高速公路道路與橋梁結(jié)構(gòu)病害與加固技術(shù)分析

沈清林

摘要：高速公路道路與橋梁是公路運輸體系的重要組成部分，如何保障路橋工程結(jié)構(gòu)安全和行車安全是社會關(guān)注的焦點話題。由于路橋工程自身結(jié)構(gòu)復雜、跨度大、荷載大，對施工質(zhì)量提出了更高的要求，再加上人為因素、自然因素等多方影響，很容易出現(xiàn)一些病害問題，如橋面鋪裝病害、伸縮縫病害、梁體混凝土裂縫病害等等。基于此，本文首先分析路橋工程結(jié)構(gòu)病害及其成因，進而探究路橋工程加工（固？請確認）技術(shù)的應用。

關(guān)鍵詞：路橋工程結(jié)構(gòu)病害加固裂縫

中圖分類號：TU753

Analysis?of?the?Structural?Diseases?and?Reinforcement

Techniques?of?Highway?Roads?and?Bridges

SHEN?Qinglin

（The?Fifth?Engineering?Co.，?Ltd.?of?China?Railway?11th?Group，?Chongqing，?400000?China）

Abstract：?Highway?roads?and?bridges?are?important?components?of?the?highway?transportation?system，?and?how?to?ensure?the?structural?safety?and?driving?safety?of?road?and?bridge?engineering?is?a?hot?topic?of?social?concern.?Due?to?the?complex?structure，?large?span?and?high?load?of?road?and?bridge?engineering，?higher?requirements?are?put?forward?for?construction?quality，?and?coupled?with?the?influenct?of?human?factors?and?natural?factors，?it?is?easy?to?have?some?disease?problems，?such?as?bridge?deck?pavement?diseases，?expansion?joint?diseases，?beam?concrete?crack?diseases，?etc.?Based?on?this，?this?article?first?analyzes?the?structural?diseases?and?their?causes?of?road?and?bridge?engineering，?and?then?explores?the?application?of?the?reinforcement?technology?of?road?and?bridge?engineering?.

Key?Words：?Road?and?bridge?engineering;?Structural?disease;?Reinforcement;?Crack（請確認）

近些年，道路運輸車輛持續(xù)增加，致使道路荷載加大，提升路橋工程結(jié)構(gòu)病害發(fā)生率。我國公路交通事業(yè)正處于高速發(fā)展階段，全面加強路橋工程養(yǎng)護與維修，不僅關(guān)乎到社會經(jīng)濟發(fā)展，更關(guān)系到民生問題。針對路橋工程結(jié)構(gòu)病害，必須要分析病害產(chǎn)生的原因，并以此針對性采取相應的加固技術(shù)，消除病害以及風險隱患，從而保障我國公路交通運輸事業(yè)長足發(fā)展。

• 路橋工程結(jié)構(gòu)病害及其產(chǎn)生原因

1.1伸縮縫病害

作為路橋工程最常見的伸縮裝置，設置伸縮縫主要應對結(jié)構(gòu)收縮、荷載變化等問題。我國大部分伸縮縫都是仿毛勒伸縮縫，由異形鋼梁、橡膠止水膠條構(gòu)成，是一種可伸縮的密封結(jié)構(gòu)。伸縮縫由于是表面裝置，受到車輛長期反復荷載作用以及自然條件侵蝕作用，可能會產(chǎn)生相鄰混凝土破壞、離骨、斷裂等病害。導致伸縮縫病害的主要原因有以下幾個方面。

1.1.1設計方面

設計中的配筋量少、結(jié)構(gòu)剛度較差、伸縮量計算不準，沒有考慮到溫度變化對伸縮縫造成的負面影響，從而導致靠背混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫和損壞。

1.1.2施工方面

錨固焊接沒有焊透，焊接質(zhì)量不達標，一旦受到較大的荷載沖擊焊接位置容易斷裂，造成靠背混凝土結(jié)構(gòu)脫骨、破碎、（型鋼）斷裂。施工中造成伸縮縫破壞，初始縫寬不足，受車輛影響導致伸縮縫抵攏。混凝土澆筑不嚴密、振搗不到位，導致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、空洞等問題，承載性能下降。

1.2橋面鋪裝病害

1.2.1設計方面

混凝土層厚度不足、配筋數(shù)量不足，無法承受較大的行車荷載，增加坑槽、開裂的發(fā)生概率。由于路橋工程相比城市普通公路工程受到的上部荷載、沖擊更強，普通的道路防水卷材無法滿足路橋工程使用要求，從而造成了瀝青面產(chǎn)生推移病害。

1.2.2施工方面

混凝土配比不合理，強度不達標，造成鋪裝局部破損。瀝青料配比不符合規(guī)范標準，增加開裂、車轍發(fā)生概率。施工主梁頂面標高超出設計標準允許范圍，鋪裝層以及混凝土鋼筋網(wǎng)保護層厚度不足或厚度不均，特別是厚度較薄的部位很容易出現(xiàn)破碎情況[1]。防水層施工中由于混凝土層清理工作不到位，鑿毛環(huán)節(jié)不符合質(zhì)量標準，降低了混凝土層、防水層之間的黏結(jié)性能，受到?jīng)_擊容易產(chǎn)生病害。

1.3梁體混凝土裂縫

路橋工程主體是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其主要病害就是裂縫問題，如果裂縫擴大到一定程度，會導致鋼筋裸露，從而造成腐蝕問題，銹蝕鋼筋表面膨脹增加混凝土應力擠壓周圍混凝土出現(xiàn)脫落情況，嚴重會影響路橋工程整體架構(gòu)的安全。造成梁體混凝土裂縫病害的原因有以下幾個方面。

1.3.1設計方面

預應力大面積失效，局部應力集中，造成混凝土開裂。設計中沒有考慮定位鋼筋，梁板預制上浮，保護層厚度不足，振搗不充分導致混凝土不密實，增加了干縮裂縫出現(xiàn)概率。

1.3.2施工方面

結(jié)構(gòu)預應力張拉階段存在張拉早、預應力筋多、底板混凝土厚度不均，張拉應力超過混凝土抗拉應力從而出現(xiàn)裂縫問題。水泥標高過高或用量過多，會增加養(yǎng)護階段的收縮應力，出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。拆模過早、養(yǎng)護不到位也會引發(fā)裂縫問題。

1.4橫向結(jié)構(gòu)病害

目前大部分新建路橋工程都是采用裝配式橋梁施工方案，具有施工效率高、重量小等優(yōu)勢。而裝配式橋梁是采用橫向布置形式，通過鉸鏈、橫隔板等聯(lián)系結(jié)構(gòu)將梁體連接成一個整體。橫向結(jié)構(gòu)用于傳遞彎矩、剪力，從而讓各個部位梁體均勻受力。常見的橫向結(jié)構(gòu)病害包括板梁鉸縫滲水、某個梁體集中受力、T梁橫板開裂。造成橫向結(jié)構(gòu)病害的主要原因有以下結(jié)果方面。

1.4.1設計方面

鉸縫規(guī)格、截面、配筋數(shù)量、剛度較小，采用干接頭T梁橫隔板，用鋼板連接隔板，無法承受較大的彎矩和剪力，增加開裂發(fā)生概率。

1.4.2施工方面

T梁焊接質(zhì)量不達標，焊接長度不達標，橫隔板錯位焊接，砂漿與橫隔板黏結(jié)性較差。板梁鉸縫振搗不充分，混凝土結(jié)構(gòu)強度不足，容易產(chǎn)生破壞問題。

1.4.3其他方面

車輛超載運行，增大結(jié)構(gòu)受力荷載量，如果上部荷載超出了抗彎矩、抗剪力最大值就會造成破壞情況。

1.5構(gòu)件混凝土局部破損

路橋構(gòu)件主要為混凝土結(jié)構(gòu)，其較為常見的病害就是局部破損，并且十分普遍。主要表現(xiàn)為鋼筋銹蝕、混凝土局部開裂。構(gòu)件混凝土局部破損主要是因為雨水或空氣進入到混凝土結(jié)構(gòu)缺陷位置造成構(gòu)件侵蝕，銹蝕擠壓作用導致混凝土結(jié)構(gòu)受損。同時，溫度劇烈變化也會增加混凝土出現(xiàn)裂縫的概率。

• 路橋工程結(jié)構(gòu)病害的加固技術(shù)

2.1伸縮縫病害維修加固

伸縮縫病害維修加固主要是通過局部修補為主，如果受損較為嚴重則直接重新設置伸縮縫。維修加工方法具體如下。

1. 將受損混凝土部位全部剔除，內(nèi)部不得出現(xiàn)松散混凝土情況，應確保鋸縫要鋸透，避免后續(xù)開槽出現(xiàn)瀝青層松動。
2. 原梁體預埋鋼筋盡可能保留，維修更換能利用的鋼筋數(shù)量少，通過植筋的方法補齊用量，這也是伸縮縫重新設置的重要環(huán)節(jié)。植筋選用Φ16二級鋼筋，嚴格按照維修方案的標準深度、強度開展植筋工作，可以采用L型植筋方案和門字形植筋方案，確保伸縮縫錨固環(huán)焊接長度達標[2]。
3. 鋼筋網(wǎng)片可以起到抗裂作用，能有效提升伸縮縫抗病害能力。網(wǎng)片使用Φ10二級鋼筋制成。
4. 將網(wǎng)片插入到伸縮縫中，與錨固環(huán)焊接連接，保證焊透、焊足，加強伸縮縫混凝土整體強度，通過網(wǎng)片傳導作用使伸縮縫和上部主體結(jié)構(gòu)同時受力。

此外，考慮到路橋工程特性，伸縮縫型鋼以E型或Z型伸縮縫為主。

2.2橋面鋪裝病害維修加固

2.2.1局部挖補

局部挖補維修主要是應對鋪裝面坑槽病害的技術(shù)方案，貫徹“圓洞方補”理念，將局部受損位置切除并修整成矩形，將鋪裝層所有受損混凝土全部剔除至堅實邊緣位置，修好后制作鋼筋網(wǎng)片并焊接，焊接長度、保護厚度與原設計標準一致，之后使用混凝土、環(huán)氧樹脂等材料修復矩形口，噴灑黏油層保養(yǎng)，并在上部鋪設與原高度相同的瀝青料。

2.2.2鋪裝層改造

將損壞部位到梁頂為止的鋪裝層全部剔除，并做好表面清理工作。適當提高鋪裝層厚度，用以極大橫向聯(lián)系作用，可以選用C40防水混凝土，混凝土層厚度不低于15cm。頂層鋼筋和底層鋼筋分別起到抗裂、抗彎折作用，采用Φ10二級鋼筋制作而成的網(wǎng)片用于強化。梁頂植筋，保證與鋼筋網(wǎng)焊接質(zhì)量，這樣除了可以更好的實現(xiàn)鋼筋網(wǎng)片定位，同時還可以保證混凝土結(jié)構(gòu)受力均勻。

針對防水層性能不達標問題，應將其該為熱噴SBS改性瀝青和熱拌碎石混凝土防水層方案。施工前，先對混凝土層進行鑿毛，確保沒有顆粒和毛刺，要求混凝土面均勻露出粗骨料，完成鑿毛后清除表面雜質(zhì)和灰塵。使用AC-13改性瀝青均勻攤鋪在混凝土層上，厚度控制在4～5cm即可。改性瀝青級別應不低于SBS（I-C），石料選用高性能碎石，如玄武石等[3]。

2.3混凝土梁體裂縫維修加固

2.3.1封閉裂縫

如果裂縫并未影響到結(jié)構(gòu)整體性能，則一般采用裂縫封閉措施，通常情況裂縫寬度低于0.15mm時則進行封閉處理，否則需要灌膠。封閉裂縫主要是采用素水泥、環(huán)氧砂漿、聚合物砂漿等在裂縫一定范圍內(nèi)刮抹實現(xiàn)裂縫封閉[4]。在處理當中，需要先將混凝土表面使用鋼絲刷打磨干凈，表面所有附著物全部清除干凈，之后再涂膜封閉材料。而灌漿是將材料灌入到裂縫內(nèi)部起到全封閉作用，需要清理地基、裂縫雜質(zhì)，將裂縫暫時封閉并粘貼注漿嘴，向縫隙中灌膠，完成灌膠后將注漿嘴拆除，封堵注漿孔并修整表面。

2.3.2結(jié)構(gòu)補強

如果裂縫發(fā)展到一定程度且危害到混凝土結(jié)構(gòu)安全時，則需要進行結(jié)構(gòu)補強工作。可以選用粘貼鋼板法、粘貼纖維法。粘貼鋼板法雖然可以提升結(jié)構(gòu)整體荷載性能，但會加大結(jié)構(gòu)自重，主要應用于表面平整的構(gòu)件，如果表面不平則會直接影響粘貼性能。而粘貼纖維法能有效緩解這一問題，施工方法與粘貼鋼板大體一致，但纖維材料可以粘貼在不平整表面上，如梁體錨固等，可以發(fā)揮纖維高強特性，還可以抑制裂縫發(fā)展。如圖1所示，在施工中，碳纖維布覆蓋裂縫位置避免裂縫進一步發(fā)展，碳纖維布需同時覆蓋裂縫周圍20cm范圍，加大粘結(jié)面積提升加固性能[5]。

2.4橫向結(jié)構(gòu)病害維修加固

2.4.1板梁鉸縫

針對鉸縫受損和某梁體受力集中等情況，主要是通過提升鋪裝層厚度解決病害。在設計時應加入穿手鋼筋，維修中可以增配箍筋、縱向筋，增加鉸縫剛度。

2.4.2T梁橫隔板

由于該病害主要出現(xiàn)在干接頭部位，維修中可以將其改成濕接頭。施工中將干接頭部位的混凝土鑿除，使用重新焊接修復斷裂鋼筋，在橫隔板底部增設鋼筋，之后澆筑混凝土。橫隔板處通過施加預應力以抵抗彎矩。施工中在T梁腹板位置打孔并穿過鋼絞線，按照維修標準安裝鋼墊板，使用千斤頂施加預應力，固定錨具，外露鋼筋使用環(huán)氧樹脂或聚合物砂漿覆蓋鋼筋表面以免銹蝕，同時起到加固作用[6-7]。

2.5構(gòu)件混凝土局部破損維修加固

通過局部修補解決該病害問題，將破損部位鑿除直到基底部位，銹蝕的鋼筋除銹并涂抹一層防銹材料，填充環(huán)氧樹脂完成修復。如果銹蝕十分嚴重則需要對其補強處理，將不銹鋼絞網(wǎng)線掛在破損部位，使用聚合物砂漿覆蓋其表面起到補強作用。

3結(jié)語

綜上所述，道路橋梁工程結(jié)構(gòu)病害直接影響工程整體質(zhì)量安全和行車安全，這就需要掌握路橋工程結(jié)構(gòu)病害發(fā)生原因，并針對性采取有效的維修加固措施，包括裂縫修復、結(jié)構(gòu)加固、結(jié)構(gòu)補強等，嚴格控制病害加固處理的施工質(zhì)量，做好修復加固施工質(zhì)量管理工作。由于路橋結(jié)構(gòu)病害具有發(fā)展性，應做到及時發(fā)現(xiàn)、及時修復缺陷部位，這樣才能夠確保道路橋梁工程安全。

參考文獻

[1] 吳璟.高速公路橋梁結(jié)構(gòu)病害及加固技術(shù)分析[J].建材發(fā)展導向，?2022，20（17）：156-158.

[2] 高鵬，鞠野.分析高速公路道路與橋梁結(jié)構(gòu)病害及加固技術(shù)[J].建筑工程技術(shù)與設計，2020（22）：1643.

[3] 黃紹洲.高速公路道路與橋梁結(jié)構(gòu)病害及加固技術(shù)探討[J].幸福生活指南，?2020（27）：61.

[4] 劉琦.道路橋梁結(jié)構(gòu)病害及加固技術(shù)分析[J].建材與裝飾，?2019（10）?：276-277.

[5] 范建松.高速公路道路與橋梁結(jié)構(gòu)病害及加固技術(shù)探究[J]?.建筑工程技術(shù)與設計，2021（20）：1154.

[6] 楊恩斌.?橋梁監(jiān)測的多源異構(gòu)信息分析與數(shù)據(jù)融合研究[D].昆明：云南大學，2022.

[7] 張峰.?大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁檢測評估與體外預應力加固研究[D].成都：西華大學，2023.