橋梁結(jié)構(gòu)常見的病害及加固方法研究

喬菡菡

（河北銳馳交通工程咨詢有限公司，石家莊 050021）

1 引言

近年來，我國的公路橋梁建設(shè)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2014年，我國公路橋梁已經(jīng)達(dá)到了74.71萬座，其中，20世紀(jì)80年代修建的公路橋梁就有10萬座。隨著時(shí)間的推移，公路橋梁也在不斷地老化，其中一些橋梁也普遍出現(xiàn)了一些病害問題，這些病害也為行車的安全帶來了隱患。近年來，由于橋梁結(jié)構(gòu)病害而引發(fā)的交通安全事故屢見不鮮。為此對已建公路橋梁的養(yǎng)護(hù)加固是目前交通建設(shè)的重點(diǎn)，通過加固提高橋梁的安全性，恢復(fù)橋梁的承載力，延長使用壽命。

2 橋梁結(jié)構(gòu)常見的病害

病害對橋梁結(jié)構(gòu)的影響程度是有所差異的，病害發(fā)展的初期僅僅是對橋梁的美觀產(chǎn)生了一定的影響；待病害不斷地發(fā)展而較為嚴(yán)重時(shí)，就會(huì)影響橋梁的安全性和耐久性。根據(jù)橋梁的基本組成將橋梁的病害分為3大類，主要分為橋梁的下部結(jié)構(gòu)病害、上部結(jié)構(gòu)病害及橋面構(gòu)造病害[1]。

2.1 橋梁下部結(jié)構(gòu)病害

橋梁的下部結(jié)構(gòu)病害主要?jiǎng)澐譃椋簶蚨眨ㄅ_(tái)）病害、基礎(chǔ)不均勻沉降。

2.1.1 橋墩（臺(tái)）病害

橋墩作為連接橋梁基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分，支撐上部結(jié)構(gòu)，傳遞荷載。橋墩（臺(tái)）病害主要包括了鋼筋銹蝕、橋墩柱、麻面、裂縫、橋臺(tái)剝落、鋼筋外露、墩柱沖刷，如圖1所示。不同類型的裂縫其產(chǎn)生的原因也略有差別，但大體上主要是由基礎(chǔ)的不均勻沉降、混凝土在澆筑的過程中接縫不良等引起的。而裂縫在發(fā)展的過程中就會(huì)造成鋼筋的外露和生銹，進(jìn)而使鋼筋的性能下降，強(qiáng)度降低，最終使得結(jié)構(gòu)發(fā)生變形。因此，橋墩一旦出現(xiàn)裂縫必須要足夠地重視并及時(shí)進(jìn)行處理。下部橋墩結(jié)構(gòu)的病害會(huì)直接影響到上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，若想保證橋梁能夠具有足夠的耐久性，橋墩是關(guān)鍵因素，倘若橋墩出現(xiàn)了傾斜，這對上部結(jié)構(gòu)是極為不利的，甚至可能會(huì)造成橋梁的倒塌[2]。

圖1 橋墩沖刷

2.1.2 基礎(chǔ)不均勻沉降

在橋梁的建設(shè)中基礎(chǔ)是最為重要的，不同位置的橋墩由于下面所處的地基略有差異，所以會(huì)導(dǎo)致不同區(qū)域的地基出現(xiàn)不同程度的沉降。地基的不均勻沉降會(huì)影響橋梁在后期使用過程中的效果，嚴(yán)重的情況會(huì)導(dǎo)致橋梁的上部結(jié)構(gòu)造成損傷，比如，引發(fā)橋面的裂縫、承載結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題等。而在路橋的交界處，由于路和橋下方的地基差異也較大，在通車后由于車輛荷載的作用，在路橋的交界處也會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降，進(jìn)而導(dǎo)致公路與橋梁連接處的路面產(chǎn)生臺(tái)階，使得車輛高速駛過時(shí)會(huì)出現(xiàn)顛簸跳躍的橋頭跳車現(xiàn)象，這嚴(yán)重影響了行車的舒適性與安全性，大大降低了行車速度，也為交通事故埋下了隱患。基礎(chǔ)不均勻沉降在軟土的地區(qū)表現(xiàn)的尤為嚴(yán)重，為此需要對橋梁進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，對不均勻沉降較為明顯的區(qū)域及時(shí)地進(jìn)行處理加固，以防病害的進(jìn)一步發(fā)展。

2.2 橋梁上部結(jié)構(gòu)病害

橋梁上部的病害主要包括：支座的損壞（見圖2）、鋼筋的銹蝕、混凝土的碳化以及表層的缺陷等。在橋梁施工完成后暴露在自然環(huán)境下，空氣中的二氧化碳會(huì)與混凝土中的氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而會(huì)使混凝土的酸度升高，對鋼筋造成銹蝕，其強(qiáng)度降低，耐久性下降。而上部結(jié)構(gòu)的裂縫產(chǎn)生的原因也較為復(fù)雜，會(huì)受到材料的影響，如水泥、骨料、混凝土的質(zhì)量配比；另外，還會(huì)受到使用環(huán)境、施工方式的影響；當(dāng)然上部結(jié)構(gòu)受到下部結(jié)構(gòu)的影響也是比較大的，例如，下部結(jié)構(gòu)的不均勻沉降會(huì)直接加劇上部結(jié)構(gòu)的完整性以及受力狀況。支座作為橋梁上下部位的連接點(diǎn)是重要的傳力裝置，由于設(shè)計(jì)時(shí)缺乏周密考慮或者維修管理不善而造成支座組件的斷裂、錯(cuò)位、脫空，使得支座受力不均勻、梁體產(chǎn)生過大的附加內(nèi)力，一旦發(fā)生病害就會(huì)影響上下結(jié)構(gòu)的使用壽命[3]。

圖2 支座偏移

2.3 橋面構(gòu)造病害

橋面的結(jié)構(gòu)主要分為橋面鋪裝、排水防水系統(tǒng)、伸縮縫、燈光照明以及欄桿幾個(gè)部分。橋面的鋪裝在破壞較輕的情況下會(huì)影響行車的舒適性，嚴(yán)重的情況會(huì)導(dǎo)致橋面的積水與跳車現(xiàn)象，甚至造成交通事故的發(fā)生。而排水系統(tǒng)的堵塞會(huì)導(dǎo)致橋面的積水，降低橋面的摩擦系數(shù)，引起車輛的打滑，而且積水往往會(huì)沿著橋面的裂縫滲入，進(jìn)一步加劇了裂縫的擴(kuò)展。欄桿的病害主要為撞擊、缺損和裂縫，存在缺陷的欄桿會(huì)使行車缺少安全感。伸縮縫的破損大多是由設(shè)計(jì)缺陷、材料不良、管理不善引起的，會(huì)導(dǎo)致車輛跳車，影響行車的舒適性，而且伸縮縫一旦缺陷，容易造成滲水，會(huì)加劇支座的損壞。

3 橋梁結(jié)構(gòu)的加固方法

橋梁加固的方法種類較多，加固的方式不同，產(chǎn)生的效果也就有所差異，主要的幾種加固方式有粘貼鋼板加固法、橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法、增大截面加固法以及體外預(yù)應(yīng)力加固法。每種方法都各有優(yōu)缺點(diǎn)，針對不同的部位，就需要具體的加固措施，以下分別從橋梁結(jié)構(gòu)的不同部位提出相應(yīng)的加固方法[4]。

3.1 橋梁下部結(jié)構(gòu)的加固

對橋梁下部的加固，首要的問題就是解決地基的不均勻沉降，首先要完善施工組織設(shè)計(jì)優(yōu)化項(xiàng)目，減少路橋間的沉降差，另外就是加強(qiáng)對路堤填料的選擇。一般采用模量大、易壓實(shí)的材料，例如，石灰土、沙礫、級配碎石等一些透水性較為良好的粗粒土作為臺(tái)背回填的材料，也可以在臺(tái)背填料中填筑土工合成材料。土工格室強(qiáng)度較高，與填料之間的摩擦力較大，變形較小，能夠減小路橋過渡段的不均勻沉降。圖3與圖4分別為臺(tái)后填料加筋示意圖與加筋材料錨固示意圖。在臺(tái)背后設(shè)置排水系統(tǒng)，減少路面雨水對縫隙滲入地基中，盡可能減少不均勻沉降。

圖3 臺(tái)后填料加筋示意圖

圖4 加筋材料錨固示意圖

3.2 橋梁結(jié)構(gòu)上部的加固

橋梁上部結(jié)構(gòu)的加固主要是防止混凝土的碳化和裂縫，保護(hù)支座與鋼筋。對混凝土的保護(hù)主要是在設(shè)計(jì)的過程中增加保護(hù)層的厚度，選擇合適的水泥品種，控制水灰比以減少混凝土中自由水的含量，及時(shí)養(yǎng)護(hù)并適當(dāng)添加外加劑。而對于裂縫的問題則需要從裂縫產(chǎn)生的原因?qū)ΠY入手，主要的手段有加大板厚或者梁截面，提高配筋率來抑制裂縫的發(fā)生；在施工的過程中需要在混凝土中添加一定的外加劑來確保混凝土的質(zhì)量，進(jìn)而防止開裂，盡量選用標(biāo)號高的、后期強(qiáng)度大的水泥，同時(shí)還需要嚴(yán)格地控制砂的使用；在攪拌混凝土?xí)r要嚴(yán)格控制混凝土的溫度，減少溫度效應(yīng)對裂縫的影響。對于鋼筋的銹蝕，應(yīng)當(dāng)加大鋼筋保護(hù)層的厚度，控制混凝土的密實(shí)度，盡量使其中沒有空隙；也要控制好氯離子的含量；嚴(yán)格地控制裂縫的產(chǎn)生，防止水通過裂縫滲入內(nèi)部，與鋼筋接觸加劇鋼筋的腐蝕。鋼筋與混凝土是相輔相成的，鋼筋會(huì)抑制裂縫的產(chǎn)生，同時(shí)，混凝土對鋼筋也有一定的保護(hù)作用。對于支座，需要提高支座的質(zhì)量，及時(shí)地對支座進(jìn)行維護(hù)檢修，及時(shí)清除支座周圍的垃圾，并及時(shí)處理脫空的支座。

3.3 橋面構(gòu)造的養(yǎng)護(hù)措施

橋面的養(yǎng)護(hù)主要是通過局部的修補(bǔ)，對于破壞范圍較小的區(qū)域，先將遺留的鋪裝層進(jìn)行清理，之后再進(jìn)行新一層的鋪裝；而對于破壞范圍較廣的情況，應(yīng)該將橋面上的鋪裝層完全清理之后再進(jìn)行混凝土澆筑。面對橋面裂縫的情況可以采用壓漿的方法進(jìn)行處置，通過向裂縫中注入裂縫膠或者水泥類的材料來填充裂縫空隙；或者采用填料充填的方法，這種方法一般用于修補(bǔ)較寬的裂縫，先將裂縫鑿出10cm左右的深槽，然后再填補(bǔ)各種密封材料[5]。

4 結(jié)語

本文從橋梁結(jié)構(gòu)的不同部位進(jìn)行系統(tǒng)的分析，闡述了在橋梁結(jié)構(gòu)下部、上部以及橋面結(jié)構(gòu)常見的病害，并分析了產(chǎn)生這種病害的具體原因，最后針對每一種病害提出了相應(yīng)的加固方法。為工程中養(yǎng)護(hù)加固橋梁結(jié)構(gòu)提供一定參考依據(jù)，增加橋梁的使用壽命，提高橋梁的安全性與行車的舒適性。