壓縮及橫向拉伸等物理現象。不同強度的混凝土產生的應力應變過程有所不同，這些應力應變過程直接反應的是混凝土動彈模量、強度指標等。差異化的混凝土強度將導致超聲波聲學參數，如聲波速度、振幅衰減系數、相位等產生變化等，因此在實踐上利用超聲波的這種特性，可以建立聲波參數與混凝土強度之間的經驗換算關系。

當橋梁鋼筋混凝土粗骨料采用的是卵石時，可以按照公式（1）計算混凝土的抗壓強度

fcu=0.0056v1.439R1.769" " " " " " " " " " "（1）

其中，fcu為混凝土的抗壓強度，R為回彈值。當橋梁鋼筋混凝土粗骨料采用的是碎石時，可以按照公式（2）計算混凝土的抗壓強度。其中，fcu為混凝土的抗壓強度，R為回彈值。

fcu=0.0162v1.656R1.410" " " " " " " " " " （2）

4.2" 超聲波檢測的效果評價

圖2為橋梁混凝土結構養護整治前后裂縫和抗壓強度的超聲波檢測成果。從圖2a中可以看出：對于不同深度的裂縫（平均深度分別為5.0mm、3.0mm、1.4mm），在不同超聲波傳感器間距監測條件下均可以得到較好的測試精度;對于不同深度的裂縫（平均深度分別為5.0mm、3.0mm、1.4mm），經過裂縫整治處理后，裂縫深度均小于0.1mm。由此表明采取的裂縫整治措施合理，達到了預期的養護整治效果。

從圖2b中可以看出，選取的橋梁鋼筋混凝土結構6個超聲波監測點，在缺陷處理前，混凝土的抗壓強度變化較大，最小值為45.8MPa，最大值為53.3MPa，平均值為50.5MPa。而經過缺陷處理后，混凝土的抗壓強度變化趨于穩定，最小值為52.4MPa，最大值為54.2MPa，平均值為52.9MPa，混凝土強度得到明顯的提高和均一化。

5" "結論

采用超聲波檢測技術可以得到較好的混凝土裂縫測試精度。對于不同深度的裂縫，經過裂縫整治處理后，裂縫深度均小于0.1mm，表明采取的裂縫整治措施合理，達到了預期的養護整治效果。在缺陷處理前，混凝土的抗壓強度變化較大，而經過缺陷處理后，混凝土的抗壓強度變化趨于穩定，混凝土強度得到明顯的提高。

參考文獻

[1] 沈楸，康愛紅，顧萬，等.混凝土板梁橋典型病害風險矩陣評估及養護策略研究[J].公路，2020，65（7）：298-303.

[2] 孫廣俊，焦陽，吳炳延，等.基于技術狀況的混凝土公路橋梁周期性預防性養護策略研究[J].南京工業大學學報（自然科學版），2022，44（1）：82-91.

[3] 樊曉旭.高速公路橋梁橋面瀝青混凝土鋪裝層的病害成因及養護[J].筑路機械與施工機械化，2015，32（2）：64-67.

[4] 范建波，韓帥，羅燦.山區高速公路橋梁典型病害分析與處治措施[J].公路交通科技（應用技術版），2019（4）：107-109.

[5] 肖弘光.高速公路橋梁橋面瀝青混凝土鋪裝層的病害成因及養護[J].城市建設理論研究（電子版），2015（22）：7470-7471.

[6] 劉建勛，趙文斌，張戎令，等.極旱大溫差地區養護方式對混凝土橋墩性能的影響[J].長江科學院院報，2018，35（12）：148-153.

[7] 孫馬，范偉.基于預防性養護的橋梁全壽命周期養護策略[J].公路交通科技（應用技術版），2018（3）：221-223.

[8] 徐勇，趙鵬鑫，劉戰利，等.高效保濕養護膜在橋梁墩身混凝土養護中的應用[J].鐵道建筑，2021，61（7）：59-61，79.

[9] 吳自濤.公路橋梁施工管理養護技術及加固維修策略[J].黑龍江交通科技，2020，43（8）：150，152.