高速公路橋梁結構病害及加固技術分析

吳璟

（安徽省交通控股集團池州高速公路管理中心，安徽 池州 247100）

隨著時間的流逝，道路橋梁會在交通流量和自然環境的影響下，陸陸續續的出現各種各樣的問題，這些問題不僅會影響行人的車輛安全，也會影響到市政市容，甚至是日常的使用。如果在問題出現之后，不采用措施進行修理改善，日后的安全隱患可想而知。因此，通過對道路橋梁的日常檢查和安全維修，以及必須進行的橋梁加固和改造等方法，就能最大程度地保證在長期的交通流量壓力下道路的安全使用以及使用的時間。

1 高速公路橋梁加固的重要性

據調查，在大多數發達國家和地區中，存在許多歷史悠久的橋梁，這些橋梁數量非常廣泛，提升了橋梁的加固難度。根據相關資料顯示，美國有超過百分之四十的道路橋梁受到不同程度的破壞，其中較為聞名的有處于美國西佛羅里達州的，連接于波因特普萊森特與俄亥俄州的一座吊橋，這座吊橋因為老化發生斷裂，給當地人民的日常帶來了極大的不便和困擾，甚至對經濟的發展也造成了不可磨滅的損失。

隨著我國對基礎建設的投資，交通運輸事業取得了令人矚目的飛速發展，道路橋梁的發展面貌日新月異，其中的成果不僅在我國取得成就，甚至在世界上都取得了令人矚目的發展。中國作為全世界最大的發展中國家，雖然在建設時考慮了不同地區的經濟情況和社會發展，以及技術水平等多方面的能力，也給予了比較先進的技術和材料等，但是還是會與先進國家存在許多的差別。因為我國人口的大基數，交通的流量壓力增長迅速，超載和超運輸量的情況時常出現，這些不規范的現象都會對道路和橋梁造成不可磨滅的傷害，會直接提升橋梁破損的概率。

時間在不停地流逝，道路橋梁終究有一天會變成破損、老舊。在幅員遼闊的中國，如今依舊存在著舊路舊橋數量大、危害多等問題，同時還存在不同程度的風險，而產生問題的主要原因在于結構的不合理和建設安裝階段的不嚴謹、檢查維護的頻率低等方面，所以對破舊道路橋梁的改造不容忽視。

在我國國情的基礎下，對舊橋的維修改善加固在操作上是可執行，在經濟發展上是合情合理的一個舉措。在較小的資金流下，采用合理的維修加固技術，以此修復和加強老舊道路橋梁的承受、載重、運輸能力以及日常通行使用的能力，這個高性價比的舉措不僅可以給社會帶來巨大的經濟效益和社會影響，還可以延長使用時間提高運輸的能力。對舊路舊橋的維護加固，只需要花費建設新橋梁的不到五分之一的資金，可有效提高了建設性價比，在中國加固橋梁的資金僅僅只有新建橋梁的21%～25%。

2 高速公路橋梁結構的病害

2.1 地基沉降不均勻

道路橋梁出現質量問題較為常見的因素之一包含路橋的地基發生沉降不均勻，從而影響整個結構的安全穩定性，容易在表層炸裂出裂痕，甚至會發生倒塌，斷裂等會造成人員傷亡的事故。所以施工和監理單位要根據發生地基不均勻沉降的原因，分析原因制定相應的一系列措施，從而在問題發生以前進行預防，在發生時進行補救，最大程度地避免項目可能造成的損失。在施工過程中，要按照設計和規范進行施工，切勿偷工減料，因小失大。施工單位還要創造良好的施工環境，形成有利條件使施工質量較大程度地滿足施工設計的要求。監理人員也要去工地進行質量監督，及時發現各種不規范的操作。監理人員還要保證施工材料的質量問題，從源頭避免地基可能會存在的問題。通過以上措施的實施，地基不均勻沉降的問題將會得到質的提高。

2.2 伸縮縫病害

伸縮縫的病害損壞是比較常見的影響道路橋梁質量安全的因素。伸縮縫出現病害的原因主要包括幾個方面。1）設計缺陷；2）進行建造時使用的伸縮縫型號不規范；3）路橋的地基施工以及預制的梁板柱的尺寸大小不一致，在實際施工時造成的板之間的空隙和設計時的空隙不同；4）在設計時沒有實地考察，現實施工時伸縮量不相符合；5）“反開槽法”在實際的施工過程中出現粗心馬虎，錯誤操作引起的損害。

在施工過程中，搭建橋梁采用了 “搭接角鋼+橡膠條”的簡易伸縮縫裝置。這種方式的最上層平鋪瀝青混凝土，伸縮縫的上部的高度和橋面相同。這種設計雖然使伸縮縫的平整度得到了提高，但是橋梁的混凝土和板之間的同時伸縮的情況卻被忽視了。所以，如果采用這種施工方式，在路橋開始使用后，會產生混凝土開裂，因為溫度原因在冬季出現冷縮，在夏季高凸出來的情況，從而引發溫度裂縫，嚴重影響路橋的使用情況，降低使用壽命。

2.3 墩柱出現病害

橋梁的墩柱如果出現損壞也會影響到橋梁的使用情況。橋梁的墩柱在建成后一直投入使用，隨著時間的流逝，不僅要受到雨雪、大風、流水壓力的侵蝕，還要遭受來自上層結構和車輛荷載的重力。通過各種自然因素和重力的影響，橋梁的墩柱會受到超負荷的影響，輕則出現表面裂紋，柱身輕微偏移，重則出現斷裂等嚴重損害。

2.4 凍融現象

天氣情況也會影響到橋梁的質量安全，特別是在凍融現象出現時。凍融傷害的產生主要包括幾個方面：1）自然環境的因素；2）橋梁自身的混凝土結構，鋼筋質量不達標；3）在后期使用時維修保養的頻率不高。在中國的西部地區，因為天氣的變化莫測，凍融現象經常出現，一凍一融交替反復的循環，從而結構脆變出現裂痕。在一些地區雖然對橋梁進行了加固，但是因為新舊混凝土的交融出現問題，還會產生裂縫。凍融現象的出現更是使這個情況變得更加嚴重。

2.5 梁端頭損壞

梁的頂端出現破損也是造成橋梁損害的因素之一。梁的端頭出現損壞在道路橋梁的結構中是出現損壞較為常見的一個部位，而且修復難度較大，修復完好的概率較低。梁的端頭出現損壞主要包含幾個方面：首先，設計階段失誤。在初步設計階段，設計人員沒有實地考察，計算出現差錯，設計與實地不符，從而在實際使用中經過長年累月的反復碾壓，造成梁端頭的損壞，導致裝置反應不靈敏；其次，施工階段失誤。在實際的施工現場，施工人員沒有嚴格按圖施工，從而造成后續的破損。因此在日常施工時，梁端伸縮縫的施工應該放在重要位置，仔細施工，著重檢查；最后，日常的維修養護不到位。如果日常的養護工作不到位，伸縮裝置的損壞就會時常發生，嚴重影響了道路橋梁的日常使用，降低使用期限。

2.6 橋梁鋼筋腐蝕

對橋梁的使用壽命起到關鍵性作用之一是建造橋梁時使用的鋼筋質量，如果橋梁使用較好質量的鋼筋，則會顯著延長其使用壽命。在實際的項目中，保護層的厚度以及化學物質的浸入等原因，通常情況下是造成鋼筋腐蝕的主要因素，所以對鋼筋的腐蝕防治工作要作為橋梁施工的工作重心。如果橋梁的鋼筋出現嚴重的腐蝕，鋼筋的力學特性就會發生明顯的降低，對橋梁的混凝土以及各個部位的結構都發生嚴重的損害，更嚴重的情況下將會影響到橋梁的安全，可能發生坍塌、斷裂等事故。根據實驗結論可以看出，鋼筋所處的環境情況以及混凝土保護層的厚度、強度都會對鋼筋的腐蝕程度造成不同程度的影響。混凝土保護層起到隔絕鋼筋與周圍環境的作用，避免鋼筋受到空氣和化學物質的侵害。但是因為混凝土自身存在細小的空隙，所以不能百分之百起到隔絕的作用。特別是在混凝土剛性塑變發生炸裂時，會讓更大面積的鋼筋與周圍環境接觸，而后發生腐蝕。

3 高速公路橋梁結構的加固技術

3.1 擴大基礎

加固高速公路道路和橋梁結構中的基礎可以通過擴大基礎來進行加固，當橋梁的基礎承載力比較弱時可使用該方法，當墩臺屬于混凝土剛性實體以及磚石時也可使用該方法。另外對于沉降不均勻的橋梁基礎，而且地基的土質極為堅實時可以采用擴大基礎法對其進行加固。當橋梁底部中的地基承載力出現不足時，可以在橋梁基礎下增加一些樁，這樣可以有效提升其承載力，不過一般來說，添加樁的數量應按照橋梁地基的變形程度來制定。

使用擴大基礎法的施工過程較為簡單，但其具有非常明顯的缺點，在使用該方法時必須讓新基礎與老基礎連為一體，讓其共同承擔橋梁上部的所有荷載，所以這種加固方式的資金成本極高，無法完全控制最終的加固效果。

3.2 增加截面

在加固高速公路橋梁結構時，可以使用加大截面來進行加固，這種方式還可稱為外包混凝土加固法。加大截面加固法的原理為利用增加混凝土結構的配筋以及橫截面面積來加固道路橋梁。另外，也可以通過提升主梁的梁柱高度和寬度，或者橋面面板的總體厚度來達到加固目的。這種加固方法的操作比較簡單，而且具有較強的適應性。若是施工人員的技術水平比較高，可熟練運用，能有效提升橋梁的橫向剛度，增加主橋橋梁的實際加固效果。但是加大截面這種加固方法具有明顯缺點，其在實際施工中需要進行長時間的濕作業，當加固之后，高速公路橋梁的凈空會有所減少。

3.3 使用碳纖維

碳纖維加固法的原理為使用專業的樹脂將碳纖維和混凝土結構的表面進行粘貼，這時混凝土結構以及碳纖維會形成全新的受力體，有一部分負載將被碳纖維所承受，鋼筋的應力也會因此減少，從而達到加固目的。使用碳纖維加固法不會提升橋梁結構的截面面積以及自重，而且還不會減少其凈空高度，施工過程也比較便利，并不會對高速公路橋梁的原始結構造成損傷。另外，由于碳纖維具有較強的抗疲勞性以及耐腐蝕性，所以其加固效果非常持久與明顯。不過需要注意當溫度高于60℃時環氧樹脂會軟化，因此若是高速公路橋梁的地面溫度經常高于60℃，則不可使用該加固法。

3.4 預應力加固

預應力加固方法在高速公路橋梁結構中，主要為加固混凝土受彎結構，該方法的最終目的為改善橋梁結構的整體受力效果。預應力加固法的原理為在外部對受彎部件施加一定的預應力，其可以有效抵消橋梁因為外部荷載過重而出現的不良影響，提升高速公路橋梁結構的抗彎曲能力以及抗承載能力，讓橋梁得到均勻的受力，保證高速公路橋梁在使用時的安全。除此之外，在高速公路橋梁結構中使用預應力加固技術，還可以緩解混凝土出現裂縫和已有裂縫的加深。如今我國的高速公路橋梁結構的預應力加固技術較為成熟，使用這種方法可以利用預應力下撐拉桿開展加固工作，讓橋梁中的承重結構得到緊密結合，以此形成一個整體，使其成為全新的超靜定結構，從而增加高速公路橋梁的受力性能。

3.5 裂縫修補

裂縫修補加固法可以修補高速公路橋梁中的存在裂縫，因此其屬于修補施工工程技術。這種技術的適用范圍非常廣泛，當高速公路橋梁的表面存在裂縫時，其可以進行修補、填充以及灌漿等施工技術，一般選擇施工技術時應根據實際的施工環境，以及施工對象的具體情況而定。表面裂縫修補加固法主要使用于裂縫較淺的高速公路橋梁表面，其裂縫深度不宜大于20mm。該技術的施工步驟為：1）使用特殊材料涂抹高速公路橋梁表面，例如水泥漿以及環氧膠泥等，將操作頻率控制在5min/次，直到其厚度為1mm；2）基于上步基礎進行瀝青涂抹，這樣有防腐保護的效果；3）使用玻璃纖維覆蓋高速公路橋梁的表面，這樣可有效減少外界因素對高速公路橋梁表面造成的不良影響。

3.6 混凝土置換

在使用混凝土置換的加固技術時，需要注意其適用范圍，當加固范圍為高速公路道路橋梁的承壓區域時，可以使用該技術。若高速公路道路橋梁的承壓區域存在承壓能力下降或者結構缺陷時通過混凝土置換加固技術來進行加固，這種技術的施工比較便利，不會影響橋梁下的凈空。但是該技術容易腐蝕鋼筋，因此應根據實際情況選擇是否適用該技術進行加固。

3.7 錨噴加固

在加固高速公路橋梁結構時可以使用錨噴技術進行加固，噴射硅的工藝材料、性能以及結構等其他方面與普通的現澆硅有所不同，其具有更多優點。若在施工中增加速凝劑，可以使其具有早期強度高以及快凝等特點。該技術不需要使用側向模板，其會把澆筑、運輸以及搗固組合成一道工序，占地面積非常小、速度比較快，而且使用的設備比較簡單，能夠減少勞動力，更重要的一點為使用錨噴加固技術進行高速公路橋梁結構加固時，不會中斷交通，所以對群眾的生活不會帶來不利的影響。

3.8 注漿加固

在高速公路橋梁的加固工作中，會經常使用注漿加工技術。在使用該技術時，需要根據實際情況，選擇合適的注漿加固方法。若使用花管注漿法進行注漿加固，則需要保證鋼管的埋入深度符合設計需求，若是在成孔作業中發生阻礙現象，則需要使用鋼釬進行引孔，以此解決存在的阻礙問題。另外，當注漿工作結束后，應重點觀察注漿液的沉降現象，若是不再下沉，則代表注漿成功，當混凝土固化后本次加固處理可宣告一段落。

3.9 橋面鋪裝層加固

橋面鋪裝層加固應結合橋梁的具體情況開展施工，切忌不得盲目施工，應根據實際情況選擇合適的加固以及養護方案，一般來說，在修復橋梁的橋面時，可使用局部修補法，把局部產生的脫落情況進行相應的加固以及維修。在進行維修之前應考慮橋梁自身的承載能力，選擇對應的方案，當其承載能力較弱時，則需要將損壞的部分除去，隨后使用混凝土進行加固，反之若是橋梁自身的承載能力極強，只需要在損壞處的表面增加一層瀝青混凝土，不用拆除就可順利完成橋面的加固修復工作。

3.10 外包裹型加固

外包裹型加固這一技術主要為采用粘結或者包裹等方式把鋼板、型材等固定，對構件外部位置進行加固，其具有受力結構極為可靠、工作量小以及操作方法簡單等優點。在對砼結構進行加固處理時，施工人員可采用濕式外包加固技術進行處理，根據實際的破損程度來選擇型鋼，采用環氧樹脂把型鋼粘結在砼構件外部，讓二者緊密地連接在一起，當以上操作全部完成之后，承壓結構的受拉面積和壓力將會受到砼結構和型鋼的影響產生變化，以此提升橋梁整體結構的穩定性和剛度。

4 結語

不管是哪個地方想發展，則必須修筑道路，建設高速公路道路以及橋梁可有效促進我國社會經濟的發揮，而且當經濟發展較快時還有助于高速公路橋梁工程的進步。基本所有的高速公路橋梁工程都存在施工工序較為復雜、施工時間較長以及對施工質量的要求較高等特點，因此會增加施工單位的壓力。根據數據顯示，在高速公路橋梁工程的施工中會因為一些因素導致其出現病害，而病害將會影響其整體質量。所以為了保證高速公路橋梁工程施工的質量必須分析每個施工階段，以此尋找產生病害的原因，選擇合理的方式進行解決。另外，加固高速公路橋梁工程有助于延長其使用年限，并提升質量，可以根據實際情況選擇具體的加固方式，例如擴大基礎、增加截面等，以此提升群眾的出行安全。