某高速公路改建工程老橋存在的問題及處治

張偉 董 濱 李景昭

（山東省濱州公路工程有限公司，山東 濱州 256600）

0 引言

公路建設高速發展初期注重橋梁建設速度，忽視了橋梁的長期性能和耐久性能。同時由于在設計和施工上存在一定缺陷或不足，這些橋梁在投入使用1～6年后，普遍暴露出各種病害。我國近些年修建的高速公路上，采用預制裝配式施工方法修建了大量的鋼筋混凝土和預應力混凝土空心板梁和小箱梁橋，普遍存在梁端支承受力不均、支座滑脫造成梁體受力不均，橫向連接薄弱，鉸縫縱向開裂、單板或單梁受力特征明顯等問題，在當前頻繁重載交通條件下，存在極大的安全隱患。本文以一條運營多年的高速公路為實例，對高速公路改擴建中老橋存在的常見病害及修復處治措施進行探討。

1 工程概況

某高速公路全長50.191km，為雙向四車道，其中48.791km長的路段于2000年8月正式開工建設，2002年12月底通車試運營，2004年12月31日正式聯網收費。該高速橋面凈寬為11m，改建后橋面凈寬：雙拼段2×19.25m，單拼段：19.25m；中央分離帶封閉：舊橋凈寬2×11m，改建后寬24m；設計洪水頻率：大、中、小橋1/100，明涵與路基同寬，地震動峰值加速度0.2g。全線共有大中橋42座、小橋31座、天橋21座，通道涵洞13道。

1 橋面鋪裝破壞及修復

橋面主要病害有開裂、坑槽、車轍、網狀破損龜裂、麻面等，見圖1～圖4所示，根據病害深度可分為瀝青鋪裝病害和橋面現澆混凝土鋪裝病害。這些病害的處理方式根據橋梁形式區別對待。

圖1 橋面鋪裝沉陷、擁包

圖2 橋面鋪裝車轍

圖3 橋面鋪裝坑槽

圖4 橋面鋪裝網裂

（1）單拼段橋梁：全線單拼段老橋瀝青鋪裝層全部銑刨，重新鋪設瀝青鋪裝層，對于現澆混凝土橋面鋪裝局部病害，若不需要全部破除重新澆筑，則根據病害面積局部開窗補強處理。

（2）雙拼段橋梁：全線雙拼段老橋瀝青鋪裝層及鋼筋混凝土鋪裝層均銑刨或鑿除，重新澆筑鋼筋混凝土鋪裝層及鋪設瀝青混凝土鋪裝層，K198+800 之前的雙拼段橋梁鋪裝層重新鋪筑后厚度為5cm瀝青+10cm鋼筋混凝土，K198+800 之后的雙拼段橋梁鋪裝層重新鋪筑后厚度為4cm瀝青+8cm鋼筋混凝土[1]。

橋面標高與改造后路面標高在橋頭一定范圍內漸變調整，具體漸變長度在路基路面改造方案中考慮。因原橋橋面現澆鋪裝層較薄，為提高橋面鋪裝層抗沖切性能，橋面現澆鋪裝層采用玄武巖纖維混凝土，即在混凝土中摻入亂向短切玄武巖纖維，纖維體積摻量為0.1%，混凝土摻入約3kg/m3。

2 梁體裂縫及處理

空心板腹板存在斜向裂縫，主要是由于梁體主拉應力不足、服役時間較長和通行車輛載重日益增大綜合導致。鋼筋混凝土箱梁底板存在橫向裂縫，主要是由于溫度應力、收縮徐變以及抗彎承載力不足、服役時間較長和通行車輛載重日益增大綜合導致[2]。空心板板底縱縫主要由于溫度應力、收縮徐變或波紋管定位不準，預應力鋼筋張拉應力引起。各種裂縫病害見圖5～圖8所示。

圖5 板底縱縫

圖7 箱梁底板橫縫

圖8 空心板板底橫縫析堿

交通運輸部文件中指出，對于擬采用拼接加寬的橋涵，應當采用現行荷載等級標準對加寬后的橋梁進行整體驗算和評價。拼接加寬的原有橋涵部分，其極限承載能力宜滿足或采取加固措施后滿足現行標準要求，同時，在設計中還應提出有針對性的運營管理和維護措施。根據該條意見，本次設計對雙拼段橋梁原上部結構按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTGD62-2004）重新進行了驗算，結果顯示：所有蓋梁均滿足最新規范要求；16m、20m梁板極限承載能力均滿足新規范要求且有一定富余。20m、30m空心板及50mT梁梁板抗彎承載能力儲備稍顯不足；表1～表3為20m、30m空心板及50mT梁上部結構抗彎承載力計算結果。

表1 20m空心板抗彎承載力（104kN·m）

表2 30m空心板抗彎承載力（104kN·m）

2.1 預應力混凝土空心板裂縫的處理

對于30m跨空心板裂縫大于0.2mm或跨中橫向裂縫大于3條，單板受力且破損嚴重失去承載能力的，采取更換成能滿足公路-I 級荷載的大企口縫的空心板。徹底解決空心板單板受力問題，提高橋梁的承載能力。換板處的新老空心板間鉸縫鋼筋搭接后，采用水泥基灌漿料填筑。

考慮本路段運營時間不太長，而且管養工作較為規范，所以引起此種病害的主要原因是施工階段混凝土施工質量不好，如灌筑時鋼筋保護層墊塊位移、鋼筋貼緊模板；保護層處混凝土漏振或振搗不密實；另外由于氣候因素，凍融和干濕交替循環作用對此病害也有一定的影響。對于此類病害建議對暴露的鋼筋進行除銹、防銹處理，然后用環氧砂漿進行修補。

2.2 預應力混凝土T梁裂縫的處理

舊路T梁按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTJ023-85）設計，該高速公路建成后交通量大，尤其通行超重車輛數量增長快速，橋梁承受汽車荷載超出設計值較大，舊路部分 T梁跨中馬蹄出現豎向裂縫、腹板豎向和斜向裂縫及其它位置出現非結構性裂縫。這些裂縫對橋梁運營造成不同程度的影響，需針對不同情況進行改善加固。

T梁跨中馬蹄部位豎向裂縫形成原因為T梁跨中抗彎承載力和預應力不足。本次加固設計按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）驗算原橋T梁，根據計算結果，采用在梁底粘貼預應力碳纖維板和加體外預應力束（表4）兩種方案解決該問題。

表4 體外束加固前后50mT梁主拉應力對比（MPa）

對于裂縫寬度0.15～0.18mm或裂縫在3～6道的T梁，采用梁底貼預應力碳纖維板的方法提高其抗彎承載能力。根據計算結果，考慮到該項目已運營多年，且重載車輛較多，為安全起見，擬對雙拼段50mT梁所有邊梁采用梁底粘貼預應力碳纖維板的方案以提高其抗彎承載能力。裂縫寬度≥0.2mm或裂縫大于6道的T梁病害較為嚴重，有些已發展為不閉合裂縫，此類病害程度的T梁施工質量不高，其內部鋼絞線預應力損失較大，需要增加體外預應力鋼束來提高梁體的承載能力和開裂彎矩值，從而改善T梁的使用性能。

3 梁體破損銹脹

梁體出現混凝土表面銹脹剝落，部分構件出現鋼筋保護層過薄，見圖9～圖10所示。這種病害多發生在靠近接縫或者邊緣區域，往往伴隨著滲水、鈣化、鋼筋銹蝕等病害，由于板底裂縫的出現，加劇內部受力鋼筋的銹蝕，給橋梁安全運營埋下了隱患。在經常接觸水的表面增加環氧樹脂或其他高分子材料作為防水層，改善表面防水，也可達到防銹的效果，陰極防護是鋼筋防銹蝕的電化學方法，可有效避免鋼筋銹蝕。一般來講，處理裂縫的質量越高，梁體破損銹脹發生的幾率會大大降低。

圖9 板底混凝土破損露筋

圖10 箱梁腹板銹脹露筋

4 空心板鉸縫脫空滲水析堿及處理

空心板鉸縫出現脫空、滲水、析堿，此種病害處往往伴隨有滲水痕跡或白化現象，見圖11～圖12所示。該病害主要是由于施工時模板質量較差或者混凝土施工振搗不當引起，加之建成后車輛荷載循環交替作用又促使裂縫的產生，裂縫在雨水侵蝕下逐步擴展形成。建議先對鉸縫底封閉，然后采用化學壓漿法填充環氧樹脂進行修補[3]。

圖11 空心板板縫局部脫空

圖12 空心板板縫滲水析堿

部分T梁接縫出現漏水泛堿現象，通過加固改善設計，對不同位置滲水裂縫采用相應的封堵措施。銑刨橋面瀝青鋪裝層后，將接縫滲水位置處現澆混凝土鋪裝層反射裂縫清理干凈，在混凝土裂縫內注入發泡聚氨脂。混凝土裂縫處理完畢后，在混凝土鋪裝層上鋪設SBS或APP I型道橋用改性瀝青防水卷材，卷材要求為雙面砂厚度不小于4mm，卷材各項指標均需滿足《道橋用改性瀝青防水卷材》（JC/T974-2005）建材標準或《路橋用塑性體(APP)瀝青防水卷材》（JT/T 536-2004）交通部標準。預制T梁間2cm接縫采用道橋用聚氨脂密封膏填塞封堵，填塞密封膏前必須徹底清理縫內破碎混凝土，保證密封膏與梁體緊密結合。

5 伸縮縫裝置病害及處理

該高速公路部分橋梁伸縮裝置運營狀況不良或缺損（見圖13～圖14所示）。針對運營養護過程中已更換的伸縮縫，可以適當修繕后繼續使用，如安裝新的止水橡膠、清除縫內雜物，全部更換有缺損情況的伸縮裝置[4]。雙拼段及中央分隔帶封閉段內的橋梁，更換全部伸縮裝置。更換的伸縮裝置應伸入墻式護欄內，以解決伸縮縫滲水問題。應注意若上下行橋中央分隔帶需要封閉，破損伸縮縫應與中分帶封閉部分伸縮縫整體施工。

圖13 伸縮縫泥土填塞

圖14 伸縮縫錨固區混凝土碎裂

6 耳墻裂縫、蓋梁銹脹開裂

對于耳墻斜向開裂（見圖15所示），當裂縫寬度在限值范圍內時，可進行封閉處理，一般采用水泥砂漿修補；當裂縫大于限值規定時，應采用壓力灌漿法灌注環氧樹脂膠或其他灌縫材料；當裂縫發展嚴重時，應加強觀測，查明原因，按照有關規定進行維固處理。對蓋梁進行裂縫封閉或注漿處理；對蓋梁銹脹開裂（見圖16所示）、臺身砼剝落露筋處，先鑿除松動的混凝土，對外露鋼筋進行除銹，采用高強度水泥砂漿或環氧砂漿恢復保護層。對于臺身豎向裂縫，主要是由于基礎不均勻沉降引起，鑒于運營多年后基礎沉降趨于穩定，同時與2019年檢測情況進行比較，建議當裂縫＜0.15mm 時采用表面封閉法處理，當裂縫≥0.15mm時采用壓力注漿法進行處理。

圖15 耳墻斜向開裂

圖16 蓋梁銹脹開裂

7 結束語

綜上所述，對既有高速公路橋梁進行改擴建是社會經濟發展的必然需要，是建設集約化的需要。研究和積累公路橋梁改擴建的相關病害的處理，不僅可以有效改善和恢復橋梁的承載能力，同時降低改造費用，加快公路橋梁改擴建的進度、節約資源、保護環境，也為今后公路橋梁工程及其他交通工程的升級改造積累理論知識和經驗技術，促進交通運輸事業的發展。