高速公路橋梁常見病害及預防性養護技術研究

馮應乾

（甘肅省酒泉公路事業發展中心高速公路養護所，甘肅酒泉 735000）

0 引言

高速公路是連接不同區域往來的重要基礎設施，隨著國家投入增加，高速公路覆蓋范圍逐步延伸拓展，在促進經濟發展和往來方面做出重大貢獻。而高速公路橋梁由于長時間使用，受到荷載、環境等多方因素的影響，不可避免出現病害，致使工程耐久性和承載力下降，為了避免病害進一步惡化造成更大的損失，推行預防性養護是極其必要的。通過預防性養護技術有效應用，能夠及早發現和消除潛在安全隱患，減少工程安全事故概率，對于延長橋梁使用壽命，創造更大的效益具有重要意義。

1 預防性養護的概念

高速公路橋梁是現代交通基礎設施中的關鍵組成部分，承擔著大量車輛的運輸任務。由于長期受到交通負荷、自然環境和氣候等因素的影響，橋梁容易出現各種病害和損壞。實行預防性養護旨在通過定期的檢查、保養和修復工作，預防和減輕高速公路橋梁設施日常磨損和損壞。其核心理念是采取早期干預和維護措施，以防止潛在的問題發展成大規模的損害，降低維護成本，延長設施的壽命，提高運行的安全性和可靠性。

2 高速公路橋梁常見病害分析

橋梁預防性養護工作主要是深入剖析橋梁可能出現的病害，并進行合理有效的養護，以此來消除病害，提升養護工作質量。常見的病害如下：

2.1 高速公路橋梁鋪裝問題

一是在高速公路橋梁上，裂縫和坑槽是橋面鋪裝常見的問題。這些裂縫和坑槽可能由于多種因素引起，包括交通負荷、氣溫變化和地理環境等。二是瀝青鋪裝在高速公路橋梁上廣泛使用，但隨著時間的推移，其表面可能磨損。交通量和氣象條件可能導致瀝青表面出現破損、剝落和損壞，從而降低了道路的舒適性和安全性[1]。三是滲水和排水問題，積水可能導致路面水蝕，而排水不暢可能導致冰凍和積水，增加了事故風險。此外，長期滲水可能損害橋梁的基礎結構。四是橋梁鋪裝隨著時間的推移會老化，失去其最初的活性和彈性。這可能導致路面材料變得脆弱，容易破碎和裂縫，從而影響道路的安全性和舒適性。

2.2 伸縮縫結構問題

伸縮縫通常包括金屬或橡膠部件，這些部件容易受到腐蝕和損壞的影響，受到濕度、鹽分和交通污染等因素影響，可能導致金屬部件銹蝕，而日照及風蝕可能導致橡膠部件老化和損壞，降低伸縮縫的性能和壽命。伸縮縫損壞不僅對車輛產生顛簸和損壞，還可能引發交通事故，見圖1。伸縮縫結構需要具有良好的密封性能，以防止水分和雜物滲入橋梁結構中。但伸縮縫的密封部分可能出現老化、開裂或失效，導致滲水和雜物進入結構內部，從而引發腐蝕和損壞[2]。

圖1 伸縮縫破損

伸縮縫的目的是允許橋梁進行伸縮，以適應梁體自由變形和車輛荷載的變化。當伸縮縫結構出現問題時，運動可能受到阻礙，導致結構的受力情況不正常。這可能導致橋梁的結構問題，如開裂或變形。而且伸縮縫結構一旦損壞，可能導致交通噪聲增加，威脅到路面行車舒適度和安全性，也會對橋梁附近的居民造成噪聲污染[3]。

2.3 上部結構病害

高速公路橋梁上部結構是橋梁的重要組成部分，用于支撐和穩定整個橋梁。如果橋梁出現上部結構病害，可能對橋梁的結構完整性和安全性產生嚴重影響。上部結構通常由鋼材或混凝土構成，腐蝕和銹蝕是上部結構病害的常見原因之一，特別是在潮濕或腐蝕性環境中，可能導致上部結構的銹蝕，降低了其承載能力。隨著時間的推移，上部結構的材料可能老化，導致混凝土變得脆弱，而鋼材可能失去其初始的強度和韌性，不可避免地弱化上部結構的性能。上部結構的基礎也可能出現問題，如地基沉降、侵蝕或不穩定性，這些問題的存在將會威脅到上部結構的穩定性。而且如果上部結構未能有效地排水，可能導致水分滲透和濕度變化，進一步加劇腐蝕和損傷問題。

2.4 沉降病害

沉降是指橋梁結構在使用過程中由于多種因素而下沉或沉降不均勻，這可能對橋梁的穩定性和安全性造成嚴重影響。沉降病害可以由多種原因引起，包括地基沉降、地下水位變化、土壤膨脹和收縮、地震活動、橋梁結構自身問題等，這些因素可能是單獨存在，也可能是多種因素聯合作用，最終導致橋梁出現沉降問題。橋梁出現沉降問題，表現為整體下沉、結構不平衡或不均勻沉降，可能導致橋梁的變形、裂縫、扭曲和損壞。沉降問題也會威脅到橋梁安全性，導致橋梁荷載分布失衡，發生傾斜，情況嚴重時會誘發嚴重的安全事故。另外，沉降問題也會導致結構受力不均勻，老化速度加快，縮短使用壽命。

2.5 腐蝕

高速公路橋梁腐蝕病害危害較大，不僅會影響到路面行車安全，還容易誘發安全事故。這一病害誘發原因多樣，例如，化學物質如鹽分、酸雨和污染物質可以與高速公路橋梁結構發生反應，導致混凝土表面的腐蝕。這些化學物質會破壞混凝土的保護性氧化膜，從而使混凝土更容易受到腐蝕。水分滲透也會導致高速公路橋梁被腐蝕，當水分滲入混凝土內部，它可以攜帶溶解的鹽和氧進入混凝土結構，從而引發鋼筋的銹蝕。氧氣在腐蝕過程中是必需的，當鋼筋暴露在空氣中并與水分和氧氣接觸時，氧氣會與鋼筋表面發生反應，形成鐵氧化物（銹），從而引發腐蝕。不恰當的設計或施工問題，如混凝土質量不達標、不足的混凝土保護層、不合格的防水措施等，都可能導致腐蝕問題的出現。腐蝕通常導致混凝土表面剝落，表現為混凝土疏松、脫落或表面裂縫，還會導致鋼筋表面產生銹跡，鋼筋逐漸失去原有的強度和延展性。腐蝕使得橋梁結構的承載能力下降，可能引發結構的減弱、變形和損壞，最終危及高速公路安全。

3 高速公路橋梁病害的預防性養護技術應用要點

3.1 裂縫處理技術

裂縫作為常見的橋梁病害，與橋梁結構安全性和耐久性聯系密切，如果處理不及時可能誘發嚴重的結構問題。對于此類問題，高速公路橋梁管理機構應該建立定期的檢查和監測程序，以及時發現裂縫問題。這些程序可以包括視覺檢查、無損檢測技術和傳感器監測，通過定期檢查可以幫助確定裂縫的類型、位置和嚴重程度[4]。對于檢測確定的裂縫問題，應結合裂縫類型和嚴重程度進行分類評估，在此基礎上分析哪些裂縫需要立即處理，哪些可以在以后的養護周期內處理，根據主次關系來安排后續的養護施工活動。針對不同類型和嚴重程度的裂縫，采取合適的補救措施，例如，填充裂縫、使用裂縫密封材料、裂縫注漿、結構加固等。在進行裂縫處理時，應選擇高質量、耐久的材料，以確保補救措施的長期有效性。高速公路橋梁管理機構應建立詳細的維護記錄，包括裂縫處理的日期、方法、使用的材料以及評估結果。這些記錄可以為將來的維護和決策提供有用的信息。根據歷史監測數據結果，可以編制科學合理的預防性養護計劃，便于及時有效地處理裂縫，確保高速公路橋梁結構始終保持良好狀態。除此以外，應結合橋梁裂縫嚴重程度編制合理的預算計劃，并配置相應的資源，主要是用于材料購買和設備維護，以此來支持預防性養護工作高質量展開，對于延長高速公路橋梁服役壽命具有重要意義。

3.2 路基排水預防性養護

路基排水性能良好與否，很大程度上影響著高速公路橋梁基礎穩定性和耐久性，如果不良的排水條件可能導致路基材料的軟化、凍融循環引起的損害、支護結構的侵蝕以及路面損壞。故此，高速公路橋梁管理機構應按照養護流程檢查排水系統，包括清理排水溝、檢查排水管道和檢查排水設施的狀態，有助于及早發現潛在問題。排水溝和水槽應定期清理，以確保排水暢通，有助于防止積水，特別是在降雨或融雪時，減少路基材料的軟化和損壞的風險。定期檢查排水管道是否堵塞或受損，如果管道阻塞會導致水流倒灌，威脅到路基穩定性和安全性。更為重要的是，在新高速公路橋梁的設計和建造中，應考慮合適的排水系統，包括排水溝、排水管道和排水設施。排水系統的設計應滿足預期的降水和水流情況，對于現有高速公路橋梁，可以考慮改進排水系統，以此來有效提高路橋性能[5]。

需要注意的是，寒冷地區氣溫較低，凍融循環可能對排水系統造成損害。使用耐寒材料和防凍融措施，可以減少凍融損害的風險。排水系統中的水流可能包含污染物，因此應采取適當的環境保護措施，以確保不會對周圍環境造成不利影響，建造環境友好型的高速公路橋梁工程。由此看來，選擇合理可靠的路基排水的預防性養護技術，可以確保高速公路橋梁的排水系統良好運作，有效減少路基材料的損害，提高高速公路橋梁的結構穩定性和耐久性，降低維護成本，對于增強高速公路的安全性和可靠性具有重要意義。

3.3 邊坡預防性養護

高速公路橋梁附近的邊坡是橋梁結構穩定性和周圍環境的關鍵組成部分，不良的邊坡條件可能導致坡地滑坡、侵蝕、沉降和結構損壞等問題。為了避免邊坡結構受損，預防性養護前要充分實地勘查，收集相關數據建立模型，綜合評估邊坡結構穩定性，如果發現潛在風險應及時編制合理方案予以處置[6]。具體的邊坡預防性養護技術如下：一是植被管理。保持邊坡上的植被可以有助于減少侵蝕和坡地滑坡的風險。植被可以固定土壤，減緩水流速度，防止土壤侵蝕。二是排水管理。合適的排水系統是確保邊坡穩定性的關鍵因素，應設計和維護有效的排水系統，以排除過多的水分，防止水分滲入邊坡。三是邊坡加固和保護結構。如果評估發現邊坡存在穩定性問題，可以采取加固和保護措施，如土工織物、支撐結構、護坡工程等，以增強邊坡的穩定性。四是施工和維護規范。在橋梁和邊坡的施工和維護中，應遵守適用的規范和標準。這些規范包括邊坡坡度、排水設施和材料使用等方面的要求。五是對于高風險邊坡，應建立風險管理計劃，包括緊急應對措施，以應對潛在的威脅。除此之外，應該定期組織維護人員接受系統化培訓，了解邊坡管理的要點和難點，能夠依托實際情況編制合理的養護技術。通過培訓還可以提高養護人員對邊坡問題的敏感性和應對能力，為后續的路橋工程質量保駕護航。

3.4 上部結構預防性養護

為了規避上部結構病害，應設立專門機構，定期監測和檢查，可以及時發現問題和解決問題。同時，選擇耐久性強、高質量的材料建立上部結構，例如，在結構上涂抹一層防腐涂層，杜絕空氣及水分的進入，能夠延長結構使用壽命。同時，利用粘貼碳纖維布、預應力碳纖維板加固等技術，借用外力來改善梁板底的裂縫、水蝕等病害對板底的影響，從而加強梁板的耐久性。隨著時間的推移，上部結構可能出現不同程度的損壞，因此要定期維護處置，以此來預防基礎病害出現。通過有效的排水技術，能夠最大程度地降低水文風險出現概率。在新建高速公路橋梁時，使用高質量的防腐涂料可以提供額外的保護層，防止化學物質和水分滲入混凝土結構。采取合理有效的防水措施，如密封接縫、修復損壞的防水層，以防止水分滲透。保持排水系統的暢通，確保雨水和融化的冰雪能夠迅速排水，減少橋梁表面的濕度和化學物質積累。同時，也要依托實際情況，制訂并執行針對橋梁腐蝕的維護計劃，包括定期的檢查、維修和替換受腐蝕的部件。

3.5 瀝青還原技術

瀝青橋面是高速公路橋梁的重要組成部分，對確保道路安全和舒適性至關重要，采用瀝青還原技術，能夠降低橋梁養護費用。先對路面系統化檢查，包括評估路面裂縫、平整度以及變形等情況。對于橋面裂縫少，瀝青老化程度低的橋面，可以使用瀝青還原技術，如星封層、PRDC 瀝青還原劑等，通過在橋面噴灑這些材料，可以還原瀝青的性能，改善瀝青老化程度，封閉裂縫，阻止水分下滲，從而減輕橋梁病害的產生速度，延長橋梁的耐久性。與此同時，在橋面維護和修復中，應選擇合適的瀝青混合料，以滿足特定的道路條件和交通要求。

通過瀝青還原技術的應用，可以提高高速公路橋梁的整體質量和性能，延長橋面的使用壽命，降低維護成本，提高道路的安全性和舒適性，為出行人員提供更好的出行體驗。

4 結語

綜上所述，高速公路橋梁養護中，結合不同病害，合理化應用預防性養護技術，能夠及早發現并解決病害，降低養護成本，增強道路舒適性和安全性，延長路橋使用壽命。