公路橋梁病害成因與加固技術(shù)研究

南士乾

摘 要：我國橋梁平均壽命僅30年左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足50年、100年的設(shè)計使用年限要求。其主要原因為工程材質(zhì)病害導(dǎo)致的耐久性不足，設(shè)計缺陷，施工不當(dāng)，車輛超載或偏載，橋梁承載能力不足等方面。如將危橋全部拆除重建，不僅耗費資金巨大，而且時間上也不允許。國內(nèi)外經(jīng)驗表明：拱橋的加固費用約為重新建橋的20%～30%，梁橋的加固費用約為新建橋梁的30%～40%，維修和加固舊橋所產(chǎn)生的費用遠(yuǎn)小于新建橋梁。因此，橋梁工程維修加固技術(shù)對未來的交通運輸發(fā)展具有重要作用。

關(guān)鍵詞：公路橋梁;病害;加固

一、混凝土橋梁表觀缺陷成因與加固技術(shù)

混凝土橋梁結(jié)構(gòu)主要表觀缺陷為蜂窩、麻面、孔洞、混凝土剝落、露筋、磨損、裂縫、鋼筋銹蝕。這些缺陷的形成是結(jié)構(gòu)性或非結(jié)構(gòu)性的，主要與外部荷載、施工質(zhì)量及混凝土材料相關(guān)。混凝土表觀缺陷在一定時間內(nèi)不會影響結(jié)構(gòu)使用功能，但在荷載作用、環(huán)境作用及自然老化影響下這些缺陷會加快發(fā)展趨勢，引起結(jié)構(gòu)性損壞，造成橋梁使用功能退化，因而需要引起重視，在短期內(nèi)進行修復(fù)和加固。

對蜂窩、麻面、露筋、剝落的混凝土表面可采用水泥砂漿修補，在修補前，需對混凝土表面進行鑿毛處理，對已生銹的鋼筋進行除銹處理，使混凝土表面保持濕潤、清潔。然后用1∶2～1∶2.5水泥砂漿抹面壓實。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)表面裂縫在限值范圍內(nèi)時，也可采用此法。當(dāng)裂縫寬度大于限值時，采用壓力灌漿法在結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫中灌入環(huán)氧樹脂或其他化學(xué)漿液，用來封閉裂縫，可恢復(fù)并提高其強度和耐久性。

二、不同橋型病害成因與加固技術(shù)

1.混凝土梁橋病害成因與加固

鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋在我國公路橋梁中使用較普遍，其上部結(jié)構(gòu)主要病害為主梁裂縫，例如箱梁頂?shù)装辶芽p、腹板斜向裂縫。T梁的腹板裂縫、翼緣板裂縫及底板裂縫。其產(chǎn)生原因包括混凝土徐變造成的預(yù)應(yīng)力損失，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力減小，超載車輛導(dǎo)致開裂，橫向配筋不足，腹板設(shè)計厚度不足，同時箍筋配置過少，沒有設(shè)置抗剪的彎起預(yù)應(yīng)力鋼束，施工張拉控制不足造成預(yù)應(yīng)力損失等。

目前針對上述病害常用的加固方法有粘貼鋼板和碳纖維布加固技術(shù)，或者采用施加體外預(yù)應(yīng)力加固。粘貼鋼板加固是采用環(huán)氧樹脂系列粘結(jié)劑將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受拉區(qū)或薄弱部位，使之與結(jié)構(gòu)物形成整體，通過鋼板與原結(jié)構(gòu)物的共同作用，改善原結(jié)構(gòu)物的應(yīng)力狀態(tài)，限制裂縫進一步發(fā)展，提高橋梁的承載力，達(dá)到補強效果;碳纖維布加固原理是將抗拉性能良好的FRP布用樹脂類粘結(jié)膠粘貼在混凝土結(jié)構(gòu)表面，使其與原結(jié)構(gòu)形成整體，在荷載作用下共同受力、共同工作可以有效提高被加固構(gòu)件的承載力，包括抗彎、抗剪及抗震能力。粘貼碳復(fù)合纖維材料加固對原結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布幾乎沒有改變，保證了原有結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。但粘貼碳纖維復(fù)合材料在橋梁加固中不宜使用過多，如果過多可能會引起混凝土突然脆性破壞，橋梁的受力結(jié)構(gòu)改變。

2.系桿拱橋病害成因與加固

系桿拱是一種近年來較為常見的無推力拱橋，其承重結(jié)構(gòu)由拱肋、吊桿與系桿（拉桿）組成。系桿常用鋼絞線或高強鋼絲組成，或用配有較多預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力混凝土系桿或鋼梁承擔(dān)。其造型優(yōu)美，造價相對不高，被廣泛應(yīng)用于公路橋梁中。系桿拱橋典型病害包括吊桿、系桿、拱肋三個大方向。吊桿病害有吊桿鋼索銹蝕，斷裂或斷絲，吊桿扭曲，吊桿橫梁錨墊板下混凝土周圍開裂，吊桿防護破損。系桿由于自身防護不足，加之外荷載和外部腐蝕介質(zhì)作用，絕大部分索體存在不同程度的病害，甚至出現(xiàn)系桿斷裂情況。當(dāng)部分系桿需要被更換時，也因其采取的永久錨固方式而面臨更換困難的情況。

拱肋病害有管內(nèi)混凝土脫空，其原因是拱肋排氣設(shè)計不當(dāng)，拱肋曲線線性難以保證混凝土密實，鋼管與混凝土兩種材料對溫度的線膨脹系數(shù)不同;鋼管銹蝕，其原因是防腐涂層剝落、起皮、開裂，無法起到保護鋼管作用;鋼管局部變形，其原因是由鋼管彎曲時引起的褶皺;鋼管涂層損壞、焊縫質(zhì)量差、開裂銹蝕，主拱外包混凝土開裂、拱軸線變形也是拱肋的常見病害。

目前，對于永久錨固拉桿的更換，尚無有效的解決方案。常用的加裝拉桿的方法不能完全解決原有拉桿的耐久性問題。更換法中原有的拔出舊拉桿的方法僅適用于錨桿錨固長度較短的情況，所以工程師應(yīng)根據(jù)橋梁的實際情況采取相應(yīng)的更換方法。

拱肋處理，包括鋼管混凝土排空，應(yīng)在夏季高溫中午進行加固，此時脫粘寬度最大，易壓實;鋼管局部處理，局部變形造成的薄壁管，如果沒有進一步發(fā)展，可以不處理，但應(yīng)在日常維護中觀察;鋼管焊縫修補在焊接過程中發(fā)現(xiàn)異常情況時，應(yīng)根據(jù)焊縫修補工藝的規(guī)定，分析裂紋發(fā)展的原因，及時進行修補。修復(fù)后應(yīng)進行無損檢測，確認(rèn)焊縫缺陷不存在，否則應(yīng)重新修復(fù)。一般情況下，焊縫修補次數(shù)不應(yīng)超過2次。

3.斜拉橋病害成因與加固

斜拉橋是由主梁、斜拉塔和斜拉索組成的超靜結(jié)構(gòu)體系。斜拉橋因其跨徑大、材料消耗低、施工簡單、造型美觀等特點，在世界范圍內(nèi)得到了迅速的發(fā)展。

斜拉橋索腐蝕是斜拉橋的主要病害。腐蝕是物質(zhì)和介質(zhì)作用所造成的損害。由于腐蝕過程是自發(fā)的，所以電纜的損傷總是存在的。拉電纜收縮，保持電纜的過程中張力線板將接觸錨杯杯、線板除了張力和寒冷的身體反應(yīng)，也將承受側(cè)向擠出壓力和摩擦力，和連接板厚度薄，線板變形由于過度壓力，導(dǎo)致拉索回彈，影響拉索疲勞壽命;電纜振動，電纜暴露在大氣中，在風(fēng)的作用下或電纜錨固端運動時發(fā)生明顯的振動。當(dāng)纜索振動頻率接近主橋基頻時，也會引起共振。纜索的振動會使纜索受力增加，加重纜索和錨固的疲勞失效，損壞纜索保護裝置。斜拉索的索力退化是由纜索斷裂、溫度影響、錨固區(qū)病害、自然災(zāi)害等因素引起的。

電纜固定裝置疲勞，巨大的拉力電纜集中在錨固結(jié)構(gòu)的電纜，通過主光束傳播范圍有限，如果連接和結(jié)構(gòu)的錨固結(jié)構(gòu)和主光束處理不當(dāng)和應(yīng)力峰值點，錨具將會出現(xiàn)疲勞;錨固頭腐蝕，電纜錨固頭防護措施不如電纜的防護措施好，由于鋼瓶漏水，導(dǎo)致下鋼瓶進水，再加上橡膠密封圈效果不好，錨固頭會產(chǎn)生銹蝕。

斜拉橋拉索加固內(nèi)容為拉索更換，確立施工順序，換索最好按索號順序依次進行。換索一般以橋塔為中心，兩側(cè)對稱進行。換索過程中，要控制拉索的索力或主梁的線形，以保證主梁的內(nèi)力和線形都接近設(shè)計值。同時要進行全過程的施工監(jiān)控，包括換索前、換索中、換索后的索力測試;橋面標(biāo)高與索力測試可以同步進行，保證換索過程中不改變原有索力和高程;對主梁和主塔進行應(yīng)力觀測，以保證在換索過程中拉索、主塔、主梁的內(nèi)力變化都在容許范圍內(nèi)。

三、結(jié)語

橋梁維修加固作為新技術(shù)在針對我國目前多發(fā)的公路橋梁病害及交通事故中應(yīng)用前景廣泛，但維修加固技術(shù)還有待探索和提高。在實際工程加固中，應(yīng)反復(fù)驗證和試驗，在經(jīng)濟、安全、可靠的基礎(chǔ)上，完善橋梁加固技術(shù)，提高國家經(jīng)濟效益和人民利益，這為交通強國的實現(xiàn)有著積極作用。

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