公路橋梁典型結(jié)構(gòu)病害分析及加固方案研究

王前進(jìn)

摘要：文章分析了公路橋梁典型的結(jié)構(gòu)病害，總結(jié)了應(yīng)對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)病害的加固方案，為公路橋梁結(jié)構(gòu)病害的防治工作提供參考依據(jù)，對(duì)提高公路橋梁的質(zhì)量及安全性具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：公路橋梁;病害.力口固;研究

中圖分類(lèi)號(hào)：U445.71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.029

文章編號(hào)：1673-4874（2019）07-0092-04

0引言

近年來(lái)，因公路橋梁的質(zhì)量問(wèn)題而引發(fā)的各類(lèi)交通事故時(shí)有發(fā)生，給人們的日常生產(chǎn)生活帶來(lái)了一定影響，并造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。公路橋梁的結(jié)構(gòu)病害是其質(zhì)量問(wèn)題的直接反映，通過(guò)對(duì)各類(lèi)結(jié)構(gòu)病害進(jìn)行深入分析，能夠?qū)窐蛄旱馁|(zhì)量加以評(píng)估并制定后續(xù)整改及修復(fù)方案。

1公路橋梁結(jié)構(gòu)加固處理的必要性

公路橋梁工程在我國(guó)當(dāng)前的交通領(lǐng)域中占有很大比重，對(duì)于緩解各地區(qū)的交通壓力、促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的建設(shè)具有重要作用。隨著我國(guó)公路橋梁施工技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，在工程施工的質(zhì)量、安全性等方面均有顯著的進(jìn)步。然而，新施工技術(shù)、施工材料的廣泛應(yīng)用并不能確保全部的公路橋梁在投入使用過(guò)程中的效果都令人滿(mǎn)意。這一方面與公路橋梁工程的后續(xù)養(yǎng)護(hù)工作有關(guān);另一方面與公路橋梁日常的載荷及車(chē)流量有關(guān)。部分公路橋梁工程在投入使用過(guò)程中未嚴(yán)格控制過(guò)載、超載現(xiàn)象，導(dǎo)致部分橋體發(fā)生裂縫及形變等各種結(jié)構(gòu)病害，既包括上部的裂縫病害，也包括下部的墩臺(tái)病害，給通行的車(chē)輛帶來(lái)一定的安全隱患。對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理可提高公路橋梁工程的整體質(zhì)量及安全性，降低重特大交通事故發(fā)生的概率，減少工程的維護(hù)成本，對(duì)于延長(zhǎng)公路橋梁的使用壽命也具有重要意義。

2公路橋梁典型結(jié)構(gòu)病害分析

2.1上部結(jié)構(gòu)病害

2.1.1鉸縫處病害

鉸縫處病害在空心板橋梁工程中較為常見(jiàn)。鉸縫處出現(xiàn)破碎后，引起單板不均衡受力，最終使橋面的鋪裝工作無(wú)法完成，情況嚴(yán)重時(shí)可造成鉸縫混凝土脫落、透空問(wèn)題。鉸縫處病害對(duì)于空心板橫向受力性能影響較大，并可引發(fā)各種次生病害。對(duì)這種病害進(jìn)行修復(fù)時(shí)需封閉交通，清除原有鉸縫殘?jiān)?，維修工作量較大，工期較長(zhǎng)，對(duì)交通的正常運(yùn)行帶來(lái)較大影響。鉸縫處病害一般較為隱蔽，難以從外觀(guān)上判斷病害情況，當(dāng)鉸縫發(fā)生滲水后，則表明鉸縫混凝土存在裂縫或已破碎，即可通過(guò)滲水程度來(lái)判別鉸縫的病害情況。

2.1.2縱向裂縫病害

縱向裂縫多見(jiàn)于預(yù)應(yīng)力混凝土梁底板，且這種類(lèi)型的病害將持續(xù)發(fā)展，在公路橋梁中較為常見(jiàn)，具有普遍性。通車(chē)后三年左右為高發(fā)期，裂縫數(shù)量以及寬度隨時(shí)間增加而增加，嚴(yán)重影響了公路橋梁的使用壽命。

2.1.3橫向裂縫病害

橫向裂縫在鋼筋混凝土板梁中發(fā)生幾率較大，并隨時(shí)間的增加而逐漸發(fā)展。這種類(lèi)型的裂縫多見(jiàn)于板梁跨中區(qū)域，通常大范圍集中出現(xiàn)，裂縫的數(shù)量及寬度逐漸增加，使板梁剛度逐漸降低，且這種裂縫常伴有滲水及鈣化等病害發(fā)生。

2.1.4連續(xù)橋面裂縫病害

考慮到施工的便利性及行車(chē)的安全性和舒適度，公路橋梁施工中常使用連續(xù)橋面。連續(xù)橋面僅傳遞橫向載荷，因此連續(xù)橋面常發(fā)生橫向裂縫病害，進(jìn)而產(chǎn)生坑洞，經(jīng)過(guò)密集車(chē)流的不斷作用，這類(lèi)病害逐漸擴(kuò)大，使得連續(xù)橋面結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程應(yīng)用中受到一定的限制。連續(xù)橋面病害同樣會(huì)引起很多次生病害。

2.2下部結(jié)構(gòu)病害

2.2.1地基沉降不均

沉降是因?yàn)樗w作用而減弱了土體性能，而軟土地基沉降較為常見(jiàn)，一般通過(guò)灌漿法可進(jìn)行處理。對(duì)于輕型橋臺(tái)及樁基的沉降而言，主要是由于樁周土體載荷能力降低所致。值得注意的問(wèn)題是，地基壓密下沉情況下所引起的沉降是無(wú)法避免的，沉降值在規(guī)定范圍內(nèi)是允許的，若超出規(guī)定范圍則會(huì)給公路橋梁帶來(lái)不利影響。

2.2.2基礎(chǔ)傾斜滑移

傾斜滑移現(xiàn)象在橋臺(tái)基礎(chǔ)部分較為常見(jiàn)，通常由水土及人為原因所致。發(fā)生傾斜滑移的墩臺(tái)是基礎(chǔ)多位于軟土地基上的橋臺(tái)，包括重力式橋臺(tái)和倒T型橋臺(tái)等。沉井基礎(chǔ)在施工過(guò)程中擾動(dòng)了地基也會(huì)發(fā)生滑移。此外，沖刷也是公路橋梁基礎(chǔ)發(fā)生傾斜滑移的重要因素，其結(jié)果是橋梁基礎(chǔ)發(fā)生沖空病害，導(dǎo)致樁體傾斜。通常情況下局部沖刷影響較大，對(duì)橋墩穩(wěn)定性構(gòu)成一定威脅。亂采砂石等人為因素也可引起橋臺(tái)前端地面沉降，因臺(tái)前壓力降低而失去穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致橋臺(tái)向前滑移。

2.2.3基礎(chǔ)構(gòu)件腐蝕、開(kāi)裂

置于水中的基礎(chǔ)長(zhǎng)期受到腐蝕作用，使混凝土出現(xiàn)蜂窩以及露筋等現(xiàn)象。在受力不均衡情況下會(huì)引起局部應(yīng)力出現(xiàn)異常，發(fā)生橫向及縱向裂縫，在額外載荷作用下會(huì)使基礎(chǔ)構(gòu)件應(yīng)力改變而導(dǎo)致局部開(kāi)裂、損壞。

2.2.4墩臺(tái)裂縫、剪切破壞

墩臺(tái)損壞以裂縫為主要形式，有橫向、縱向以及網(wǎng)狀裂縫等。例如橫向裂縫多呈水平狀排列，多由施工技術(shù)問(wèn)題引起，當(dāng)墩臺(tái)實(shí)際承受的橫向剪力超過(guò)其最大載荷時(shí)會(huì)發(fā)生剪切破壞病害。這種類(lèi)型的病害主要是由于墩臺(tái)剛度不均以及墩臺(tái)上部橫向載荷等因素共同作用引起的。

2.2.5墩臺(tái)腐蝕破壞

當(dāng)水滲入到橋墩裂縫中時(shí)，凍脹作用會(huì)引起裂縫加大，裂縫進(jìn)一步發(fā)展到鋼筋時(shí)會(huì)使鋼筋發(fā)生銹蝕，鋼筋在銹蝕后體積變大，最終將保護(hù)層漲裂，導(dǎo)致混凝土脫落，發(fā)生露筋現(xiàn)象。

2.2.6墩臺(tái)傾斜形變

引發(fā)墩臺(tái)形變的因素有很多，包括設(shè)計(jì)和施工原因，但最主要的因素是水流沖刷。在公路橋梁原始施工方案的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)對(duì)橋梁的位置以及跨度進(jìn)行詳細(xì)論證和分析，這在一定程度上可以避免水流沖刷的情況發(fā)生。

公路橋梁典型結(jié)構(gòu)病害種類(lèi)及特點(diǎn)匯總?cè)绫?所示。

3公路橋梁結(jié)構(gòu)病害加固方案

3.1上部結(jié)構(gòu)病害加固方案

公路橋梁上部結(jié)構(gòu)病害的加固方案主要有增加梁截面、增配加固材料及輔助構(gòu)件等。

3.1.1增加梁截面

增加梁截面的方式有很多種，例如增焊主筋、增大梁肋、加厚橋面板以及噴射混凝土等。增焊主筋的目的是增強(qiáng)梁的抗彎強(qiáng)度并提高梁的高度，但當(dāng)主筋在允許范圍內(nèi)且公路橋梁下方凈空受限時(shí)，不能增加梁截面。增大梁肋即增加受力鋼筋以提高梁的抗彎強(qiáng)度，但在T型截面梁情況下如果原截面面積過(guò)小將引起載荷能力降低。加厚橋面板對(duì)于增加主梁高度及抗壓強(qiáng)度具有一定作用，并可優(yōu)化公路橋梁的橫向載荷能力。噴射混凝土可提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對(duì)于公路橋梁上部結(jié)構(gòu)的加固具有重要意義。

3.1.2增配加固材料及輔助構(gòu)件

增配加固材料主要是將鋼板、鋼筋以及玻璃鋼、碳纖維等高性能抗拉材料配置到混凝土薄弱的部位，與橋梁結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體，提高公路橋梁的載荷能力與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。必要時(shí)可增加新的縱梁，與原梁連接成為一體，共同承受載荷，分散原梁體的載荷壓力，綜合提高公路橋梁的載荷能力與結(jié)構(gòu)剛度。

3.2下部結(jié)構(gòu)病害加固方案

針對(duì)公路橋梁下部各類(lèi)型結(jié)構(gòu)病害，以基礎(chǔ)、墩臺(tái)結(jié)構(gòu)為例，列舉常見(jiàn)的加固方案。

3.2.1基礎(chǔ)加固

基礎(chǔ)部分的加固方案主要有增設(shè)樁基、擴(kuò)大基礎(chǔ)和人工加固等幾種方式。增設(shè)樁基主要是通過(guò)樁基周邊的鉆孔樁以及混凝土預(yù)制樁來(lái)實(shí)現(xiàn)，此方法擴(kuò)大了原承臺(tái)，提高了基礎(chǔ)的載荷能力及穩(wěn)定性，適用于軟弱層情況下發(fā)生沉降的公路橋梁墩臺(tái)，對(duì)于因水流沖刷而使樁基傾斜的情況也較為適用。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需水下作業(yè)且加固的效果十分明顯;缺點(diǎn)是需要通過(guò)架設(shè)樁架來(lái)實(shí)現(xiàn)，給公路橋梁的車(chē)輛通行帶來(lái)一定影響。擴(kuò)大基礎(chǔ)是指將公路橋梁基礎(chǔ)部分的底面積擴(kuò)大來(lái)降低基底應(yīng)力的方法，擴(kuò)大的基礎(chǔ)底面應(yīng)通過(guò)地基的強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行核算、確定，在新舊基礎(chǔ)的結(jié)合面位置應(yīng)設(shè)有足量的錨固鋼筋。擴(kuò)大基礎(chǔ)法施工流程如圖1所示。當(dāng)天然地基達(dá)不到載荷標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，通過(guò)人工加固方式來(lái)提高基礎(chǔ)的載荷能力，具體的方法包括砂樁加固、壓力灌漿以及振沖加固等。

3.2.2墩臺(tái)加固

墩臺(tái)部分的加固措施包括套箍加固、FRP（強(qiáng)化纖維塑料）加固、支撐梁加固、擋土墻加固等。套箍加固對(duì)于修復(fù)墩臺(tái)結(jié)構(gòu)裂縫病害效果顯著，如公路橋梁墩臺(tái)的貫通裂縫病害，通過(guò)套箍加固可有效防止此類(lèi)裂縫的繼續(xù)發(fā)展?？裳貥蚨者M(jìn)行橫向或縱向的FRP加固，經(jīng)過(guò)FRP加固后的載荷能力可提高15%～70%左右。橫向FRP加固的功能類(lèi)似于套箍，可對(duì)混凝土進(jìn)行有效約束，增強(qiáng)其抗剪性能及延性;縱向FRP加固能夠增強(qiáng)抗彎能力。FRP具有輕質(zhì)、便利、耐腐蝕以及維護(hù)成本低等諸多特點(diǎn)。支撐梁加固在小跨徑公路橋梁中的使用較為常見(jiàn)，一般支撐梁架設(shè)在梁橋臺(tái)之間的承臺(tái)處，對(duì)通航具有一定影響，架設(shè)過(guò)程中應(yīng)均勻分布支撐梁。如果在樁基以上集中架設(shè)支撐梁，則承臺(tái)將因集中受力發(fā)生開(kāi)裂。擋土墻加固在軟土地基中應(yīng)用非常廣泛，這是由于軟土地基情況下的臺(tái)后填土將給橋臺(tái)造成嚴(yán)重的側(cè)壓，使橋臺(tái)發(fā)生滑移，在橋臺(tái)后架設(shè)擋土墻對(duì)于削弱臺(tái)后填土的壓力具有積極作用，可進(jìn)而減小橋臺(tái)橫向受力，降低橋臺(tái)發(fā)生滑移的概率。

4結(jié)語(yǔ)

公路橋梁的結(jié)構(gòu)病害對(duì)于車(chē)輛的通行安全及橋梁的使用壽命均有十分不利的影響。這類(lèi)問(wèn)題一直以來(lái)都是建筑工程領(lǐng)域的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，通過(guò)相關(guān)技術(shù)人員的不斷研究與探索，現(xiàn)階段已形成了較為成熟的公路橋梁結(jié)構(gòu)病害防治體系，包括后續(xù)工程的整改及修復(fù)方案。本文分析了公路橋梁典型的結(jié)構(gòu)病害，對(duì)這類(lèi)結(jié)構(gòu)病害的加固方案進(jìn)行了總結(jié)，為公路橋梁結(jié)構(gòu)病害的防治及后續(xù)維護(hù)工作提供了理論依據(jù)。