橋梁工程結(jié)構(gòu)病害檢測及處置措施

李有為

（涉縣交通運輸局，河北 涉縣 056400）

0 引言

橋梁檢測作為識別橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的一項有效措施，能夠快速發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)存在的工程病害并提出相應(yīng)的處治措施，在橋梁施工和養(yǎng)護過程中均發(fā)揮重要作用[1]。經(jīng)過長期使用，小箱梁橋往往伴隨比較復(fù)雜的病害問題，且其病害的發(fā)生與發(fā)展有較強的規(guī)律性，對此展開研究有一定的必要性。

1 工程概況

某公路橋梁工程全線采用雙向四車道設(shè)計，設(shè)計速度為80Km/h，路基寬度為21.5m，項目沿線共有橋梁202 座，其中連續(xù)小箱梁橋31 座，占比15.3%。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，各連續(xù)小箱梁橋均出現(xiàn)了一定程度的病害。本文以2020 年該公路項目的檢測報告數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，分析項目沿線多座小箱梁橋存在的病害及成因。

2 橋梁工程結(jié)構(gòu)病害檢測內(nèi)容

2.1 橋面系病害

橋面系直接承載著外荷載的作用，其功能直接影響著結(jié)構(gòu)其他部分的正常使用[2]。在以往檢測工作中，易形成上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)更加重要的觀念，導(dǎo)致管理人員對于橋面系的質(zhì)量控制往往重視不足。對于橋梁工程整體而言，若僅有橋面系出現(xiàn)病害問題，那么橋梁的基本功能往往不會受到影響，而當(dāng)上部結(jié)構(gòu)或下部結(jié)構(gòu)由于橋面系病害而發(fā)生沉降、開裂等問題時，則會導(dǎo)致橋梁預(yù)期功能受限。

該項目2015 年竣工投入運營，由2020 年檢測報告可以發(fā)現(xiàn)，沿線各橋梁的病害數(shù)量較少且輕微，各橋梁的橋面系性能表現(xiàn)良好，未發(fā)現(xiàn)4類及5類評分。對于存在的橋面系病害則大多為橋面鋪裝、護欄和伸縮縫方面的問題，特別是橋梁伸縮縫位置的病害占比較大。依據(jù)數(shù)據(jù)來看，該項目沿線1 類、2類、3類橋梁分別 有 3 座、47 座、3 座， 不涉及 4 類 、5 類橋梁 。就伸縮縫病害而言，項目沿線31座連續(xù)小箱梁橋中有15座出現(xiàn)止水帶破損問題，12座發(fā)現(xiàn)了伸縮縫堵塞問題，同時還有24座存在錨固區(qū)開裂破損。

對橋面鋪裝存在的病害進(jìn)行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，其最為常見的病害有排水孔堵塞、橫向開裂、破損、變形及車轍等，尤其是排水孔堵塞比較普遍。此外，在防撞墻位置也發(fā)現(xiàn)較多開裂、破損問題。

該項目沿線各連續(xù)小箱梁橋的橋面系病害統(tǒng)計如表1所示。

表1 橋面系病害類型統(tǒng)計

2.2 上部結(jié)構(gòu)病害

2.2.1 支座病害

根據(jù)檢測報告可知，小箱梁橋支座處存在支座脫空、剪切變形、移位病害的橋梁數(shù)量分別為18座、16座、4 座。在占比最高的支座脫空病害中，局部支座脫空問題最為普遍，且最大脫空高度達(dá)2cm，影響著橋梁預(yù)期功能的實現(xiàn)。此外，檢測報告表明雜物填充問題大多由施工時未拆除臨時支座導(dǎo)致的。

2.2.2 橫梁病害

對檢測報告數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)橫梁出現(xiàn)空洞、剝落掉角及開裂病害的小箱梁橋分別有12 座、10 座及2 座，據(jù)此可初步判定橋梁的橫梁病害處于相對輕微可控的狀態(tài)，對于橋梁整體質(zhì)量影響比較微弱。

2.2.3 梁板病害

沿線小箱梁橋上部結(jié)構(gòu)的梁板病害比較突出，特別是梁底板與腹板普遍存在開裂問題。對上部結(jié)構(gòu)病害進(jìn)行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)在非開裂病害中以剝落掉角、空洞麻面為主，而其他非開裂病害相對較少。對于裂縫問題，在對結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行評價時需要特別予以關(guān)注，并研判對其他類型病害的促進(jìn)作用。對各小箱梁橋進(jìn)行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，主梁開裂問題超過500 處，其中底板縱向開裂有309 處、腹板縱向裂縫有187 處，由此可以看出縱向開裂病害比較嚴(yán)重。該項目沿線各連續(xù)小箱梁橋的上部結(jié)構(gòu)病害問題統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。

表2 上部結(jié)構(gòu)病害類型統(tǒng)計

2.3 下部結(jié)構(gòu)病害

小箱梁橋下部結(jié)構(gòu)病害的整體情況比較輕微，其檢測評分也較高，常見的病害有水侵蝕、露筋及蜂窩麻面等，易于處理。下部結(jié)構(gòu)最為常見的病害為蓋梁、橋墩所受的侵蝕問題。該項目沿線各連續(xù)小箱梁橋的上部結(jié)構(gòu)病害問題統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。

表3 下部結(jié)構(gòu)病害的類型統(tǒng)計

在對本項目沿線小箱梁橋的病害情況進(jìn)行統(tǒng)計分析后發(fā)現(xiàn)，橋面系病害主要集中在伸縮縫位置，且其對于工程的使用性能影響較大；上部結(jié)構(gòu)病害大多為裂縫，尤其是梁底板縱向裂縫問題有309 條，較為普遍；下部結(jié)構(gòu)病害相對較少且大多為常規(guī)類型。

3 橋梁工程結(jié)構(gòu)病害原因分析

3.1 橋面系病害產(chǎn)生原因

小箱梁橋橋面一般采用瀝青混凝土材料鋪裝，其橋面系病害類型一般較單一[3]。下面主要以瀝青混凝土橋面鋪裝為例展開分析，明確其病害產(chǎn)生的主要原因：

（1）橋面鋪裝裂縫類型病害。受到上部荷載及高溫等復(fù)雜環(huán)境的影響，橋面鋪裝層很容易產(chǎn)生開裂問題，根據(jù)成因的不同可將裂縫大致分為荷載裂縫、干縮裂縫及溫度裂縫3 類；根據(jù)裂縫發(fā)展方向的不同又可分為橫向裂縫、縱向裂縫及網(wǎng)狀裂縫。

（2）橋面鋪裝變形類病害。小箱梁橋橋面鋪裝層的性能主要受材料性質(zhì)的影響，因此其病害的產(chǎn)生與發(fā)展往往也與材料直接相關(guān)。瀝青在高溫環(huán)境下會表現(xiàn)出比較明顯的流動性，易導(dǎo)致鋪裝層出現(xiàn)車轍、擁包等問題。

（3）橋面鋪裝耗損類病害。橋梁上車輛直接作用于鋪裝層上，經(jīng)長時間使用，鋪裝層逐漸劣化，易出現(xiàn)坑槽、脫落等問題。

3.2 上部結(jié)構(gòu)病害產(chǎn)生原因

（1）支座變形對橋梁主梁的影響。如上文所述，支座病害是小箱梁橋上部結(jié)構(gòu)較常見的一類病害，對結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布有著決定性影響。特別是支座沉降會使結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生重分布，減弱結(jié)構(gòu)的實際承載能力。

（2）小箱梁橋縱向裂縫成因。已有研究表明[4]，縱向裂縫成因較復(fù)雜，譬如預(yù)制件養(yǎng)護時間不足、配合比設(shè)計不當(dāng)及養(yǎng)護期氣候變化大等都會導(dǎo)致這類病害的發(fā)生。特別地，若主梁在預(yù)制過程的早期受到外界擾動，則低強度的主梁結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)微裂縫，這些裂縫在后期結(jié)構(gòu)運輸、吊裝、施工等環(huán)節(jié)中也會逐漸擴大，形成更加明顯的裂縫。當(dāng)主梁受較大外部荷載作用時，在結(jié)構(gòu)的跨中位置，很可能會出現(xiàn)抗彎強度不足的問題，容易在跨中底板處出現(xiàn)橫向裂縫；在支點位置也可能出現(xiàn)抗剪強度不足的問題，容易導(dǎo)致支點位置腹板出現(xiàn)斜裂縫。底板與腹板位置的縱向裂縫是一類非受力的裂縫，其對橋梁性能的影響比較微弱，成因也比較復(fù)雜。

（3）溫度對小箱梁的影響。環(huán)境溫度的變化也會對主梁受力產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而引發(fā)開裂等問題，譬如在降雨量較大的季節(jié)，中午高溫下突然發(fā)生強降水，導(dǎo)致箱外溫度驟降。實際工程中箱梁所受的溫度變化往往更加復(fù)雜，若主梁在設(shè)計時未預(yù)留足夠的裕度，就很可能導(dǎo)致腹板和底板出現(xiàn)開裂。

3.3 下部結(jié)構(gòu)病害產(chǎn)生原因

根據(jù)上文對結(jié)構(gòu)病害情況的分析可知，下部結(jié)構(gòu)的病害相對較少且比較常規(guī)，沒有復(fù)雜的病害作用。研究表明，下部結(jié)構(gòu)的病害發(fā)展主要受地質(zhì)條件的影響，尤其是不均勻沉降的發(fā)生會對橋梁下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響，同時不均勻沉降對上部結(jié)構(gòu)的影響一般可歸入支座病害進(jìn)行考慮。此外，墩柱撞擊、滑坡以及泥石流也是常見的影響因素。

4 橋梁工程結(jié)構(gòu)病害處治措施

4.1 橋面系病害處治

由于該橋梁運營時間較短，橋面系病害相對較少且類型單一，但已有的病害對于工程實際性能也產(chǎn)生了一定的影響，需要明確病害產(chǎn)生的原因，并制定與之相適應(yīng)的處治措施，在降低運營維護成本的同時盡可能地延長橋梁的實際使用壽命。從檢測報告可以看出，小箱梁橋橋面系的病害比較常見，通過規(guī)范施工技術(shù)與流程能夠很好地起到避免病害的目的。對于具體病害而言，需要研判病害成因，技術(shù)人員要密切聯(lián)系規(guī)范要求，明確工程項目需求與特點，并制定合適的處治措施。橋面系病害大多是可預(yù)見的，因此可及時發(fā)現(xiàn)，制定長遠(yuǎn)的處治方案，防患于未然。在運營中，應(yīng)當(dāng)任用實踐經(jīng)驗豐富、專業(yè)能力過硬的養(yǎng)護人員開展工作，充分重視微小病害的產(chǎn)生。橋面鋪裝層直接受外部荷載作用，往往更早出現(xiàn)病害，當(dāng)其表面有病害發(fā)展的趨勢時應(yīng)及時采取措施，如產(chǎn)生裂縫或坑槽時需要進(jìn)行補強、修復(fù)，否則病害很容易發(fā)展，在外部環(huán)境的長期作用下迅速劣化。

4.2 主梁病害

基于檢測報告的主梁病害統(tǒng)計結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，主梁結(jié)構(gòu)并未發(fā)生嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性損壞，仍具有相當(dāng)?shù)耐暾裕糠种髁旱牡装搴透拱瀹a(chǎn)生了縱向裂縫?；谏衔膶χ髁翰『Φ某梢蚍治隹芍?，主梁底板及腹板開裂對于結(jié)構(gòu)整體性能影響比較有限，但同時由于小箱梁的腹板、底板厚度較小，若不對縱向裂縫進(jìn)行處治，則主梁的耐久性將發(fā)生下降，影響其使用壽命。

4.3 小箱梁常用加固方式對比

常用的橋梁加固方法包括增大截面加固法、粘貼鋼板加固法、體外應(yīng)力加固法及改變結(jié)構(gòu)體系加固法，這些加固方法優(yōu)勢和應(yīng)用范圍各有不同，在實際工程中需要結(jié)合具體需求選擇最為合適的方法，以提升加固效果。同時，實際工程中往往不局限于某一種加固方法，而需要組合利用多種不同的加固方法，加強加固的效率，盡可能降低成本。此外，橋梁運營時間不斷延長、外部荷載及環(huán)境作用不斷積累、養(yǎng)護施工操作不當(dāng)?shù)?，都會?dǎo)致橋梁性能受到影響。若在運營過程中，若橋梁的承載能力降低至可接受限值以下，那么考慮到舊橋拆除、新建等需要耗費的經(jīng)濟成本與時間成本，需要采取合適的加固措施對原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行補強，盡可能地延長橋梁使用壽命，提升項目整體效益。

5 結(jié)語

本文以我國某公路橋梁工程項目為例，對沿線小箱梁橋的病害數(shù)量、分布情況及特征進(jìn)行了統(tǒng)計分析，探討了病害的主要成因，評估了病害等級及其對橋梁性能的影響，有針對性地提出了加固方案，為類似工程提供借鑒。