公路橋梁檢查及養護處治對策研究

魏 拓

(遼寧省交通運輸事業發展中心 沈陽市 110005)

1 公路橋梁檢查

公路橋梁檢查主要包括初始、日常、經常、定期和特殊五種檢查方式。其中特殊檢查屬于橋梁適應性評價范疇,其他檢查側重橋梁的技術狀況評價[1]。

1.1 初始檢查

針對新建成或者改建后的橋梁應及時進行初始檢查,宜與橋梁的交工驗收質量檢測同時進行,且在工程交付后1年內完成。

初始檢查是由專業檢測機構實施,檢查及測量內容主要包括:(1)橋梁上、下部結構及橋面系的病害調查及記錄,并按養護規范設置永久觀測點;(2)測量復核橋長、橋寬、截面尺寸等基礎數據;(3)檢測橋梁混凝土構件的鋼筋保護層厚度以及強度等指標;(4)針對單孔跨徑大于150m的特大橋或特別重要橋梁需進行靜動載荷試驗,掌握橋梁控制斷面的結構強度、剛度等質量狀況,以及橋梁整體的動力響應狀態;(5)針對特大橋、大橋,以及高速公路或一、二級公路上的中橋、小橋,若有水中基礎,還應開展水下檢測;(6)測量纜索體系橋梁的拉索及吊桿的成橋狀態下的索力值,以及檢測索夾螺栓緊固力等;(7)針對鋼管混凝土拱橋還應檢測鋼管內部混凝土的密實狀況。

1.2 日常巡查

日常巡查工作應由管養單位的橋梁工程師來完成,通常以乘車目測為主,日常巡查以橋面系外觀查看為主,包括橋路連接處是否異常;橋面鋪裝、伸縮縫、欄桿或護欄是否有缺損;橋梁的線形是否明顯不順適等檢查內容。

1.3 經常檢查

經常檢查工作也由管養單位的橋梁工程師來完成,需抵近橋梁結構,近距離以目測輔以簡單的量測工具進行實地檢測,并填寫“橋梁經常檢查記錄表”。經常檢查要對橋梁的上、下部結構和橋面系進行全面檢查外,還需對交通工程安全以及其他附屬設施的完好情況,以及永久標志點、觀測點進行查看。

1.4 定期檢查

橋梁定期檢查是管養單位了解橋梁運營狀況及技術等級,指導下一步養護決策的重要抓手,該項任務必須委托專業的檢測機構,委派橋梁檢測、維修施工經驗豐富的技術人員開展相關工作。定期檢查需對橋梁各構件外觀進行抵近檢查,并詳細標明、記錄病害的范圍,與既往檢查情況進行對比,分析病害的嚴重程度及發展趨勢,遞進分層對橋梁構件、橋梁部件、橋梁上下部結構和橋面系、全橋進行評價,提出維修及管理養護建議。對于單跨≥60m 的橋梁,還應復核橋梁的永久觀測點,測量橋梁線形、變位及橋面高程等指標。

1.5 特殊檢查

針對以下情況的橋梁,需進行特殊檢查:(1)各類常規檢查無法判明橋梁構件病害問題產生的原因及損傷程度的橋梁;(2)擬通過加固提高橋梁荷載等級的橋梁;(3)需判斷水中基礎狀態的橋梁;(4)遭受特殊災害、撞擊、超重車等情況引起使用安全問題的橋梁。

橋梁特殊檢查具有較強的目的性,應包括一項或多項特殊檢查內容:(1)材質性能及退化程度的鑒別測試;(2)結構的剛度、強度和穩定性檢算,荷載試驗、使用安全鑒定等;(3)橋梁抗災害能力及遭受洪水等意外荷載作用后的檢測鑒定;(4)水中墩臺等不易排查構件的檢測評定;(5)定期檢查中嚴重的結構類病害,應定期跟蹤觀測,并及時分析、預測遠期的發展趨勢。

2 橋梁常規病害及整治措施

橋梁常規病害常見于技術狀況等級為2類、3類橋梁,多數為施工質量問題或結構特點所造成的耐久病害問題,歸納總結如下:

2.1 邊梁受滲水侵蝕問題

公路橋梁的邊梁受滲水侵蝕現象十分普遍,長期會造成鋼筋銹脹、混凝土剝落破損,顯著影響梁體的耐久性,降低承載能力,危及橋梁使用安全。這類病害產生的主要原因包括:一是橋梁泄水管(槽)周邊防滲施工不到位,或設置過短;二是橋面縱坡設置有問題,導致護欄底部積水,滲入兩側邊梁梁體。典型梁體破損狀態見圖1。

圖1 邊梁受侵蝕破損、嚴重露筋

針對此類病害應先整修橋梁的排水系統,根據病害產生的直接原因采取更換設置過短的泄水管(槽),或對泄水管(槽)周邊進行防滲維修,亦或增設橋面泄水孔等措施;然后進行鋼筋除銹并涂刷防銹劑;最后對破損部位用聚合物砂漿修補。

2.2 普通鋼筋混凝土梁體裂縫問題

由于部分橋梁的上部梁體為普通鋼筋混凝土結構,長期在混凝土收縮及行車荷載共同作用下,梁體底板在正彎矩顯著影響區域(多位于四分點截面之間)會出現橫向結構裂縫,這是結構自身特點造成的,但應根據裂縫開展情況及時處置。

當梁體裂縫寬度<0.25mm時,可暫不處理;若裂縫寬度≥0.25mm,則需采用環氧樹脂膠表面封閉維修。無論哪種情況在管養工作中都需加強觀測,如果梁體裂縫仍持續發展,則應結合路段交通量和重車比例,以及施工過程中是否存在質量問題等因素,綜合分析并采取進一步的加固措施。

2.3 板式橡膠支座老化開裂問題

支座是橋梁上、下部結構之間緊密聯系的紐帶,在荷載傳遞以及協調結構變形方面起著至關重要的作用。橡膠支座是公路橋梁中最常采用的一種產品形式,上世紀80～90年代,上海橡膠制品研究所利用熱空氣加速老化方法,驗證了橡膠支座的使用年限,結果顯示,按我國橡膠制品生產水平,支座使用壽命能達到50年[2]。

根據近些年的實際工程檢測數據,新橋建成10年后板式橡膠支座陸續出現老化開裂現象,應適時對破損嚴重的支座進行更換,但現有各規范中未明確支座更換的時機、標準,應綜合考慮支座老化開裂的裂縫寬度、長度及壓縮變形程度等指標確定支座是否需要更換。建議更換標準為:橡膠支座表面出現裂縫寬度>2mm,裂縫長度>相應邊長的25%,豎向壓縮變形>高度的10%。

2.4 墩臺混凝土受侵蝕問題

橋梁墩臺的作用是承擔車輛荷載和結構自重,并通過基礎將總荷載傳遞到土體中。隨著橋梁運營年限的增加,部分橋梁墩臺結構逐步呈現混凝土剝蝕破損,露筋、鋼筋銹蝕等病害,主要原因包括:一是雨水、河(海)水長期沖刷,導致墩臺底部混凝土破損;二是橋面伸縮縫裝置止水帶破損,導致橋面流水或融雪劑等沿破損位置滲入,侵蝕墩臺混凝土;三是簡支梁橋墩頂處橋面連續位置,由于結構特點往往會出現貫通的橫向裂縫,也會造成墩臺受水侵蝕。

對于墩臺混凝土受侵蝕類病害,應根據其產生的原因進行有針對性的維修,多數以更換伸縮縫裝置止水帶、墩頂橋面灌縫為主,再進行墩臺破損部位的修復,并適時采取混凝土表面防腐涂裝,提高結構的耐久性。

3 橋梁結構類病害及加固方法

橋梁結構類病害常見于技術狀況等級為4類、5類橋梁,多數是承載能力不足或局部有失穩趨勢,影響結構安全,主要體現為:

3.1 上部結構抗力不足

(1)表現形式

近些年,由于公路交通量、載重量的不斷增加,以及個別橋梁設計、施工質量問題,造成橋梁上部結構承載能力不足,主要體現為預應力梁正彎矩影響區的豎向裂縫,空心板梁的支點截面附近的斜向剪切裂縫,對橋梁使用安全造成嚴重影響,裂縫開展形態見圖2。

圖2 梁體抗力不足產生結構裂縫

(2)加固方法

可考慮采用預應力加固法,適用于正截面抗彎能力不足,剛度過小引起裂縫寬度超限或剛度不足,造成梁體撓度超限以及上部結構斜截面抗剪能力不足的情況。施加預應力加固的方法改變了結構原受力體系,預應力施加完成后,原結構會呈現出卸載現象,引起原結構的內力重分布。此方法使結構在外加預應力下成為帶柔性拉桿的超靜定體系,加固前結構荷載為活載和自重,預應力筋的張拉值是在恒載作用下量測的。所以在分析預應力筋的應力增量時,僅需考慮活載作用。根據加固過程及受力特點,預應力法加固梁體的力學分析可分為兩階段,即施加預應力和活載作用。該方法具有施工易、干擾少、工期短、能大幅恢復或提高承載能力等優點,但外加預應力體系中錨固點以及轉向塊存在較大集中力,受力也較為復雜,且防腐設計及養護等問題均需重點考慮。

3.2 下部結構基礎失穩問題

(1)表現形式

在干線、農村公路舊橋中擴大基礎是下部結構常采用的一種基礎形式。隨著橋梁服役年限的增加,部分橋梁基礎由于承載能力不足或埋置太淺,造成局部不均勻沉降、甚至發生垮塌等情況。尤其對于連拱橋梁,一旦基礎失穩會造成全橋各跨迅速連續垮塌。

(2)加固方法

可采用擴大基底面積加固法,適用于基礎承載力不足或埋深過淺的情況,加固形式見圖3。當橋梁基礎有顯著不均勻沉降,且土質較為堅實時,可利用此方法加固。若擴大部分基底的地基承載力不足,則需打預制樁提高其承載力,并根據地基變形計算確定所需樁量。另外,擴大基底面積由地基強度驗算來確定,同時應考慮《公路橋涵地基與基礎設計規范》的相關規定,多年未受破壞地基按原設計1.5倍計算承載力。基礎面積擴大后,可使墩臺基底壓力減小到允許值。當地基強度符合要求,而僅表現為不均勻沉降時,采用該方法加固的基底面積由地基變形計算來確定。

圖3 擴大基底面積加固法示意圖

4 結語

隨著我國交通運輸基礎設施建設的蓬勃發展,存量的道路、橋隧數目也在快速增長,因此公路養護逐步成為交通運輸行業的核心工作。橋梁工程具有結構復雜、安全隱患多、影響力大等特點,是管養工作的重中之重。根據現行規范、標準的規定要求,結合常年工作積累的實踐經驗對橋梁檢查方法進行了全面、細致地敘述,同時闡明了橋梁上、下部結構常規病害的典型破損形態,并對病害的具體成因加以分析,提出了有針對性的整治維修方法。此外,重點提及了易對橋梁結構造成安全隱患的常見結構類病害問題,隨后又從適用條件、基本原理、附加影響等方面對結構加固方法進行了深入介紹,為今后的公路橋梁管養工作提供參考。