鋼筋混凝土橋梁病害分析與維修加固技術

賈 斌

（塔里木大學 水利與建筑工程學院， 新疆 阿拉爾 843300）

隨著我國基礎設施建設的不斷推進，作為我國橋梁的主要結構形式之一，鋼筋混凝土橋梁工程建設規模逐年擴大。在鋼筋混凝土橋梁長期運行中，會逐漸出現各式各樣的病害，如果未進行有效及時的處理，勢必會造成難以估量的經濟、安全損失[1]。因此，為延長鋼筋混凝土橋梁使用壽命，對其病害機理進行了全面分析，對維修加固的方法開展深入研究具有十分重要的意義。因而，本文將圍繞新疆地質地貌、氣候環境，對該地區鋼筋混凝土橋梁病害及維修加固技術進行研究分析。

1 新疆橋梁所處環境

1.1 地質地貌不良

新疆位于我國西北地區，地處亞歐大陸腹地，面積166萬平方公里，其地形可概括為“三山夾兩盆”，北部阿爾泰山，南部昆侖山系，天山橫亙于新疆中部，將新疆分成南北部，南部為塔里木盆地，北部為準噶爾盆地，境內地形復雜，包括有冰峰、沙漠、盆地、草原等，由于土壤地質特殊，地質災害及工程病害多，對橋梁建設基礎穩定帶來了十分不利的影響，要求對土質予以特殊處理后方可開展進一步的施工建設，以滿足行車及環境要求。

1.2 凍土環境

凍土指的是0℃以下，同時含有冰的各類巖石、土壤，依據時間不同，可劃分為短時凍土、季節凍土及多年凍土。凍土表現出一定的流變性，其長期強度遠不及瞬時強度，這使得在凍土區開展工程項目施工將面臨凍脹、融沉兩方面危險。在多年凍土地區建設橋梁，結合凍土類型、凍土溫度、道路等級等情況，可實行保護凍土或者破壞凍土等各種手段。通常而言，橋梁基礎應設置充足的填土高度，從而防止引發翻漿、凍脹等病害。同時，取土坑應與橋梁墩臺保持足夠遠的距離，并開展好取土、排水等設計施工工作，以防止引發熱融滑坍等病害。在存在厚層地下冰的地段，應盡可能防止挖方、低填及不填不挖斷面，不然應采取必要的隔熱防融、基底換填等處理手段。

2 鋼筋混凝土橋梁病害機理

因為新疆地區氣候特征的獨特性，諸如晝夜溫差大、夏季高溫干燥、冬季寒冷、日常時間長等，由此造成了新疆地區鋼筋混凝土橋梁病害的獨特性。

2.1 橋梁上部結構病害

橋梁上部結構病害，主要表現為以下幾方面：一是混凝土收縮。新疆地區早期建設的橋梁，因為缺乏對溫度應力的有效考慮，使得橋梁受較大溫度應力影響出現大量的溫度裂縫。新疆地區晝夜溫差大，白天橋梁吸熱，內部溫度不及外表面溫度，導致內外溫差過大，進一步形成較大的溫度應力，若溫度應力達到混凝土抗拉強度以上，混凝土即會開裂；進入夜間氣溫急劇下降，這時橋梁表面熱量迅速釋放，內部則相對緩慢，進而也會形成較大的溫度應力，使得混凝土出現開裂情況。同時，新疆地區冬季寒冷，且持續時間較長，在冬季進行橋梁施工時因為溫度不穩定，使得混凝土忽冷忽熱，內外溫差較大，亦會形成溫度應力；新疆地區夏季溫度高、日照時間長，在混凝土澆筑過程中，因養護不力，混凝土表層水分會迅速蒸發，進而會發生失水收縮。另外，混凝土在硬化過程中，因為水分迅速蒸發，體積縮小，同時在水泥硬化時水泥水化作用的產物體積不及原本的體積，這同樣會致使混凝土收縮，并形成收縮裂縫。二是凍融。新疆地區冬季寒冷且持續時間較長，若溫度在0℃以下時，混凝土中的自由水將會凍結膨脹，造成混凝土形成膨脹應力，如果膨脹應力達到混凝土抗拉強度以上時，混凝土即會發生開裂。尤其是對于橋面鋪裝而言，發生開裂后，雨雪會滲透進混凝土內部，會加速混凝土凍脹，使得開裂越來越嚴重。隨著新疆地區氣候回暖，凍土深度會不斷減小，解凍時間提前，由于凍土層發生變化，使得橋梁在自重影響下會造成基礎不均勻沉降，墩臺傾斜，進一步致使橋梁上部結構開裂，承載能力減弱[2]。三是大風沙。新疆地區沙漠分布廣泛，風沙天氣頻發，大量的風沙、風石會侵蝕橋梁的表面，甚至會破壞橋梁人行道板，影響橋梁安全運行。

2.2 橋梁下部結構病害

橋梁下部結構病害，主要表現為以下幾方面：一是銹蝕、剝落。新疆地區溫差大，加之長時間處于低溫天氣，氣候條件不佳使得冬季施工面臨各種困難，同時鋼筋混凝土本身配合比存在諸多不合理因素，使得鋼筋混凝土產生銹蝕、剝落等現象。二是基礎病害。對于小跨徑的橋梁，其基礎埋深相對較淺，而就剛度、強度都相對大的基礎而言，在長期凍脹力影響下，極易致使墩臺基礎不均勻上抬，使得橋梁結構上部出現不協調變形，進而造成橋梁上部結構開裂，承載能力下降。一些墩臺基礎受河水沖擊力影響或受河流改道等因素影響，使得基礎局部掏空，墩臺傾斜，承載能力減弱。位于水中的橋墩，由于直接阻水，不僅要面臨一般的沖刷，還要面臨局部沖刷，由此會在橋墩產生局部漏斗形河床。若河床為厚砂礫卵石層，基于水流對砂礫的帶動，會使得鉆孔灌注樁發生一定的磨損情況，甚至使得樁中鋼筋暴露在外。

3 鋼筋混凝土橋梁加固技術

3.1 防腐施工技術

在鋼筋混凝土橋梁使用中，其使用壽命受混凝土防腐性、耐久性很大程度影響。在新疆地區鹽漬土路段，鋼筋混凝土橋梁一方面會遭受化學作用腐蝕，另一方面還會受該地區獨特氣候條件影響，受到干燥交替、凍融循環的物理作用。所以，為保障鋼筋混凝土橋梁的安全及使用壽命，在新疆地區開展橋梁施工過程中，應開展好防腐工作，盡量減輕鹽漬土對鋼筋混凝土的腐蝕影響。

首先，合理應用防銹保護劑。在鋼筋混凝土橋梁施工中，施工方可借助滲透手段，在橋梁墩臺部位擦拭相應的阻銹劑，對于防銹保護劑的選擇應確保其滲透性能可適應墩臺鋼筋混凝土保護層厚度要求。通過進行鹽水腐蝕試驗后，才能將防銹保護劑投入實際應用，并且在施工前，還應進行干濕冷熱循環試驗。另外，為防止鋼筋混凝土橋梁出現腐蝕現象，施工前應保證鋼筋材料過關，并開展好鋼筋材料存儲環境管理工作，防止外部環境影響，使得鋼筋材料出現腐蝕情況。在將鋼筋材料投入施工期間，施工人員應合理調配混凝土比例，有效保證混凝土施工質量，添加一定防銹保護劑，以防鋼筋出現腐蝕情況。對于承重相對大的施工區域，可對鋼筋予以綁扎、焊接處理，以此提升鋼筋承載力，待施工完畢后在鋼筋表層噴涂一層防銹保護劑，實現鋼筋抗腐蝕性能。

其次，合理設置橋梁防護層。為防止腐蝕物滲透進混凝土鋼筋混凝土中，應合理設置橋梁防護層。鋼筋混凝土橋梁上部結構可選取瀝青或陶瓷等施工材料，于結構表層添加相應厚度的涂層，并利用氟硅酸對混凝土面層進行綜合處理，生成具有可靠穩定性的碳酸鈣表層。同時，對于鋼筋混凝土面層，還應采取碳化處理；對于橋梁承重結構位置則應在表層噴涂樹脂涂層，以此提升橋梁抗疲勞性能，確保橋梁結構穩定性[3]。由于鋼筋混凝土橋梁所面臨施工環境較為惡劣，各式各樣施工材料會受到外部環境因素很大程度影響，為減少橋梁施工質量所受外部環境的影響，應有效提升橋梁保護層厚度，防止橋梁內部出現腐蝕情況，進而使橋梁使用壽命得到有效央行。另外，施工人員應切實依據鋼筋混凝土橋梁施工流程開展施工，并在指定位置設置橋梁防護層，保證橋梁防腐性能。

3.2 加固施工技術

在鋼筋混凝土維修加固中，可采用以下幾項施工技術：一是基礎沖空。基礎沖空是橋梁加固中十分常用的一項處理手段。如若在橋梁表層出現沖空部位，應及時采用混凝土對該部位進行填充。而在實際施工中，若出現橋梁部分下沉、地基失穩等情況，則應利用支固方式，選取混凝土等材料打造一個支撐面，并設置于橋梁外側，以此通過外力以增強橋梁本身穩定性，進一步實現對損壞部位的維修加固處理。二是針對性維修加固。在橋梁維修加固中，應結合鋼筋混凝土橋梁不同的損壞部位，采用不同針對的維修加固手段。比如，對于鋼筋出現的銹蝕病害，可結合截面損失率實際情況采用不同的維修加固手段，若鋼筋僅僅是表面浮繡，損失率不足5%，則開展好日常裂縫維修及保護層補修即可；若損失率超過5%，鋼筋出現屈服強度、伸張率及承載力下降情況，則可采用粘貼鋼板、補焊鋼筋、外側預應力加固等手段。如若伸縮縫發生損壞情況，基于對產生原因的有效了解后，應開展針對性清理、修補、替換，針對鋼板式出現開裂、斷裂時，可采用焊接換新手段；針對鋅鐵皮式可在充填填縫料前提下拆除換新，并澆筑面層。三是加強橋梁加固施工檢測。在鋼筋混凝土橋梁施工各個階段，開展好對鋼筋混凝土加固情況的檢測工作尤為關鍵。首先，在橋梁施工前，應當開展好原材料質量檢測工作。橋梁維修加固所應用的原材料以鋼筋、混凝土為主，為此，質量檢測部門應增強責任意識，開展好對鋼筋、混凝土的檢測工作，保證其與施工規范要求相符[5]。除此之外，還應開展好對維修加固方案的審核工作，確保維修加固方案科學可行。其次，在橋梁施工期間，也應開展好檢測、審核工作。橋梁維修加固作為對橋梁的再次利用，其維修加固成效重要影響著橋梁的使用壽命。質量檢測部門應加強對現代化技術的有效應用，對施工過程進行實時監控。比如，應對混凝土比例、配合方式進行嚴格監控，采用先進設備儀器對各類原材料用量進行有力把控，并采用對應型號的攪拌設備進行充分攪拌。另外，還應開展好對維修加固施工人員的管理工作，保證他們明確各自的職責，做到規范施工。特別是在維修加固中一些難度相對大的施工環節，監管人員與施工人員應提高重視度，加強交流合作，切實提升橋梁維修加固成效。最后，在橋梁施工結束后，施工方應開展好養護工作，通過可靠的養護可有效延長橋梁的使用壽命。混凝土成型后會吸收相應的水分，養護人員應注重對混凝土進行澆水潤濕處理。另外，可通過適當延長橋梁養護時間，以提升橋梁穩固性，進一步減少外部負荷對橋梁帶來的影響。

4 結束語

總而言之，鋼筋混凝土橋梁使用相應年限后，加之受一系列因素的影響，難以避免地會出現各式各樣的病害。為了提升橋梁的安全性及使用壽命，必須要提高對橋梁維修加固的有效重視，采用各種科學適用的維修加固技術，開展好檢測監管工作，以實現理想的維修加固效果。本文以新疆地區為例，分析了鋼筋混凝土橋梁病害機理，并全面總結了鋼筋混凝土橋梁維修加固手段，以期為同類工程提供一些參考。