公路橋梁養護與維修加固施工技術

文／謝鴻鑫 廣西交投柳州高速公路運營有限公司 廣西柳州 545000

引言：

公路橋梁的養護工作包含了橋梁跨越河流、山谷及各類交通路段的維護及修復等各個方面的工作。在進行公路橋梁的養護、加固和維修工程時，必須遵循“安全適用、技術可靠、經久耐用、經濟合理、保護環境”的原則，按照《公路養護技術規范》(JTGH10-2009)、《公路橋梁加固設計規范》(JTG/TJ22-2008)、《公路橋梁設計通用規范》(JTGD60-2004)和《公路橋梁地基與基礎設計規范》(JTGD63-2007)等規范操作。在具體實施加固和維修時，要根據橋梁的具體狀況，選用恰當的施工技術，達到增強其承載能力和保障公共交通安全暢通的目的。

1.公路橋梁常見病害

1.1 地基不均勻沉降

讓公路橋梁出現不均勻沉降現象的主要原因有地基土不均勻性、地下水位變化、土體壓縮性差異以及重載循環影響等，在發生不均勻沉降現象后，會讓橋梁出現位移或者構件應力集中、裂縫或者斷裂等問題，在嚴重情況下，地基不均勻沉降還會讓橋梁的整體穩定性和服務性能受到嚴重影響，甚至引起橋梁垮塌事故[1]。

1.2 鋼筋銹蝕

鋼筋銹蝕指的是橋梁中鋼筋由于裸露在外，受到化學或電化學反應而產生銹蝕。這種現象通常由環境中的氯離子、碳化作用或持續的水分暴露引發，這類病害通常源于混凝土的碳化作用和氯離子侵蝕，碳化作用降低了混凝土的pH 值，削弱了對鋼筋的保護，而氯離子的滲透則直接腐蝕鋼筋。混凝土保護層厚度不足等施工過程中的不當操作，也會加速鋼筋銹蝕。判斷鋼筋銹蝕可以直接通過橋梁的外觀檢查和結構完整性評估來處理，典型的銹蝕跡象非常明顯，有混凝土表面的裂縫和剝落，且這些裂縫通常沿著鋼筋分布方向延伸，暴露出銹蝕的鋼筋。在嚴重情況下，銹蝕會導致鋼筋截面減小，嚴重影響橋梁的承載能力和穩定性。

1.3 工程裂縫

由于公路橋梁的材料性質不匹配、設計不當、施工質量不達標或者周邊環境侵蝕以及荷載作用等原因，會出現工程裂縫，這類裂縫一般分為結構裂縫和非結構裂縫。結構裂縫通常由于超載、設計缺陷或混凝土收縮不均等原因引起，它們通常貫穿整個構件，對結構的完整性和穩定性構成嚴重威脅[2]。非結構裂縫則多由溫度變化、濕度變化和混凝土自身的收縮膨脹引起，這類裂縫雖不直接影響橋梁的承載能力，但長期存在可能導致水汽和腐蝕性物質滲透，加速結構的損壞。

1.4 上部結構病害

公路橋梁上部結構病害普遍存在于橋面板、梁、橋墩頂部、伸縮縫等構件中，主要表現為結構剝落、變形、銹蝕等多種形式，橋面板的剝落通常由于凍融循環、磨損或水侵蝕造成，導致混凝土表層脫落，影響橋梁安全及舒適性。梁和橋墩頂部的變形則是因長期荷載作用或結構設計不當引起，這種變形會影響整個橋梁的力學性能和穩定性。

1.5 下部結構病害

公路橋梁的下部結構病害有梁蓋病害、墩臺病害、基礎病害及橋面病害，這些病害的發生與橋梁的設計、材料、施工及所處環境等多種因素密切相關。梁蓋病害通常表現為裂縫、剝落或變形，其產生原因一般是梁蓋材料老化、荷載超標或施工質量不佳。在荷載作用下，梁蓋產生開裂，隨后因環境因素如凍融循環或化學侵蝕而進一步惡化。而墩臺病害包括裂縫、剝落、銹蝕和變形等，這些通常由于結構荷載不均、基礎沉降不均或水流侵蝕導致。墩臺的結構完整性對于橋梁的穩定性至關重要，一旦受損會對整個橋梁結構安全造成威脅。基礎病害通常與地質條件和土壤特性有關，如地基不均勻沉降、土壤侵蝕或液化可能導致橋梁基礎穩定性受損。基礎的穩固性是確保橋梁安全的基石，任何形式的基礎損傷都需引起高度重視。橋面病害則主要體現為裂縫、坑洼或剝落，這些病害通常由交通荷載造成的磨損、溫度應力引起的裂縫或者材料老化引起。

1.6 支座病害

支座作為橋梁上部結構與下部結構之間的重要連接部件，承擔著傳遞和分配荷載的作用，并且能讓橋梁結構適應溫度變化和位移。支座病害的典型表現為橡膠支座硬化、滑動支座滑動性能降低或固定支座發生銹蝕，這些病害現象會讓支座功能失效，影響橋梁的正常使用和安全性能。例如，支座硬化使橋梁失去適應溫度變化的能力，增加結構應力；滑動支座性能降低會限制橋體結構的正常位移，出現局部應力集中的問題。

1.7 混凝土病害

這里所說的公路橋梁混凝土病害主要是混凝土結構碳化、凍融損傷、堿骨料反應、硫酸鹽侵蝕及鋼筋腐蝕等問題，其中，混凝土碳化是由于環境中的二氧化碳滲透混凝土并與堿反應，導致混凝土pH 值下降，進而削弱對鋼筋的保護作用，引發鋼筋銹蝕。凍融損傷主要在寒冷地區發生，水分在混凝土孔隙中凍結時體積膨脹，導致混凝土內部應力增加，久而久之造成裂縫和剝落。堿骨料反應是混凝土中堿金屬與活性骨料發生化學反應，產生膨脹產物，引起體積膨脹和裂縫。硫酸鹽侵蝕則是由于硫酸鹽與混凝土中的鈣質反應形成可溶性鹽和膨脹產物，導致體積膨脹、強度下降和裂縫。

2.公路橋梁的養護技術

按照《公路橋涵養護規范》和《公路養護技術規范》的相關要求，公路橋梁的日常養護和維護工作有日常巡查、經常性檢查和定期檢查等，這些檢查工作的重點在于對橋梁的上部和下部結構、橋面的鋪設情況以及橋臺及其相關設施的技術狀況進行全面評估，盡早發現橋梁病害或上下部結構的損害問題[3]。一旦檢測到這些問題，就必須立刻擬定維修和保養方案。

2.1 橋梁日常養護內容

橋梁檢測是養護工作的首要環節，檢測時要對橋梁的上下部結構進行定期和詳細的檢查，識別橋面板、梁體、支座、伸縮縫、橋墩和橋臺等部位的裂縫、腐蝕、剝落、變形和其他潛在病害，除了人為檢測還可以使用超聲波、磁通泄漏檢測等設備，以此來提高檢測工作的準確性和效率。結構養護主要是對發現的病害進行及時修復和加固，對裂縫進行注漿、封堵，對腐蝕部位進行清理和涂抹防腐涂料，以及對損壞的結構部件進行更換或加固，特別是對梁體和橋墩等承載重要荷載的結構元素進行加固。而設施養護則涵蓋橋梁的附屬設施，如排水系統、防撞設施、擋土墻、照明和交通信號設備的維護和修理，要定期清理排水溝，保證排水系統暢通無阻，保障道路橋梁的交通和行人的安全。

2.2 科學的養護管理方案

2.2.1 充分掌握公路橋梁整體情況

提升公路橋梁預防性養護的效果，關鍵在于在養護管理過程中要全面掌握橋梁的整體狀況，增強其維修和預防養護的有效性。在養護作業實施前，要制定一套詳細而且科學的橋梁檢測流程，對公路橋梁的運行狀況進行深入的檢查和分析，確切掌握橋梁的損傷情況。養護團隊需要精準搜集并分析相關數據，整合這些信息深入識別問題所在及其成因。利用現代信息技術手段提高數據分析的準確性，實現公路橋梁養護工作的規范化和系統化，進而有效維護橋梁的穩定與安全。

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2.2.2 建立完善的養護管理系統

各相關部門需積極發揮其在橋梁養護管理中的主導作用，針對實際情況，打造出集綜合性和科學性于一體的公路橋梁養護管理體系，系統地收集和分析相關數據，確保這些信息為未來的橋梁養護工作提供可靠的科學依據。科學地實施養護管理系統能明顯提高公路橋梁養護施工的效果，建立全面的養護評估機制客觀地展現養護工作的成效，清晰反映橋梁的運行狀況，為未來的維修與保養工作提供重要參考。這種綜合的管理和評估制度有利于保障公路橋梁的長期穩定性和安全性，同時也能有效提升養護工作的效率和品質。

2.2.3 科學選擇養護時機

要對公路橋梁的運行狀態進行持續的檢測和評估，需要多方面綜合橋梁的年齡、材料維護狀態以及周邊環境情況，并參考以往的養護記錄，選擇合適的養護時機。并且基于早發現早防治的原則，對風險評估較高的構件進行預防性維護，一般會選擇橋梁達到特定使用年限、檢測到初期病害發展，或者經歷極端天氣事件后。在選擇養護時機時，還需考慮養護活動對交通的影響，盡量避免高峰時段，以減少對公共交通的干擾。此外，養護計劃應充分考慮季節性影響，比如在冬季凍融循環前后加強橋面的養護[4]。科學地選擇養護時機，不僅能有效延長橋梁的使用壽命，還有助于提高養護工作的效率和質量，確保橋梁結構的安全和穩定。

2.3 具體的養護施工技術

2.3.1 混凝土碳化預防性養護技術

要提前預防混凝土碳化，就需要使用低堿性水泥、提高混凝土的致密性以及加強混凝土的表面保護，可以選用低堿性水泥減少碳化反應，通過優化混凝土配比、確保充分養護，提高混凝土的致密性，同時在混凝土的表面施加表面涂層或采用硅酸鹽類、有機硅化合物等防護劑，形成保護層，阻隔空氣中的二氧化碳。除了提前預防，還要定期進行混凝土表面的檢查和維護工作，多重措施有效結合才能達到控制混凝土碳化進程的效果。

2.3.2 裂縫的預防性養護技術

以公路橋梁的裂縫寬度為參考依據，能夠把裂縫分為超限裂縫和非超限裂縫，處理非超限裂縫的方法相對來說比較簡單，使用鋼絲刷清除裂縫表面的塵土和雜質，然后在裂縫的兩邊分別涂上丙酮，作為清潔和去油的步驟，最終涂上一層水玻璃封閉這類裂縫。而處理超限裂縫時，在完成清理和丙酮處理后，需要將環氧樹脂注入裂縫，這樣不僅能封閉裂縫，還能增強裂縫處的結構強度。這兩種方法各針對不同程度的裂縫，能有效地恢復和保護公路橋梁的結構完整性。

在橋梁建設過程中，鋼筋遇到水和氧氣容易發生腐蝕現象，會對橋梁的穩定性構成威脅。為避免這種情況，公路橋梁的施工過程中必須切斷鋼筋與水、氧的直接接觸。目前，處理鋼筋銹蝕的常規方法是先拆除受損的混凝土部分，然后清除鋼筋上的銹跡，接著在鋼筋表面涂上粘合劑，并使用高性能混凝土來提升保護效果。這些修復措施完成后，在混凝土外層再涂一層砂漿，以此達到更好的預防保養效果。

3.公路橋梁加固維修技術的操作要點

3.1 基礎加固

基礎加固的主要目標是提高公路橋梁的承載能力，抵御地震、風力和水流等自然因素的影響。在實施基礎加固時，常見的做法有擴大橋墩基底、加固樁基和使用地下連續墻等。施工團隊要考慮當地地質條件、橋梁設計和使用年限等因素，采用合適的加固方案。例如，在軟土地區，常采用深層攪拌樁或壓密樁技術增強地基承載力。在老舊橋梁加固中，還需考慮現有結構的承載特性，選擇合適的加固材料和施工技術。

3.2 驗收鋼筋、混凝土等建筑材料

合格的材料才能讓加固施工效果完全發揮出來，驗收鋼筋、混凝土時，需要嚴格按照設計規范進行抽樣檢測，并對鋼筋的外觀質量進行檢查，確認其表面沒有明顯的損傷或腐蝕現象。同時檢查水泥、骨料、粉煤灰等材料的成分，對混凝土澆筑后的強度做出措施，驗證其是否有達到設計要求。

3.3 采取有效加固維修方式

評估待維修加固的公路橋梁結構是決定加固維修方式的關鍵步驟，要通過非破壞性檢測、結構監測和現場調查，獲得橋梁結構的受力情況、損傷程度和材料狀況等詳細信息，這樣才能讓加固工程精確針對具體問題進行解決。還需要借助當前的先進科學工具，模擬出不同加固方案的具體性能，并評估其受力特性和應力分布情況，將結構評估、結構分析和材料選擇等信息整合到一個具體的加固維修方案中。按照上述方式所確定的方案來進行加固維修施工，要嚴格控制施工質量，正確安裝所有加固的構件，并準確修復受損部分，同時在施工過程中做好監測和質量檢查。

3.4 進行公路橋梁裂縫的修補

使用先進的無損檢測技術精確地定位和評估裂縫的嚴重程度，針對不同類型和程度的裂縫選擇合適的修補方法，微裂縫通常采用低粘度環氧樹脂注入的方式進行修補，有效滲透裂縫并在固化后形成強韌的粘結，恢復材料的完整性。而寬裂縫要使用聚合物改性水泥或灌漿技術，這些材料在灌注后能夠提供更高的抗壓強度和耐久性。然后再針對性的進行結構加固，如使用碳纖維加固帶或鋼板粘貼技術，這些加固材料能顯著提升結構的抗彎、抗剪能力。在加固過程中，要讓加固材料與原有結構之間保持良好的粘結，并對暴露的鋼筋進行除銹和防腐處理[5]。裂縫修補完成后，一定要做好各項測試工作，確認修補區域的性能達到或超過原設計標準。

4.公路橋梁加固施工技術的具體應用方式

4.1 碳纖維加固技術

碳纖維復合材料（CFRP）以其高強度、低密度和優異的耐腐蝕性能，在橋梁結構加固中發揮著重要作用，碳纖維加固的過程通常包括表面處理、粘合劑選擇和碳纖維材料的施工三個關鍵步驟。表面處理是對橋梁結構表面的清理和研磨，讓碳纖維材料與結構表面具有良好的粘結力；選擇合適的粘合劑能夠提升加固效果，通常選擇具有高強度和耐候性的環氧樹脂基粘合劑；碳纖維布或板的施工是一個精細且技術要求高的過程。施工前，需根據橋梁的受力特點和損傷程度確定碳纖維材料的層數和覆蓋范圍，在碳纖維布的鋪設過程中，要保證布料無褶皺、無氣泡，確保其與結構表面的緊密貼合，還要精準控制施工過程中的溫度和濕度條件，防止環氧樹脂過早固化或不均勻固化。

4.2 體外預應力加固技術

在公路橋梁的外部搭設防腐能力強的預應力筋，減小或控制橋梁結構中的裂縫和變形，施工前要先對橋梁的結構進行清理，讓加固部位表面光滑、無塵埃和雜物，然后在加固部位安裝預應力錨固設備，錨固設備安裝完畢后，就在預應力鋼束或鋼絲繩上施加高強度的拉力，確保它們能夠承受預期的荷載，然后再灌漿將其固定住。由于體外預應力加固技術可以根據橋梁的具體情況和需求進行定制設計和施工，因此適用于各種不同類型和尺寸的橋梁結構。

4.3 增補樁基加固技術

增補樁是指在現有橋梁基礎中打入鋼筋混凝土樁、鋼樁或其他適當材料制成承重樁，如果原始地基土質不足以承受橋梁的荷載要求，或者橋梁出現地基土層不均勻沉降等問題，增補樁可以通過提供額外的支撐來解決這些問題。在開始加固工作之前，需要對橋梁的基礎進行詳細的評估，根據地質情況選擇適宜的樁型（如鉆孔灌注樁、預制樁等），施工中應嚴格控制樁基的垂直度和位置精度，確保新樁基能有效地與原橋梁結構相結合，并發揮預期的支撐作用。

4.4 粘貼鋼板加固混凝土技術

該技術的基本原理是在混凝土結構表面粘貼鋼板，借助鋼板的高強度和良好的延展性，來增強公路橋梁混凝土結構的整體性能。鋼板的厚度、寬度及長度應根據具體的結構需求和計算結果而定，在粘貼前要在鋼板背面涂布專用的粘接劑，粘貼過程中讓鋼板與混凝土表面緊密貼合，無氣泡或空隙。可以采用機械固定方式暫時固定鋼板，在鋼板完全固化后，進行必要的密封處理，還需對加固后的結構進行荷載測試，驗證其承載能力和加固效果。粘貼鋼板加固技術具有施工快捷、干擾小、成本相對較低等優點，選擇該技術時需綜合考慮橋梁的具體情況和環境條件，確保加固方案的合理性和有效性。

4.5 增大截面

這種技術通過在現有橋梁結構上添加新材料，如鋼筋、混凝土等，來增加橋梁的截面尺寸，該技術既可以用于老舊橋梁的維修和改造，也適用于新橋梁的設計與建設，施工時要先安裝支撐和模板，并在原有構件的混凝土表面做好清理工作，在表面制造一定深度的坑槽或溝槽，坑槽的深度不少于6 毫米，每100 毫米×100 毫米的區域內不少于5 個浮銹點，溝槽的間隔不應超過主筋間的距離或200 毫米，然后再通過外加鋼筋網、鋪設預應力筋或使用碳纖維等高強度材料來加固原有結構，最后做好混凝土澆筑工作。

結語：

總而言之，在我國的現代公路交通管理體系中，做好公路橋梁的養護與維修加固工作是較為重要的內容，隨著社會的進步，我國對公路橋梁建設和養護的重視程度顯著提升，投入的人力、物力和財力也相應增加。為了保障公路橋梁能夠長期而有效地服務社會經濟，要不斷研究優化橋梁維修和預防保養的相關技術，這樣才能提高橋梁的使用壽命。