混凝土橋梁病害分析及加固對(duì)策

宋群法

摘 要：當(dāng)前，我國(guó)橋梁數(shù)量較多且橋型復(fù)雜，加上氣候等因素的制約，很多橋梁出現(xiàn)了不同程度的病害，大大增加了維修改造及管理的難度，甚至?xí)绊懙缆方煌ò踩??；诖?，本文在全面了解混凝土橋梁病害機(jī)理的基礎(chǔ)上，分析了其產(chǎn)生的原因，并提出了幾點(diǎn)加固措施，最后通過(guò)具體工程案例，提出了體外預(yù)應(yīng)力加固方案，以期做好橋梁病害分析工作，制定科學(xué)、可行的橋梁維修加固方法。

關(guān)鍵詞：混凝土橋梁;病害;加固

中圖分類號(hào)：U445.71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

作為地面交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要形式，公路橋梁工程在整個(gè)交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。自上世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)橋梁工程建設(shè)事業(yè)已步入了高速增長(zhǎng)期，大量橋梁如雨后春筍般拔地而起，進(jìn)一步完善了我國(guó)交通運(yùn)輸體系。然而，在行車荷載和氣候等因素的長(zhǎng)期作用下，很多橋梁面臨著使用性能下降、結(jié)構(gòu)安全及耐久性不足等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)交通事故。為了有效解決橋梁病害問(wèn)題，必須找出原因，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，提出有針對(duì)性的加固方案，在合理控制成本的前提下，最大限度解決橋梁病害。

1 混凝土橋梁病害機(jī)理分析

當(dāng)橋梁出現(xiàn)病害后，若不及時(shí)處理，病害必定會(huì)進(jìn)一步加深，進(jìn)而破壞橋梁結(jié)構(gòu)。橋梁病害產(chǎn)生的原因有多種，因此，相應(yīng)提出有針對(duì)性的病害處治措施，必須對(duì)病害機(jī)理有所了解，這樣才能從根本上解決病害問(wèn)題。按照橋梁結(jié)構(gòu)劃分，混凝土橋梁病害機(jī)理可以從上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)三方面入手，具體病害機(jī)理分析如下：

（1）上部結(jié)構(gòu)病害機(jī)理。第一，混凝土收縮徐變。很多橋梁通車運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，早期設(shè)計(jì)的橋梁基于當(dāng)時(shí)條件限制，往往無(wú)法充分考慮溫度應(yīng)力，在溫度應(yīng)力較大的情況下，橋梁極易出現(xiàn)大量溫度裂縫。尤其是在晝夜溫差較大的地區(qū)，混凝土開(kāi)裂問(wèn)題更為顯著。一般來(lái)講，在澆筑大體積混凝土后，基于水泥的水化作用，將有大量熱量被釋放，若釋放的熱量無(wú)法迅速排出，很可能會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部溫度過(guò)高現(xiàn)象，但相比內(nèi)部溫度，表面溫度較低，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。第二，單板受力。在橋梁上部結(jié)構(gòu)病害當(dāng)中，單板受力也很常見(jiàn)，究其原因在于橋梁上部結(jié)構(gòu)主梁間橫向聯(lián)系失去作用，各主梁之間無(wú)法相互傳力，不能實(shí)現(xiàn)整體受力的作用。當(dāng)車輛從梁板通過(guò)時(shí)，梁板承受了大部分或全部的荷載，這種情況下，很不利于主梁受力。第三，鋼筋銹蝕。冬季為了加快橋面冰雪融化速度，往往會(huì)采取撒鹽除冰雪法，沿著裂縫，當(dāng)大量除冰鹽進(jìn)入混凝土內(nèi)部與鋼筋接觸，必定會(huì)造成鋼筋銹蝕。一旦混凝土開(kāi)裂，二氧化碳、水等也會(huì)滲入混凝土內(nèi)部，同樣會(huì)加快混凝土碳化速度，大幅降低混凝土pH值，破壞鋼筋表面鈍化膜、銹蝕鋼筋。

（2）下部結(jié)構(gòu)病害機(jī)理。第一，氣溫變化。在我國(guó)北方地區(qū)，尤其是冬季氣溫低，溫差大，惡劣的氣候條件將會(huì)加大施工難度，或還存在混凝土配比不合理等問(wèn)題，極易出現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)混凝土剝落、腐蝕。又或者施工過(guò)程中擾動(dòng)凍土層，待凍土層融化之后，同樣會(huì)影響橋梁基礎(chǔ)的承載能力。第二，地基土凍脹、凍融。土層凍結(jié)后，必定會(huì)出現(xiàn)體積膨脹現(xiàn)象，一旦融化后，土層則會(huì)逐漸軟化，甚至出現(xiàn)沉陷、翻漿，這種病害在季節(jié)性凍土地區(qū)極為常見(jiàn)，也是導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的主要因素，一旦路基變形，將會(huì)嚴(yán)重危害行車安全。

（3）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)病害機(jī)理。對(duì)于跨徑較小的橋梁，相對(duì)基礎(chǔ)埋深較淺，而對(duì)于一些較大剛度、強(qiáng)度的基礎(chǔ)，在凍脹力的影響下，極易產(chǎn)生墩臺(tái)基礎(chǔ)不均勻上抬現(xiàn)象，進(jìn)而造成橋梁結(jié)構(gòu)上部變形、開(kāi)裂，影響其承載能力。

2 混凝土橋梁病害產(chǎn)生原因分析

橋梁病害原因很多，常見(jiàn)原因有材料質(zhì)量問(wèn)題、施工技術(shù)問(wèn)題、設(shè)計(jì)問(wèn)題等等。根據(jù)實(shí)際情況分析，混凝土橋梁病害產(chǎn)生原因可歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：

（1）施工因素。于橋梁質(zhì)量而言，施工階段起決定性作用，若施工質(zhì)量控制不到位，必定會(huì)影響橋梁質(zhì)量。常見(jiàn)的施工質(zhì)量影響因素包括：原材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、施工工藝不規(guī)范、監(jiān)督不到位等。其中材料是構(gòu)成工程實(shí)體的特質(zhì)條件，也是保障橋梁工程質(zhì)量的關(guān)鍵。原材料在橋梁項(xiàng)目成本中所占比例較高，一旦材料質(zhì)量不合格，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)“豆腐渣工程”。施工工藝不規(guī)范，同樣會(huì)產(chǎn)生橋梁病害，比如，施工機(jī)械運(yùn)行故障、工序不正確等。監(jiān)督不到位是指相關(guān)監(jiān)督部門(mén)及人員未能完全、準(zhǔn)確地進(jìn)行各項(xiàng)工序、材料、操作行為的監(jiān)督，缺乏質(zhì)量檢測(cè)。也就是說(shuō)，在整個(gè)施工過(guò)程當(dāng)中，一旦有一個(gè)工序質(zhì)量把控不好，便會(huì)影響橋梁質(zhì)量，引發(fā)橋梁病害。

（2）環(huán)境因素。每一個(gè)橋梁工程都具有不可復(fù)制的特點(diǎn)，具有“唯一性”，每一個(gè)項(xiàng)目均不可復(fù)制，在施工當(dāng)中主要受地質(zhì)、水文、氣象等環(huán)境因素影響。由于施工所處環(huán)境惡劣，一旦環(huán)境發(fā)生變化勢(shì)必會(huì)影響施工質(zhì)量。比如說(shuō)，由于自然條件和環(huán)境因素的作用，很多橋梁整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度偏低，鋼筋混凝土橋梁安全和耐久性備受影響。尤其是極端溫度循環(huán)、水分等影響最大。

（3）設(shè)計(jì)因素。在橋梁施工建設(shè)當(dāng)中，設(shè)計(jì)是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣直接決定了橋梁后期運(yùn)行的質(zhì)量，一旦設(shè)計(jì)不合理。勢(shì)必會(huì)影響橋梁建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性、安全性、耐久性和美觀度，甚至?xí)饦蛄翰『Πl(fā)展，危害橋梁運(yùn)營(yíng)安全。常見(jiàn)的設(shè)計(jì)問(wèn)題有構(gòu)造鋼筋間距不合理、布置位置不合理，或者是計(jì)算分析數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等等。

3 混凝土橋梁病害加固對(duì)策

（1）橋梁上部結(jié)構(gòu)加固對(duì)策。第一，在混凝土橋梁上部結(jié)構(gòu)加固維修當(dāng)中，首先要了解病害情況，是否存在混凝土松散情況，若存在，需及時(shí)清除干凈。隨后鋪筑新的混凝土，保證新混凝土在修補(bǔ)的區(qū)域穩(wěn)定、牢固。此外，還要注重與原橋面之間的緊密結(jié)合情況，保證橋面平整。第二，若混凝土橋梁的梁體內(nèi)部有裸露的鋼筋，表明梁體上鋼筋混凝土的保護(hù)層已不復(fù)存在，失去了其效應(yīng)，這種情況下，需及時(shí)去除脫落、松動(dòng)的混凝土，并對(duì)鋼筋裸露部位進(jìn)行除銹，最后鋪筑一層新的鋼筋表面保護(hù)層。第三，若出現(xiàn)裂縫問(wèn)題，可根據(jù)裂縫大小確定具體的處理辦法。比如說(shuō)，裂縫較小的情況下，可直接均勻涂抹環(huán)氧樹(shù)脂膠，做好病害裂縫的密封工作。若裂縫較大的情況下，則采用灌封膠進(jìn)行壓力灌漿處理。第四，針對(duì)受拉區(qū)，最佳的維修辦法就是采用環(huán)氧樹(shù)脂混凝土，對(duì)于受壓區(qū)的病害問(wèn)題，則通過(guò)膨脹水泥修補(bǔ)處理。當(dāng)橋梁構(gòu)建修補(bǔ)之后，還需加大養(yǎng)護(hù)力度，比如封閉養(yǎng)護(hù)。

（2）橋梁墩臺(tái)加固對(duì)策。目前，在橋梁工程病害分析當(dāng)中，橋梁墩臺(tái)部位也很容易出現(xiàn)問(wèn)題，常見(jiàn)的問(wèn)題包括：橋梁墩臺(tái)拉裂、臨時(shí)橋梁墩（臺(tái)）縱向貫通裂縫、橋墩開(kāi)裂、墩臺(tái)損壞嚴(yán)重等等。針對(duì)不同的病害情況，可采用不同的維修加固方法，具體如下：

第一，當(dāng)出現(xiàn)橋梁墩臺(tái)拉裂病害時(shí)，可先維修并將原支座復(fù)位，保證工程結(jié)構(gòu)安全。第二，當(dāng)出現(xiàn)臨時(shí)橋梁墩（臺(tái)）縱向貫通裂縫時(shí)，需要及時(shí)進(jìn)行鋼筋混凝土套箍、鋼套箍處理，或者增大原橋墩（臺(tái)）的截面積。第三，當(dāng)出現(xiàn)橋墩（臺(tái)）開(kāi)裂病害時(shí)，需要先進(jìn)行基礎(chǔ)病害維修與加固，保證基礎(chǔ)穩(wěn)定，然后進(jìn)行加箍、灌縫處理。

（3）橋梁基礎(chǔ)加固對(duì)策?；铱p脫落、表面損壞等都屬于橋梁基礎(chǔ)病害類型，為了更好地解決橋梁基礎(chǔ)病害，必須具體問(wèn)題具體分析，采取切實(shí)可行的維修加固措施。

第一，當(dāng)出現(xiàn)灰縫脫落情況，應(yīng)先將灰縫內(nèi)的雜物清理干凈，隨后通過(guò)水泥砂漿進(jìn)行填補(bǔ)處理。第二，當(dāng)出現(xiàn)表面損壞情況，可根據(jù)深度大小確定具體的解決方案，當(dāng)深度在3 cm以上時(shí)，可進(jìn)行掛網(wǎng)澆筑或噴漿處理;若深度在3 cm以內(nèi)，則直接進(jìn)行砂漿填補(bǔ)即可。

4 工程概況

為了更好的解決混凝土橋梁病害問(wèn)題，做好橋梁加固工作。本文以某預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁為例進(jìn)行分析。本橋梁運(yùn)營(yíng)多年，在自然因素、行車荷載等影響下，主橋部分承重梁體上出現(xiàn)了一些裂縫。經(jīng)檢測(cè)可見(jiàn)，上部主要承重構(gòu)件梁體部分的技術(shù)狀況等級(jí)為4類，雖然靜載試驗(yàn)結(jié)果顯示當(dāng)前本橋梁結(jié)構(gòu)整體剛度可達(dá)到規(guī)定要求，但整體來(lái)講，橋梁結(jié)構(gòu)承載能力較弱，已無(wú)法滿足設(shè)計(jì)荷載規(guī)定。最終決定通過(guò)體外預(yù)應(yīng)力加固法進(jìn)行施工處理。具體流程如下：

第一，制作轉(zhuǎn)向塊、錨固塊。根據(jù)工程實(shí)際情況，在本橋梁工程體外預(yù)應(yīng)力索轉(zhuǎn)向塊、錨固塊選擇當(dāng)中，均可采取鋼結(jié)構(gòu)，并通過(guò)錨栓、注膠粘貼技術(shù)在T梁腹板上進(jìn)行錨固施工。第二，定位放線。按照施工規(guī)定，應(yīng)在橋梁工程T梁上進(jìn)行定位放線施工，準(zhǔn)確確定體外預(yù)應(yīng)力索轉(zhuǎn)向塊、錨固塊的安裝部位，此外，還應(yīng)確定體外預(yù)應(yīng)力索的線型位置。第三，混凝土表面施工。對(duì)于轉(zhuǎn)向塊的安裝部位，雜物清理干凈之后，還要進(jìn)行鑿毛處理，通常可采取風(fēng)鎬等工具，鑿除T梁腹板或馬蹄形倒角位置的原混凝土表面層，形成毛面。第四，壓力注膠施工。嚴(yán)格按照相應(yīng)的施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，做好壓力注膠施工作業(yè)，在整個(gè)注膠環(huán)節(jié)，必須隨時(shí)檢查是否存在問(wèn)題，比如漏膠、脫空等，避免對(duì)粘結(jié)效果造成不良影響。第五，張拉施工。張拉施工過(guò)程中，需指派專人負(fù)責(zé)，每級(jí)張拉后均需及時(shí)觀測(cè)梁體外觀、梁端支座位移情況。為了加強(qiáng)同步性控制，可采取預(yù)應(yīng)力同步智能張拉設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行整跨張拉控制，完成各級(jí)同步加載施工后，需持荷5分鐘，并檢測(cè)伸長(zhǎng)量、應(yīng)力情況，相比理論伸長(zhǎng)量，實(shí)際伸長(zhǎng)量的誤差不允許大于6%。第六，錨固施工。待張拉力值符合規(guī)定后，張拉千斤頂，并持荷一定時(shí)間，通過(guò)工具夾片主動(dòng)受力將預(yù)應(yīng)力束錨固住，最大限度降低預(yù)應(yīng)力損失。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在橋梁工程施工當(dāng)中，由于行車荷載和自然因素的影響，很容易出現(xiàn)橋梁病害問(wèn)題，但工程施工是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，造成橋梁病害的因素很多，施工材料、施工技術(shù)、人員專業(yè)素質(zhì)等等，均會(huì)引發(fā)橋梁病害，甚至?xí)a(chǎn)生更多安全隱患。為此，必須找出病害原因，積極解決病害問(wèn)題，保證橋梁工程質(zhì)量。

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