公路橋梁加固及修復技術研究

徐榕　魏瑩瑩　楊怡宣　潘勇泉　閉祖鋮

摘 要：公路橋梁工程在交通工程中占據重要地位。但是，從公路橋梁的設計、施工到使用運營的整個過程中，受多種因素的影響，公路橋梁會產生許多結構性或非結構性的損壞，這些損壞可能導致公路橋梁無法繼續(xù)使用，因此，防止缺陷擴大、對公路橋梁進行修復加固，以滿足其繼續(xù)使用的承載力及剛度要求顯得尤其重要?；诖?，本文首先分析公路橋梁的常見病害及受損原因，然后探討公路橋梁的修復技術和加固技術。

關鍵詞：公路橋梁;修復技術;加固技術

Abstract： Highway and bridge engineering occupies an important position in traffic engineering. However， in the whole process of design， construction and operation of highway bridges， affected by many factors， highway bridges will produce many structural or non-structural damages， which may lead to the failure of highway bridges to continue to use. Therefore， it is particularly important to prevent the expansion of defects， repair and reinforcement of highway bridges to meet the requirements of the carrying capacity and stiffness for their continued use. Based on this， this paper first analysed the common diseases and damages of highway bridges， and then discussed the repair and reinforcement technology of highway bridges.

Keywords： highway bridge;repair technology;reinforcement technology

1 公路橋梁的常見病害及受損原因

按受損部位不同，可將公路橋梁常見受損分為兩大類：橋面受損和上部結構受損。公路橋梁損傷會在路橋的不同部位造成不同的病害，主要病害有裂縫、碳化、剝蝕、損害或缺損、沉降等。橋面受損主要包括公路橋梁橋面鋪裝破損、欄桿和防撞護欄損傷及伸縮縫處錨固混凝土破損。第一，橋面鋪裝層受損主要來源于設計和施工。設計階段除考慮對鋪裝下部結構的承載力計算外，還需考慮負彎矩對鋪裝產生拉應力的影響，否則鋪裝極可能在拉應力下產生裂縫導致破壞。此外，在施工階段，要嚴格控制上部結構的高度，使其與設計值的差距在允許范圍內，否則會因厚度影響鋪裝的剛度和承載力。第二，欄桿及防撞護欄損傷一般發(fā)生在使用階段，主要包括由于大型車輛對防護欄沖擊造成的撞擊損壞或產品過大變形，由于雨水侵蝕導致的鋼筋銹蝕和外部構件腐蝕，水分進入混凝土內部導致鋼筋銹脹產生的裂縫等。第三，伸縮縫的混凝土由于直接承受車輪反復沖擊，或未達到設計強度，或與背墻混凝土結合不好，或背墻混凝土質量差等原因，造成伸縮縫部位混凝土破損。

2 公路橋梁的一般修復技術

2.1 表層缺陷的修復

混凝土公路橋梁表層缺陷的修復技術可分為混凝土修復、水泥砂漿修復、混凝土黏結劑修復、環(huán)氧樹脂、混凝土表面防腐涂裝、鋼筋銹蝕修復、裂縫修復。

混凝土修復可通過直接澆筑、噴射、壓漿等方式對公路橋梁表面較大范圍的破損進行修復。需要注意的是，在修復前，要對混凝土表面進行處理，主要對混凝土表面的蜂窩、空洞進行處理、鑿毛，對生銹的鋼筋進行除銹。

水泥砂漿修復主要通過人工涂抹、噴漿等方式對混凝土表面較小范圍的破損進行修復。修復的水泥砂漿可以是普通水泥砂漿或專用修補材料。

混凝土黏結劑修復技術可分為表面涂抹修復和澆筑修復。前者主要適用于表面小面積范圍的修復，如風化、淺層剝落等;后者主要對深入構件內部的缺陷進行修復。

利用環(huán)氧樹脂主要是進行防腐修復。因為環(huán)氧樹脂具有較好的抗?jié)B性和抗腐蝕性，且能與混凝土黏結良好，是一種很好的修復材料。但這種修復技術所需成本高，工藝要求嚴格，不常使用[1]。

2.2 鋼筋銹蝕的修復

混凝土內鋼筋銹蝕會導致混凝土和鋼筋脫開，甚至會引起混凝土開裂剝落，降低構件的耐久性。因此，需要對鋼筋銹蝕部位進行修復，主要步驟為：剝離已損壞的表層混凝土、除銹、涂刷阻銹劑和黏結劑、噴涂或澆筑混凝土，并且需要對新澆筑的混凝土進行表面處理。

2.3 裂縫修復

公路橋梁產生的裂縫可以分為結構性裂縫和非結構性裂縫，這里主要探討非結構性裂縫的修復方法。非結構性裂縫短期內不會影響公路橋梁的承載能力，但隨著裂縫不斷發(fā)展，可能會對公路橋梁的強度和耐久性造成影響，因此需要對非結構性裂縫進行修復處理。

公路橋梁非結構性裂縫的修復方法主要分為表面封閉修復法、表面粘貼修復法、壓力灌漿修復法三類。

其中，表面封閉修復的常用方法有填縫法、抹灰法、噴漿法、鑿槽嵌補法、加箍封閉法。填縫法：將水泥砂漿填補于清理干凈后的縫隙中，常用于輕微裂縫的簡單修理;抹灰法：在裂縫部位的砌塊或混凝土表面涂抹水泥漿修復;噴漿法：在裂縫部位結構層上噴射密實高強的水泥砂漿;鑿槽嵌補法：在裂縫處鑿一條深槽，并在槽內嵌補黏結材料;加箍封閉法：在鋼筋混凝土梁的主應力裂縫處，垂直裂縫方向加箍封閉裂縫。

表面粘貼修復法可分為粘貼玻璃布法、粘貼鋼板法。粘貼玻璃布法：對于細小的裂縫，可以粘貼兩層玻璃布進行修復，修復前需要對混凝土表面進行處理，并涂刷環(huán)氧基液;粘貼鋼板法：先在需要粘貼鋼板的混凝土表面涂刷環(huán)氧基液黏結劑，再將鋼板固定并養(yǎng)護一定時間，最后對鋼板表面進行防腐處理。

壓力灌漿修復法依據灌入漿材不同分為水泥灌漿修復法、化學灌漿修復法兩種。原理是通過施加一定的壓力，將漿液灌入結構內部裂縫中，達到封閉裂縫的目的。

水泥灌漿法的灌漿材料有水泥砂漿、水泥黏土、石灰、石灰水泥、石灰黏土。其具體施工流程為：確定裂縫的數量、范圍、鉆孔位置;確定漿液數量;按設計的位置鉆孔;孔徑合格后清孔;最后通過孔眼將漿液灌入。

化學灌漿法的灌漿材料有環(huán)氧樹脂類漿液、水玻璃類漿液、丙烯酸酯類漿液、聚氨酯類漿液等。其施工流程為：檢查裂縫情況，做好灌漿材料配料、埋嘴、灌漿注射等工作;確定鉆孔位置;孔深、孔徑合格后清孔;埋嘴;嵌縫或堵漏處理;埋嘴一天后，通過進行壓水或壓氣試驗檢查裂縫封閉和孔眼暢通情況;灌漿;拆除灌漿嘴，并用環(huán)氧膠泥抹平并一層環(huán)氧樹脂水泥漿。

3 公路橋梁常用的加固技術

公路橋梁加固方法和技術繁多，總體可以分為兩大類，包括五種方法。第一類為被動加固法，包括增大截面加固法、粘貼鋼板加固法和粘貼纖維復合材料加固法三種方法;第二類為主動加固法，包括體外預應力加固法和改變結構體系加固法。

3.1 被動加固法

3.1.1 增大截面加固法。原理：通過植筋等方法增大構件截面和配筋。分類：根據不同的加固目的和要求，可分為以增大混凝土截面為主的加固以及加配鋼筋為主的加固。

以增大截面為主的加固即為增大受壓區(qū)構件截面加固法，需要將原有橋面鋪裝全部鑿除，然后在原有橋面系上澆筑混凝土補強層。但由于增大了橋面高度，會使公路橋梁自重增大，從而導致恒載彎矩增加較多。因此，該法適用于原橋上部結構構件承載力不足、截面面積過小，而墩臺及基礎較好、承載力較大及梁體凈空受限的情況。

以加配鋼筋為主的加固又稱增大受拉區(qū)梁截面法。主要通過將T型梁、工字梁的下翼緣受拉區(qū)加寬加高，箱梁腹板和底板加厚等擴大梁的受拉面積，同時，在新增斷面中增設普通鋼筋或者預應力鋼筋。適用于梁內的主要受力鋼筋截面面積不足，無法滿足抗彎承載力的要求，而橋下凈空又受到限制、不允許過多地增加主梁高度的情況。

增大截面加固法的優(yōu)點是施工簡單、受力性能明確、加固后主梁的承載能力、剛度、穩(wěn)定性明顯提高，效果明顯、加固費用低。但增大截面加固技術作業(yè)工作量大、養(yǎng)護周期長、占用空間較多、還需適當中斷交通;若增大梁底尺寸，會使公路橋梁凈空有所減少。因此，這種方法適用于原橋鋼筋和截面尺寸偏小，下部構件承載力較好的公路橋梁。

3.1.2 粘貼鋼板加固法。原理：采用環(huán)氧樹脂系列黏結劑，將鋼板直接粘貼在被加固的鋼筋混凝土結構物的受拉區(qū)或抗剪薄弱部位，保證混凝土與鋼板作為一個新的整體共同受力。

加固流程為：鋼板條制作→混凝土面和鋼板面處理→加壓固定及卸載系統(tǒng)準備→膠黏劑配制→涂抹和粘貼→檢驗→維護。

3.1.3 粘貼纖維復合材料加固法。原理：通過在梁體底面或箱梁內壁粘貼纖維布，使其與公路橋梁結構布置鋼筋共同承受拉力，提高公路橋梁承載能力。

粘貼纖維復合材料加固法中所使用的復合纖維片是一種新型建材，其具有輕質高強、耐腐蝕、抗拉強度高的優(yōu)點。用于混凝土梁、板橋的加固時，提高抗彎承載能力;也可用于加固鋼筋混凝土受壓柱，以提高其承載力、延性、耐久性等。

這種方法的優(yōu)點：施工工藝簡便，成型方便，能適應不同構件形狀，不影響結構的外觀;采用的材料自重輕，因此，并不增加恒載及斷面尺寸，不會對原結構產生新的損傷;該法常使用的碳纖維布（片）具有優(yōu)良的耐化學腐蝕性，可以提高混凝土的抗腐蝕和碳化的能力。但是，這種加固技術受分階段受力的影響，后加補強材料的高抗拉性能很難發(fā)揮作用，而且復合材料的造價較高，易造成得不償失的后果。

3.2 主動加固法

3.2.1 體外預應力加固法。原理：運用預應力原理，通過在原有構件截面外增設預應力束，施加一定初始應力，預應力束通過與結構主體截面相連接的錨固與轉向實體來傳遞預應力，從而構成預應力加固體系。

體外預應力加固主要分為兩種體系：一是黏結體外預應力體系;二是無黏結體外預應力體系。黏結體外預應力體系的方法是將鋼絞線穿入孔道管內，進行鋼絞線的張拉，鋼絞線張拉完成后，再將孔道內灌入水泥漿。無黏結體外預應力體系是將單根無黏結筋平行穿入孔道內，在張拉無黏結筋之前，先完成灌漿工藝，由水泥漿體將單根無黏結筋定位，然后進行無黏結筋的張拉。

體外預應力的優(yōu)點：可以抵消部分自重應力，以達到卸載作用，從而較大幅度地提高梁的承載能力，增強公路橋梁耐久性;能有效控制結構的裂縫和撓度，使裂縫全部或部分閉合，大幅度減少撓度;所需設備簡單，人力投入少，施工工期短，不影響橋下凈空;在施工過程中，可以不中斷交通或短時間限制交通;加固后自重增加小，對墩臺及基礎受力影響不大，加固費用低，經濟效益明顯;能夠控制和調整校核體外預應力的應力，便于更換體外預應力鋼筋且體外預應力變化幅度小，無疲勞問題，但其缺點也很明顯。由于體外束與混凝土僅在錨固區(qū)與轉向塊處相連接，容易發(fā)生振動，因此，必須增加定位裝置，對體外束自由長度加以限制，且體外束容易受到環(huán)境的侵蝕及火災的影響;轉向塊應力集中，受力復雜，很容易出現大量裂縫，而且結構特別笨重。經體外預應力加固后，結構很可能處于超筋狀態(tài)，因此，在極限狀態(tài)下，可能因延性不足而沒有預警;體外力筋的實際偏心較小，極限狀態(tài)下的抗彎能力小于其體內有黏結力筋。

3.2.2 改變結構體系加固。原理：改變原公路橋梁結構受力體系，用以調整結構上內力的分布，提高公路橋梁結構整體承載能力。通過對原橋梁情況進行分析，對結構進行承載力驗算，選取合適的加固方法，例如：將簡支梁改為連續(xù)梁，以改變其內力分布。

4 公路橋梁加固設計新工法

傳統(tǒng)的加固和修復方法都比較單一，優(yōu)點和缺點都很明顯，對于大型結構的多發(fā)病害，可以采用多種方法有機結合的方式，做到取長補短，以滿足公路橋梁使用要求和承載力要求，同時又不降低其某方面的性能。

4.1 后增鋼桁架體外預應力加固技術

后增鋼桁架體外預應力主要通過設置鋼桁架和體外預應力筋兩種方式結合來提高舊橋的承載力。這種加固方式不但可以改善公路橋梁的受力，而且能避免因為重新加固而使公路橋梁遭受新的損壞。該方法通過設置體外預應力筋減小外荷載和公路橋梁自重產生的正彎矩，抑制裂縫的發(fā)展;設置鋼桁架作為橫隔梁，可以增強公路橋梁間的整體性，提高主梁之間的共同工作性能。

其中，體外預應力可對需要加固或提高承載力的公路橋梁，在其梁底或兩側設置預應力鋼筋或鋼絲束。采用這種加固方式無需鑿除原有的混凝土保護層，可降低由于加固而對公路橋梁造成的損傷。需要注意的是，在穿布體外預應力鋼束前需要對原底板鋼筋位置進行測定，防止盲目施工導致費孔。預應力束的張拉可按照《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTG/T F50—2011）的相關要求執(zhí)行，最后需要進行封錨和防腐處理，并設置鋼束減震裝置。

利用體外預應力加固公路橋梁可以大幅度提高舊橋的承載力，對舊橋的損傷減小，不增加公路橋梁高度，且在加固過程中可以不影響正常使用，經濟效益較高[2]。

4.2 新增橫隔板加固

橫隔板加固主要針對公路橋梁橫向聯(lián)系較弱的情況，可以通過增設橫隔板或鋼橫系梁等方式加固公路橋梁承重結構。其主要流程是：測定原鋼筋位置、放樣、下料、安裝、防腐處理。測定原鋼筋位置是為了避開主要受力鋼筋，下料時也可以進行防腐和孔內處理。

通過增設橫隔板的方式能夠加強主梁之間的聯(lián)系，對承受偏載和提高抗扭剛度的作用明顯。但是，為保證其面內外的穩(wěn)定性，還需要配置一定的受力鋼筋。

5 結語

任何一座公路橋梁在使用過程中，都或多或少地存在一定程度的缺陷，而造成公路橋梁缺陷的成因有很多種。若不對缺陷加以處理，缺陷將越來越嚴重，最終危及公路橋梁安全。在對公路橋梁缺陷進行處理時，必須深入分析造成公路公路橋梁缺陷的具體原因，然后采取科學合理的技術手段對橋梁缺陷進行修復。此外，還要在設計、施工階段預防缺陷的發(fā)生，認真做好建設階段各個過程的質量控制。

參考文獻：

[1]岳強.公路橋梁缺陷成因及加固修復技術研究[J].科技與企業(yè)，2013（14）：192.

[2]李曉波.公路橋梁缺陷成因及加固修復技術[J].科技傳播，2014（4）：164，163.