道路橋梁的常見結構病害及加固技術研究

曾建

（關嶺自治縣公路事業發展中心，貴州安順 561300）

0 引言

結構病害屬于常見的道路橋梁問題，施工過程中出現這類問題會降低施工質量和效率。同時，由于道路橋梁是城市交通體系中的重要基礎設施，使用過程中出現結構病害，會影響群眾正常出行，嚴重情況下還會引發安全事故。為此，施工單位需要做好對道路橋梁常見結構病害的分析處理，同時應采取必要的加固技術有效處理結構病害，最大限度地避免道路橋梁受到結構病害的影響。

1 道路橋梁的常見結構病害

1.1 蓋梁開裂

蓋梁為橋墩和支座之間的結構，主要作用為將支座的豎向荷載傳遞給橋墩，從而起到保持道路橋梁結構橫向穩定，支撐和傳遞豎向荷載的作用。蓋梁開裂的表現形式包括如下兩種。

第一，蓋梁豎向裂縫。常見于墩臺對應位置處，原因主要為墩臺不均勻沉降，使得墩臺一端出現下降，令蓋梁不能保持水平狀態承受荷載，裂縫形式如圖1 所示。

圖1 蓋梁豎向裂縫示意圖

第二，蓋梁支座豎向裂縫。常見于支座下端位置處，原因主要為蓋梁長時間承受道路橋梁上部結構荷載，加之車輛荷載日漸增多，蓋梁實際承載荷載超過設計承載范圍[1]。

1.2 墩臺開裂

墩臺為道路橋梁的主要支撐結構，多為混凝土結構，出現開裂這一結構病害的概率較高，且在道路橋梁上部結構荷載的影響下，開裂范圍會進一步擴展，開裂的表現形式也相對較多，具體如下。

第一，豎向裂縫。原因主要為混凝土結構養護力度不足或不及時，使得墩臺承載超過其承載范圍的豎向荷載。

第二，橫向裂縫。原因主要為混凝土多次澆筑時沒有處理好接縫位置，或者是墩臺長期承載水平外荷載[2]。

第三，斜向裂縫。原因主要為混凝土結構局部剪切應力較大，裂縫形式如圖2 所示。

圖2 墩臺斜向裂縫示意圖

第四，網狀裂縫。原因主要為混凝土內部水化熱反應，或者外界溫度變化，令混凝土內部產生溫度應力。

第五，橋梁墩帽順橋軸線橫貫墩帽裂縫。常見于支座與橋墩連接位置處，原因主要為混凝土結構局部應力較大，使得支座剪切變形水平低于道路橋梁上部結構水平位移設計值。

1.3 墩柱位移偏位

墩柱同樣為道路橋梁的主要支撐結構，需承載行走人群荷載、行駛車輛荷載、道路橋梁結構自重等多項豎向荷載。如果出現了墩柱位移偏位問題，道路橋梁上部結構向墩柱傳遞的豎向荷載便會轉為偏心荷載，但是墩柱是按照承載豎向荷載設計的，豎向荷載轉為偏心荷載后會進一步轉為彎矩、承受軸力，從而增加墩柱荷載負擔。如果墩柱長期承受超過其承載范圍的荷載，位移偏位問題會進一步加劇，會對道路橋梁工程的承載能力和穩定程度造成不利影響。例如，圖3 中的1#、2#墩柱便出現了位移偏位問題，其中實線為墩柱原本位置，虛線為墩柱位移偏位位置。

圖3 墩柱位移偏位示意圖

墩柱位移偏位的原因主要如下：墩柱填土壓力較大，墩柱在側向作用下發生位移偏位；墩柱受到行駛車輛、過往船只的撞擊；墩柱受到火山噴發、地震等自然災害的影響；施工單位未掌握好墩柱施工技術標準。

1.4 承載梁端頭局部損壞

承載梁端頭局部損壞表現為承載梁端頭損壞、伸縮縫變形，屬于道路橋梁常見結構病害，出現上述病害，容易增加橋頭跳車問題的出現概率，不但會導致駕駛安全事故，還會降低道路橋梁工程的使用壽命[3]。承載梁端頭局部損壞的原因主要如下：第一，道路橋梁結構設計不夠合理，如伸縮縫計算存在誤差，導致承載梁端頭無法完全承受行駛車輛的荷載，從而出現伸縮設施失靈問題。第二，施工人員未對承載梁端頭伸縮縫施工質量進行重點監控，未及時發現并處理施工質量問題，導致道路橋梁在運行過程中出現損壞問題。第三，缺少對橋梁結構的定期養護，導致承載梁端頭伸縮設施出現損壞問題。

2 道路橋梁結構的加固技術

2.1 碳纖維片粘貼技術

碳纖維片是一種新型的加固材料，將其粘貼到結構病害位置能夠及實現針對性加固，將其粘貼到整體道路橋梁結構中能夠提高工程的穩定程度，且該加固技術的成本低廉。碳纖維片粘貼技術應用流程如下：結合道路橋梁結構病害實際情況，制定加固方案，確定應用碳纖維片的規格、質量、干燥程度，并且做好對加固處理表面的基本清潔工作；通過找平裝置在加固表面均勻涂抹樹脂，隨后按照加固方案粘貼符合要求的碳纖維片，在粘貼過程中需要及時通過刮刀等工具捻出粘貼位置的氣泡，確保碳纖維片與加固處理表面絕對貼合，從而降低粘貼位置處的空氣含量，達到最理想的加固效果。

整體來講，碳纖維片粘貼技術最大的應用優勢便是能夠極大程度地提高道路橋梁結構的承載能力，研究資料顯示，經過碳纖維片粘貼加固處理的道路橋梁工程最多能夠延長50 年的應用壽命。但是碳纖維片粘貼技術的應用存在一定的局限性——盡管碳纖維片能夠提高道路橋梁結構的承載能力，但是不能提高道路橋梁工程的建設質量；碳纖維片的質地較為輕薄，耐火性能和張力較低，為保護碳纖維片不受損害，需要涂抹專門的防護液體。不過碳纖維片粘貼技術的發展前景較好，隨著科學技術的進步，碳纖維片粘貼技術的這些局限也將逐漸被破解。

2.2 局部修復鑿補加固技術

局部修復鑿補加固技術主要應用于承載梁端頭局部損壞等道路橋梁結構病害的修復和加固處理，但只適用于解決橋面鋪裝層破碎、脫落問題[4]。局部修復鑿補加固技術的應用流程如下：選擇與道路橋梁工程相同的水泥類型，預先配置好混凝土；鑿補處理橋面鋪裝層表面（鑿補標準為露出其中的骨料），之后清理干凈鑿補出來的雜質，避免這些雜質對后續加固作業造成不利影響；將混凝土填補到鑿補出來的位置。局部修復鑿補加固技術的優勢在于操作簡單、實用性較強，但該技術的加固周期較長、應用成本較高，加固修復期間會一定程度上影響道路橋梁的正常使用，且不適用于大面積橋面鋪裝層結構病害修復和加固處理，施工單位需要靈活選擇及應用該技術。

2.3 封膠灌注加固技術

不同類型道路橋梁結構病害適合應用的加固技術不同，封膠灌注加固技術適用于墩柱位移偏位等變形類結構病害的修復和加固處理[5]。封膠灌注加固技術的應用流程如下：評估整體道路橋梁結構，確定出現結構病害及開裂跡象的位置，分析病害的成因，隨后制定針對性的封膠灌注加固方案。需要注意的是，如果道路橋梁結構病害過于嚴重，如結構變形程度容易引發嚴重安全事故，或者結構承載能力不足，則無法通過封膠灌注加固技術完全解決，需要配合鋼筋焊接技術、預應力加固技術等，或者直接更換變形結構及構件，才能實現對結構的進一步加固，使結構承載能力滿足實際承載需求。

2.4 預應力加固技術

預應力加固技術是現階段應用頻率最高的道路橋梁結構加固技術，這是因為該技術能夠通過外加裝置向道路橋梁結構施加外力，從而將承載能力較低結構原本需要承載的荷載轉移至其他結構，從而改善整體道路橋梁結構的受力情況，該技術基本能夠滿足所有結構病害修復和加固處理需求。采用該技術時，施工單位需要結合道路橋梁結構的整體受力情況進行分析，進而選擇合適的支架，再通過支架產生預應力[6]。按照外加結構可以將支架分為水平式支架、下撐式支架、組合式支架三種，支架形式直接決定預應力的作用結構，并且會影響整體道路橋梁結構的受力情況。如水平式支架，通過在兩端被錨固的加固筋上打螺栓的方式，將直線加固筋轉變為曲線，進而形成預應力；在水平式支架的作用下，道路橋梁結構的縫隙寬度能夠縮小，梁體的角度能夠降低，從而實現加固效果。組合式支架則更適用于解決道路橋梁結構斜截面、正截面承載能力不足的問題。

整體來講，預應力加固技術具有適用性較強、施工作業周期較短、結構病害處理效果顯著、結構問題再發生概率較低、可提高道路橋梁結構承載能力等諸多應用優勢，該技術也因此被廣泛應用于道路橋梁結構加固處理。不過要想取得更好的結構加固效果，還需要施工單位做好對整體道路橋梁結構受力情況的分析工作，合理制定預應力加固方案，確保可以全面解決現存結構病害、達到預期的加固效果。

2.5 外包裹材料加固技術

外包裹材料加固技術指的是在道路橋梁結構病害位置處包裹、粘連、焊接、濕法外包材料，應用的加固材料基本為型鋼、鋼板，需要施工單位結合具體結構病害類型、嚴重程度、位置、成因選擇合適的加固材料，確保能夠充分發揮加固材料的加固作用[7]。例如，針對墩臺開裂等道路橋梁混凝土結構病害，宜采取濕法外包方式在病害結構外側粘貼鋼板，從而完成對墩臺混凝土結構的加固處理。此外，應用外包裹材料加固技術時還需要應用加固添加劑，基本為環氧樹脂，經大量試驗和工程實例證實，該類添加劑的應用效果較好。

2.6 外包裹纖維塑料加固技術

外包裹纖維塑料加固技術的應用原理與外包裹材料加工技術比較相似，但是兩種加固技術實際應用的加固材料及適用的結構病害存在較大差別。具體來講，外包裹纖維塑料加固技術指的是，在道路橋梁結構病害位置處包裹或粘連纖維塑料，適用于承載梁端頭局部損壞等道路橋梁結構病害的修復和加固[8]。纖維塑料為復合型增強材料，具有適用性較強、抗壓性能良好、修復效果顯著、應用成本低廉、施工操作便捷、后期維護簡單等應用優勢，經該技術修復和加固的道路橋梁結構往往具備較強的承載能力，且能夠解決結構的張力問題，提高結構的抗空氣氧化能力和抗風力腐蝕能力，從而降低外界環境因素對道路橋梁使用性能和壽命的影響。但是纖維塑料的可燃性較強，施工單位在采用該技術時需注意采取一定的防護措施。

3 結語

綜上，道路橋梁的內外部結構難免會出現結構病害，常見的結構病害包括蓋梁開裂、墩臺開裂、墩柱位移偏位等，為有效治理這些結構病害，施工單位需要根據病害的位置、病因等合理選用加固技術，使結構病害得到科學及時的治理，為道路橋梁工程的質量提供保障，同時延長其使用壽命。