橋梁工程的常見病害及施工處理技術(shù)研究

1 引言

橋梁工程是現(xiàn)代交通體系的重要構(gòu)成部分， 其承載的功能以及涉及技術(shù)的復(fù)雜性均與日俱增， 在通行車輛長(zhǎng)時(shí)間高荷載下，不少橋梁工程暴露出橋面裂縫、鋼筋腐蝕、地基下沉等病害，工程的病害問題已成為影響橋梁工程質(zhì)量、危及橋梁工程使用安全的關(guān)鍵阻力， 有必要對(duì)當(dāng)前橋梁工程中常見的病害問題加以研究， 采用預(yù)防為主、 防護(hù)結(jié)合的工程施工理念，優(yōu)化工程施工處理技術(shù)，切實(shí)降低橋梁工程病害問題發(fā)生的概率，提高橋梁工程的整體性能與安全系數(shù)。

2 橋梁工程的常見病害

2.1 裂縫病害

裂縫病害是橋梁工程中的常見病害問題。 橋面或其他橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，不僅會(huì)影響橋梁工程的整體美觀度，對(duì)橋梁上的通行車輛產(chǎn)生較為明顯的負(fù)面影響與不佳的行駛體驗(yàn)，更會(huì)削弱橋梁工程的使用功能與安全系數(shù)， 增加車輛行駛的風(fēng)險(xiǎn)性。

橋梁工程中常見的裂縫病害包括兩類：（1）非結(jié)構(gòu)性裂縫。 其發(fā)生概率較大，主要是橋梁工程施工時(shí)澆筑的混凝土出現(xiàn)非結(jié)構(gòu)性裂縫，橋梁在露天環(huán)境下，雨雪沖刷、高低溫天氣以及車輛荷載長(zhǎng)時(shí)間的作用等均會(huì)導(dǎo)致橋面混凝土出現(xiàn)裂縫。 若施工單位采購與進(jìn)場(chǎng)的混凝土原材料配比不達(dá)標(biāo)、混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)工作不到位等也會(huì)導(dǎo)致非結(jié)構(gòu)性裂縫。 此類非結(jié)構(gòu)性裂縫的安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較大，若處理不夠及時(shí)，裂縫會(huì)進(jìn)一步增大，影響橋梁工程的功能耐久性與力學(xué)性能[1]。（2）結(jié)構(gòu)性裂縫。 此類裂縫在橋梁工程中發(fā)生概率較小，主要是橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力超出橋梁混凝土自有的抗拉強(qiáng)度而出現(xiàn)的裂縫，例如，混凝土的密度不足，在一定的荷載作用下，混凝土的抗拉強(qiáng)度過小而實(shí)際橋梁應(yīng)力過大， 橋梁工程會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫。此類裂縫通常出現(xiàn)在質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的橋梁工程中。對(duì)于裂縫病害，需首先分析裂縫發(fā)生的部位以及出現(xiàn)的原因，從根源著手，做好混凝土原材料配比拌和、混凝土攤鋪、混凝土養(yǎng)護(hù)等工作。

2.2 鋼筋腐蝕病害

鋼筋腐蝕病害也是橋梁工程中的常見病害問題。 當(dāng)前，在高荷載要求下， 橋梁工程中普遍且大量使用鋼筋作為結(jié)構(gòu)負(fù)載材料， 利用鋼筋的預(yù)應(yīng)力以及優(yōu)質(zhì)的跨度來提高橋梁工程的承載力與力學(xué)性能，尤其是對(duì)于大跨徑橋梁工程而言，其承載要求較高， 更需要利用鋼筋為其提供良好的結(jié)構(gòu)負(fù)載與力學(xué)支撐。 但是在橋梁工程中，若對(duì)進(jìn)場(chǎng)的鋼筋材料不注重保管與貯藏，將鋼筋長(zhǎng)期暴露在露天環(huán)境下，在雨雪的沖刷下，鋼筋會(huì)因氧化反應(yīng)而出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象， 進(jìn)而影響鋼筋自身的力學(xué)性能；若鋼筋長(zhǎng)期暴露在空氣中，在水、空氣以及一些酸性物質(zhì)的作用下， 鋼筋的鈍化膜會(huì)遭到破壞， 鋼筋會(huì)出現(xiàn)腐蝕病害，使鋼筋的機(jī)械性能大幅下降，嚴(yán)重的會(huì)因鋼筋承載力不足而出現(xiàn)橋梁坍塌現(xiàn)象。

2.3 地基下沉病害

地基沉降是橋梁工程出現(xiàn)不均勻沉降的重要原因。 若前期對(duì)橋梁工程所在區(qū)域的地質(zhì)條件、水文條件、土壤條件等勘察不到位，將橋梁工程架設(shè)在軟土地基上且未做處理，則橋梁工程的地基穩(wěn)定性與安全性較差， 在后期橋梁工程施工時(shí)會(huì)導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)不均勻沉降問題。 尤其是在后期橋梁工程投運(yùn)后，在長(zhǎng)時(shí)間高荷載作用下，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定導(dǎo)致橋梁工程的自有承載力不斷弱化，橋梁工程出現(xiàn)不均勻沉降，行駛在橋梁上的車輛會(huì)出現(xiàn)明顯的跳車感，路面的顛簸愈加強(qiáng)烈，行車的舒適度與安全性大受影響[2]。 此外，地基下沉導(dǎo)致橋梁工程不均勻沉降后， 不同結(jié)構(gòu)的異常下降導(dǎo)致橋梁工程結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生額外應(yīng)力， 若此應(yīng)力超過橋梁工程混凝土自有的抗拉強(qiáng)度，則橋梁工程會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫，破壞橋面的使用功能。

3 橋梁工程常見病害的處理技術(shù)

3.1 優(yōu)化施工管理方法與技術(shù)

預(yù)防病害是橋梁工程常見病害的施工處理手段之一，在病害發(fā)生之前，通過合理、科學(xué)的施工管理方法與技術(shù)防患于未然，可以切實(shí)降低橋梁工程病害的發(fā)生率，提高橋梁工程的使用壽命與安全系數(shù)。 因此，針對(duì)橋梁工程病害防治與處理，應(yīng)建立完善的病害預(yù)防、監(jiān)測(cè)、發(fā)現(xiàn)、管控與防治工作體系，通過過程化管理、全生命周期質(zhì)量管控以及橋梁工程投運(yùn)后的精細(xì)化養(yǎng)護(hù)與管控等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁工程中的病害問題。 例如，在橋梁工程施工之前， 利用各類先進(jìn)的勘察設(shè)備與儀器對(duì)橋梁工程所在區(qū)域的地質(zhì)條件、地形地貌、水文條件、土壤條件等進(jìn)行全面且詳細(xì)的勘察，為橋梁工程施工工藝選擇、施工方案設(shè)計(jì)提供精準(zhǔn)的工程地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)； 在橋梁工程施工過程中，利用先進(jìn)的設(shè)備與儀器對(duì)橋梁工程中的材料質(zhì)量、施工工藝實(shí)施狀況等進(jìn)行全方位檢測(cè)，利用GPS-RTK 技術(shù)對(duì)橋梁工程開展高精度控制測(cè)量，保證橋梁工程的施工質(zhì)量；在橋梁工程施工養(yǎng)護(hù)投運(yùn)階段， 利用各類傳感器對(duì)車輛行駛時(shí)的顛簸參數(shù)等進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)定， 分析橋梁工程使用的安全系數(shù)， 利用LiDAR 技術(shù)對(duì)橋梁工程的地基沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，動(dòng)態(tài)分析橋梁工程地基的沉降狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁工程的不均勻沉降并做出應(yīng)對(duì)。 通過在橋梁工程施工前、施工中、施工后的優(yōu)化管理，可以切實(shí)降低橋梁工程的病害率，提高橋梁工程的施工質(zhì)量。

3.2 鋼筋混凝土裂縫處理技術(shù)

針對(duì)橋梁工程中常見的混凝土裂縫現(xiàn)象， 不僅應(yīng)樹立及時(shí)處理的意識(shí)， 充分認(rèn)識(shí)到混凝土裂縫若是拖延處置會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的功能產(chǎn)生不可挽回的破壞，還要運(yùn)用正確的、合理的、恰當(dāng)?shù)牧芽p處理技術(shù)對(duì)混凝土裂縫加以修補(bǔ)。 通常，對(duì)于小裂縫（寬度＜2 mm），可采用刷涂環(huán)氧樹脂材料對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，先將裂縫內(nèi)填塞的雜質(zhì)，如樹枝、碎石等，清理出去，并將裂縫周圍的雜質(zhì)一并清理干凈； 再將環(huán)氧樹脂刷涂在裂縫之上，刷涂厚度約為1 mm，通過多次刷涂、間隔刷涂將橋梁工程中的小裂縫修補(bǔ)完成[3]。 對(duì)于寬度較大的裂縫，尤其是承載要求較高部位的裂縫，應(yīng)采用更加嚴(yán)格、要求更高、效果更好的裂縫修補(bǔ)與加固方法， 以減少橋梁工程裂縫帶來的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降等影響。 常見的大裂縫施工處理方法包括灌漿法、碳纖維布加固修復(fù)法等。 灌漿法是從結(jié)構(gòu)加固的層面，利用鋼筋預(yù)應(yīng)力對(duì)橋梁工程的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理， 以提升橋梁工程的整體承載力， 減少橋梁工程裂縫對(duì)橋梁工程承載力的削弱作用。 碳纖維布加固修復(fù)法是利用碳纖維布材料有效覆蓋橋梁工程的裂縫， 利用碳纖維布良好的延展性與強(qiáng)度提高裂縫處的結(jié)構(gòu)承載力， 減少橋梁裂縫對(duì)橋梁工程結(jié)構(gòu)承載力與穩(wěn)定性的影響。 碳纖維布加固修復(fù)法的施工流程，先對(duì)橋梁裂縫處以及相關(guān)劣化層進(jìn)行打磨， 將橋梁工程中的劣化層全部處理干凈，再利用環(huán)氧樹脂漿液灌注的橋梁裂縫處，并將碳纖維布覆蓋粘貼在環(huán)氧樹脂漿液灌注處， 實(shí)現(xiàn)碳纖維布與橋梁工程的有效黏結(jié)， 完成對(duì)橋梁裂縫的有效處理和對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的有效加固。

以某橋梁工程的混凝土裂縫處理為例， 其施工流程與處理方法如下。

1）針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)局部脫空問題，在處理過程中對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的熱脹冷縮進(jìn)行了充分考慮。 在現(xiàn)場(chǎng)平均氣溫較高時(shí)，敲擊拱肋進(jìn)行檢查， 敲擊過程對(duì)脫空面積較大位置進(jìn)行鉆孔檢查，根據(jù)檢查結(jié)果通過灌漿對(duì)脫空的拱肋混凝土進(jìn)行處理。 案例工程選擇的注漿材料為強(qiáng)度較高的無收縮灌漿材料， 可有效保證拱肋穩(wěn)定性。

2） 對(duì)吊桿進(jìn)行更換時(shí)， 以貝雷梁桁架作為過渡吊桿，因此，在更換前需精準(zhǔn)測(cè)量吊桿上錨墊板頂標(biāo)高、橋面標(biāo)高以及下錨墊板底標(biāo)高。 更換吊桿時(shí)，對(duì)橋面標(biāo)高、所更換吊桿的伸長(zhǎng)量、加載臨時(shí)吊桿的油壓儀讀數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤測(cè)量。 每級(jí)加載臨時(shí)吊桿后、 每次將鋼筋隔斷后和新安裝吊桿張拉后均需對(duì)橋面標(biāo)高、吊桿伸長(zhǎng)量等進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量。 在吊桿安裝完成后，再次對(duì)橋面的標(biāo)高、索力等進(jìn)行測(cè)量，并依據(jù)測(cè)量結(jié)果判斷是否需要對(duì)索力進(jìn)行調(diào)整。 本工程在更換吊桿時(shí)利用標(biāo)高與索力的雙重控制， 保證撓度在理論值范圍內(nèi)的同時(shí)確保索力值在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

3）在裂縫灌注處理時(shí)，為保證灌注施工質(zhì)量，嚴(yán)格遵循施工工藝進(jìn)行施工，對(duì)灌膠嘴進(jìn)行合理布置，通過注漿泵壓灌注灌封膠。 在灌縫施工前先采用空壓機(jī)對(duì)裂縫的密閉性進(jìn)行檢查，保證裂縫密閉性良好，所灌注膠體能夠充分密實(shí)。

4）考慮到案例工程施工量較大且工期較緊，為保證施工進(jìn)度，在完善安全質(zhì)量管理體系的前提下，病害處理施工現(xiàn)場(chǎng)選擇多點(diǎn)同時(shí)作業(yè)， 保證施工機(jī)械設(shè)備有效運(yùn)轉(zhuǎn)以及施工人員充足，進(jìn)而確保各項(xiàng)工序有效銜接。

3.3 鋼筋銹蝕處理技術(shù)

對(duì)于橋梁工程中的鋼筋銹蝕問題， 施工單位要做好鋼筋原材料的保管工作，避免鋼筋長(zhǎng)期堆積且暴露在露天環(huán)境下，減少鋼筋在使用前出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象； 應(yīng)加強(qiáng)對(duì)鋼筋銹蝕的防護(hù)工作，可在鋼筋的表面均勻涂抹防護(hù)層，以起到鋼筋與水、空氣以及酸性物質(zhì)的隔離作用， 減少鋼筋的銹蝕。 在施工過程中，施工單位應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土中的氯離子含量，以免氯離子與鋼筋產(chǎn)生氧化反應(yīng)，降低鋼筋的性能。 對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)的鋼筋銹蝕問題， 可采用電化學(xué)方法或噴砂處理法對(duì)銹蝕部位及其周邊部位進(jìn)行徹底清理，以免鋼筋銹蝕進(jìn)一步惡化。 以噴砂法為例，利用砂水泵有效混合水與砂，并將砂與水的混合物噴到鋼筋表面，在壓力作用下清除鋼筋表面被銹蝕部分。 橋梁工程的管養(yǎng)單位應(yīng)認(rèn)真做好鋼筋銹蝕檢測(cè)工作， 及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁工程中存在的鋼筋銹蝕問題，并采取適宜的鋼筋銹蝕處理方法，如電化學(xué)法、噴砂法等，及時(shí)加以處理，避免鋼筋銹蝕現(xiàn)象進(jìn)一步加劇。

3.4 橋梁不均勻沉降處理技術(shù)

對(duì)于橋梁地基不均勻沉降的問題：（1）設(shè)計(jì)單位要做好橋梁工程施工前的工程地質(zhì)勘察工作。 圍繞工程地質(zhì)勘察的要求，對(duì)水文、地質(zhì)、地貌、地形、巖土特性等參數(shù)以及位置數(shù)據(jù)進(jìn)行全面勘察，出具詳細(xì)且準(zhǔn)確的工程地質(zhì)勘察報(bào)告，作為橋梁基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)與施工的重要參考。 （2）做好橋梁工程的排水工作。 通過在橋梁工程兩側(cè)合理布設(shè)排水設(shè)施，有效攔截橋面的水流，將橋面水流順暢地排到橋面以外，保證橋面無積水，避免橋面因積水而出現(xiàn)積水下滲、 影響地基穩(wěn)定性的問題。（3）對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)不均勻沉降的橋梁工程，可采用土工格柵加筋技術(shù)，尤其是對(duì)于軟土地基，可應(yīng)用土工格柵加筋技術(shù)提高地基的抗拉伸強(qiáng)度與承載性能， 有效緩解橋梁工程的地基沉降問題。 （4）對(duì)于橋梁不均勻沉降，應(yīng)充分做好沉降監(jiān)測(cè)工作，通過長(zhǎng)時(shí)間定點(diǎn)監(jiān)測(cè)地基高程數(shù)據(jù)分析地基沉降情況， 及時(shí)干預(yù)與處理地基異常沉降問題， 提高橋梁工程的穩(wěn)固性與安全性。

4 結(jié)語