公路橋梁典型病害成因分析及防治措施研究

王緒

（甘肅路橋第三公路工程有限責(zé)任公司，甘肅蘭州 730030）

0 引言

橋梁是公路交通系統(tǒng)的重要組成部分，也是影響公路交通運(yùn)行效率和運(yùn)行安全的重要因素。然而由于公路橋梁受環(huán)境影響較為顯著，長期運(yùn)行中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種形式的病害，若不及時(shí)治理，會(huì)對(duì)交通運(yùn)行效率和運(yùn)行安全產(chǎn)生負(fù)面影響。準(zhǔn)確分析公路橋梁典型病害成因，優(yōu)化對(duì)應(yīng)的防治措施，對(duì)確保公路系統(tǒng)高效運(yùn)行有重要意義。

1 公路橋梁病害的概念及分類

1.1 公路橋梁病害的概念

公路橋梁病害是實(shí)際運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)的現(xiàn)象，相關(guān)研究將公路橋梁病害界定為發(fā)生在公路橋梁各個(gè)結(jié)構(gòu)部位，在建設(shè)和運(yùn)行環(huán)節(jié)，受設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)、外部載荷、環(huán)境及非可控因素影響，出現(xiàn)的所有危及橋梁運(yùn)行安全、適用性、耐久性及景觀性的變異現(xiàn)象。也可以認(rèn)為，超出橋梁結(jié)構(gòu)承載能力及正常使用極限狀態(tài)的不良現(xiàn)象，都屬于橋梁病害。橋梁病害的出現(xiàn)，會(huì)影響橋梁的使用壽命和正常功能的發(fā)揮，嚴(yán)重情況下，還會(huì)引發(fā)交通安全事故，危及公眾出行安全，帶來不良的社會(huì)影響[1]。

1.2 公路橋梁病害的分類

公路橋梁病害類型較多，整體可以劃分為通行能力不足病害、組成構(gòu)件部位病害及承載能力不足病害等，其中組成構(gòu)件部位病害屬于典型病害，又可以根據(jù)結(jié)構(gòu)部位差異，將病害細(xì)分為如下幾種類型：第一，橋面系病害。主要有護(hù)欄、橋面鋪裝、排水系統(tǒng)、伸縮縫及其他附屬設(shè)施病害。第二，上部結(jié)構(gòu)病害。根據(jù)不同的橋梁建設(shè)方式，梁式橋、拱式橋、鋼架橋、索式橋、異形橋及組合體系橋的具體病害表現(xiàn)形式也有所不同。第三，下部結(jié)構(gòu)病害，可以細(xì)分為橋墩、橋臺(tái)、地基及基礎(chǔ)病害等。第四，支座病害。以板式橡膠支座為例，會(huì)出現(xiàn)位置串動(dòng)、脫空、老化及底板變形等不同形式的病害。

2 公路橋梁典型病害成因分析

2.1 橋面系病害及成因

橋面系病害是在橋面整體上不同部位出現(xiàn)的病害現(xiàn)象，分布情況也較為復(fù)雜，主要有如下病害類型：第一，橋面鋪裝病害。所鋪裝的瀝青混凝土在橋墩、臺(tái)頂?shù)炔课怀霈F(xiàn)橫向裂縫，橋孔上橋面出現(xiàn)縱向或網(wǎng)狀裂縫。第二，伸縮縫裝置病害。有伸縮縫發(fā)生形變、堵塞等現(xiàn)象，導(dǎo)致伸縮縫功能受限。第三，防撞墻病害。主要表現(xiàn)為底座混凝土麻面、骨料或局部鋼筋有外露現(xiàn)象。

橋面系病害成因：橋面鋪裝病害主要是由于鋪裝瀝青混凝土骨料間出現(xiàn)黏性流失現(xiàn)象，加之在車輛荷載的反復(fù)累加作用下，橋面鋪裝層被破壞，進(jìn)而出現(xiàn)病害。伸縮縫裝置病害主要是由于伸縮縫中錨固混凝土與瀝青鋪裝之間剛度差異較大，伸縮縫需要承受較大壓力沖擊，在車輛行駛的連續(xù)沖擊作用下，錨固混凝土破碎、鋼筋松動(dòng)，導(dǎo)致伸縮縫功能喪失。同時(shí)在部分地區(qū)冬季降雪條件下，伸縮縫內(nèi)會(huì)長期留存積雪或雪水，同時(shí)由于凍脹現(xiàn)象導(dǎo)致伸縮縫被破壞。防撞墻病害主要是由于冬季使用的除雪劑中含有的氯離子、施工材料中的氯離子對(duì)混凝土產(chǎn)生了侵蝕作用。

2.2 上部結(jié)構(gòu)受力裂縫

橋梁上部結(jié)構(gòu)受力裂縫主要分布于箱梁跨、底板接縫及箱梁腹板等部位，表現(xiàn)方式有橫向裂縫、縱向裂縫等。若是裂縫現(xiàn)象較為嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定性不足，影響行車安全性[2]。上部結(jié)構(gòu)受力裂縫的產(chǎn)生原因主要有如下幾種：第一，箱梁結(jié)構(gòu)在車輛荷載作用下，跨中部位下邊緣位置容易出現(xiàn)裂縫，范圍通常在0.1～0.2mm 之間。第二，施工過程中使用柔性金屬波紋管，若是位置構(gòu)造不合理或混凝土澆筑作業(yè)不當(dāng)，底板部位容易在預(yù)應(yīng)力鋼束的徑向作用下出現(xiàn)橫向裂縫。第三，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)沒有依照技術(shù)規(guī)范要求配置混凝土齒板的非預(yù)應(yīng)力鋼筋，也會(huì)導(dǎo)致箱梁混凝土底板出現(xiàn)橫向裂縫或斜裂縫。第四，混凝土澆筑不規(guī)范、梁體橫向預(yù)應(yīng)力或橫向配筋不足等情形，會(huì)導(dǎo)致箱梁出現(xiàn)縱向裂縫。第五，梁體腹板參數(shù)設(shè)計(jì)不當(dāng)，在邊跨支座處梁體受剪力和截面彎矩的共同作用下，會(huì)使腹板混凝土出現(xiàn)彎剪斜裂縫。

2.3 支座病害

公路橋梁不同支座形式所產(chǎn)生的病害類型也有所不同。以板式橡膠支座為例，典型病害主要有支座整體破壞；膠體老化開裂或剪切變形現(xiàn)象過于嚴(yán)重；支座脫空現(xiàn)象較為嚴(yán)重，出現(xiàn)位置串動(dòng)現(xiàn)象；支座被包裹或墊石損壞；鋼墊板出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。若是支座病害現(xiàn)象較為嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致公路橋梁的運(yùn)行性能受到嚴(yán)重影響，橋梁整體安全性無法滿足車輛通行需求。以某橋梁墩蓋梁頂支座為例，在日常巡檢中，出現(xiàn)較為明顯的病害現(xiàn)象，具體情形如圖1 所示。

圖1 某橋梁墩蓋梁頂支座病害現(xiàn)狀

病害成因主要有以下幾種：第一，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)部分指標(biāo)參數(shù)取值不準(zhǔn)確，導(dǎo)致施工中支座上下支撐面無法密切接觸，甚至存在大幅度脫空、整體受力不均勻現(xiàn)象。第二，沒有嚴(yán)格依照規(guī)范要求施工，蓋梁墊石尺寸、標(biāo)高及表面平整度等方面處理不到位，導(dǎo)致支座無法完全貼合，甚至出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。第三，在橋梁運(yùn)行期間養(yǎng)護(hù)工作不到位，如存在長期滲水問題，導(dǎo)致支座受到銹蝕，進(jìn)而引發(fā)支座病害。第四，墩臺(tái)出現(xiàn)不均勻沉降、變位及傾斜等現(xiàn)象，也會(huì)引發(fā)支座病害。

2.4 墩臺(tái)身裂縫

墩臺(tái)身裂縫是典型的公路橋梁病害，其表現(xiàn)形式包括水平裂縫、豎向裂縫及網(wǎng)狀裂縫等，主要發(fā)生于常水位以上橋梁墩身向陽面，病害特征如圖2 所示。墩臺(tái)身出現(xiàn)裂縫會(huì)使潮濕空氣進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，導(dǎo)致內(nèi)部鋼筋受到腐蝕。同時(shí)，在水流影響較為顯著的情況下，墩臺(tái)身還會(huì)出現(xiàn)偏位現(xiàn)象。若是處理不到位，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體承載力下降，影響橋梁墩臺(tái)運(yùn)行性能，甚至引發(fā)橋梁安全事故。

圖2 公路橋梁墩臺(tái)身裂縫現(xiàn)象特征

3 公路橋梁典型病害的防治措施

3.1 上部結(jié)構(gòu)病害防治措施

公路橋梁上部結(jié)構(gòu)病害類型較為復(fù)雜，開展運(yùn)維工作時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇對(duì)應(yīng)的防治措施，以有效提升病害防治效果[3]。例如，針對(duì)箱梁縱向裂縫病害，通常采用注漿方式進(jìn)行處理，如果裂縫寬度較大，應(yīng)采用粘貼碳纖維布的方式進(jìn)行輔助處理。對(duì)于鉸縫部位滲水較為嚴(yán)重，有砂漿大面積脫落的問題，應(yīng)將脫落部位清理干凈，并采用相同性質(zhì)的材料進(jìn)行重新鋪裝。對(duì)于腹板及主梁翼緣等部位出現(xiàn)的病害，多采用環(huán)氧混凝土進(jìn)行修補(bǔ)處理。對(duì)于橋面鋪裝病害，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行防治處理。如果橋面鋪裝有坑洞、坑槽等，通常采用局部修復(fù)或加固橋面板配筋的方式進(jìn)行處理，但若是面積較大，則應(yīng)采用更換鋪裝層的方式進(jìn)行處理。如果橋面鋪裝有縱向裂縫，通常采用封閉裂縫或梁底橫向加固方式進(jìn)行處理。如果橋面鋪裝混凝土出現(xiàn)磨損嚴(yán)重、集料外露現(xiàn)象，應(yīng)采用瀝青混凝土罩面修復(fù)方式進(jìn)行修復(fù)，或者直接更換橋面鋪裝層。

3.2 下部結(jié)構(gòu)病害防治措施

橋梁下部結(jié)構(gòu)病害類型較多，需要根據(jù)具體的病害類型采用不同的加固方式進(jìn)行處理，以有效提升對(duì)應(yīng)部位結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。對(duì)于原有橋梁埋置深度不足的問題，應(yīng)在采取必要加固處理措施的基礎(chǔ)上，利用鋼筋進(jìn)行加固連接，提升橋梁基礎(chǔ)性能。對(duì)于橋梁基礎(chǔ)穩(wěn)定性不足、樁基間距無法達(dá)到安全穩(wěn)定運(yùn)行要求的情況，應(yīng)采用擴(kuò)大承臺(tái)、增加鉆孔或預(yù)制樁等方式進(jìn)行處理，以有效提升基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[4]。對(duì)于墩柱部位存在的抗彎能力不足的問題，應(yīng)采用增設(shè)混凝土套管的方式進(jìn)行處理，有效提升運(yùn)行穩(wěn)定性。對(duì)于墩臺(tái)位置出現(xiàn)的傾斜現(xiàn)象，應(yīng)采用更換臺(tái)背填土的方式進(jìn)行處理，以有效降低臺(tái)背承受的壓力。對(duì)于伸縮縫破損現(xiàn)象，應(yīng)先將伸縮縫內(nèi)的雜物清理干凈，再采用更換橡膠條、澆筑鋼纖混凝土的方式進(jìn)行處理。

3.3 支座病害防治措施

對(duì)支座病害的防治，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修整或更換處理。更換處理主要是針對(duì)主要受力部件裂紋較大、剪切變形較為嚴(yán)重的橋梁結(jié)構(gòu)，整體修復(fù)工作難度較大，在維護(hù)中需要更換損傷配件，或直接更換整個(gè)支座。針對(duì)變形較為嚴(yán)重、出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象的支座座板，應(yīng)采用補(bǔ)焊方式進(jìn)行處理。對(duì)于板式橡膠支座中出現(xiàn)的變形不均勻、脫空現(xiàn)象，應(yīng)采用重新調(diào)整角點(diǎn)受力的方式進(jìn)行處理。對(duì)于橡膠老化、開裂較為嚴(yán)重、有鋼板外露等病害現(xiàn)象，應(yīng)采用更換橡膠的方式進(jìn)行處理。

3.4 混凝土結(jié)構(gòu)缺陷防治

混凝土結(jié)構(gòu)缺陷主要存在于主梁及下部結(jié)構(gòu)，通常表現(xiàn)為蜂窩、麻面、剝落、缺損及凹陷等多種形式。進(jìn)行防治處理時(shí)，通常是先將缺陷部位表層的混凝土鑿除，直至露出新的混凝土[5]。利用除銹劑清除該部位外露的鋼筋銹蝕，將表面清理干凈，再利用聚合物混凝土進(jìn)行修補(bǔ)。對(duì)于結(jié)構(gòu)病害影響較小的缺陷部位，通常采用丙乳砂漿進(jìn)行處理，對(duì)于病害較為嚴(yán)重的情形，需要采用高強(qiáng)細(xì)石混凝土進(jìn)行修補(bǔ)。在修補(bǔ)作業(yè)過程中，技術(shù)人員應(yīng)嚴(yán)格依照規(guī)范要求進(jìn)行操作，確保將修補(bǔ)措施落實(shí)到位。此外，修補(bǔ)完成后，需要對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面清洗。

3.5 裂縫修補(bǔ)處理措施

裂縫是典型的病害公路橋梁病害，也是橋梁運(yùn)維管理工作中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，裂縫修補(bǔ)處理通常采用灌漿法，利用填縫材料有效黏結(jié)裂縫兩壁，此舉能夠有效提升公路橋梁原結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在灌漿作業(yè)前，需要采用定性與定量相結(jié)合的方式，分析裂縫的具體情況，計(jì)算材料配量、灌注壓力等參數(shù)。流程大致如下：對(duì)開裂部位進(jìn)行鑿除并清理干凈，利用專用灌注注射器將填縫材料注入裂縫構(gòu)件交錯(cuò)。對(duì)于較寬的裂縫，通常需要將注射壓力控制在0.1～0.2MPa 范圍，如果裂縫較窄，進(jìn)漿難度較大，可將壓力控制在0.4MPa左右。

3.6 構(gòu)建預(yù)防性養(yǎng)護(hù)體系

由于公路橋梁病害的發(fā)生屬于動(dòng)態(tài)過程，因此可以提前采取預(yù)防性措施，規(guī)避病害或避免病害擴(kuò)大，進(jìn)而有效降低病害對(duì)橋梁運(yùn)行安全的影響[6]。在日常養(yǎng)護(hù)工作中，相關(guān)人員應(yīng)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)工作理念，構(gòu)建預(yù)防性養(yǎng)護(hù)體系，將預(yù)防性養(yǎng)護(hù)與矯正性養(yǎng)護(hù)有機(jī)結(jié)合，提升病害防治水平。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)體系的構(gòu)建，應(yīng)以“嚴(yán)、早、細(xì)、勤、防”為基本原則，做好如下養(yǎng)護(hù)工作：第一，完善混凝土碳化預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，在設(shè)計(jì)和施工階段考慮碳化影響，采用增大保護(hù)層、優(yōu)化混凝土配比、做好振搗作業(yè)、添加合適的外加劑等方式，提升混凝土性能。第二，完善對(duì)裂縫的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，在施工過程中，通過優(yōu)化混凝土澆筑參數(shù)，提升混凝土強(qiáng)度，同時(shí)應(yīng)做好施工后的養(yǎng)護(hù)工作，若發(fā)現(xiàn)裂縫，需及時(shí)根據(jù)裂縫寬度進(jìn)行灌漿處理。第三，完善鋼筋銹蝕預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，采用增加保護(hù)層厚度的方式，預(yù)防鋼筋銹蝕。

4 結(jié)語

公路橋梁的典型病害類型多樣，具體成因較為復(fù)雜，在養(yǎng)護(hù)過程中，必須結(jié)合具體的病害類型及成因，分析施工材料、施工工藝、運(yùn)行載荷及環(huán)境等影響因素，進(jìn)而采用合理措施進(jìn)行處理。此外，應(yīng)采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)模式，規(guī)避病害或避免輕微病害擴(kuò)大，以有效提升公路運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性，為公路交通事業(yè)的健康發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。