道路橋梁工程的常見病害及施工處理技術(shù)研究

李昂

（北京市政路橋股份有限公司，北京 100045）

0 引言

裂縫、沉降、鋼筋腐蝕和混凝土碳化等病害會降低道路橋梁工程的強(qiáng)度與荷載力，影響道路橋梁工程長期穩(wěn)定運行。對此，建設(shè)單位應(yīng)分析常見病害及其形成原因，采用相應(yīng)施工處理技術(shù)進(jìn)行軟土地基處理、混凝土裂縫修復(fù)、結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)等，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，加強(qiáng)質(zhì)量管理，從根源上提高工程項目質(zhì)量。

1 工程概況

某A 道路橋梁工程的總長度為2.0km，共設(shè)計3 個轉(zhuǎn)角點，最大縱坡為0.8%。項目標(biāo)段范圍是路堤結(jié)合段，路基寬度為28.7m。依據(jù)前期勘查資料可知，標(biāo)段路段存在軟土路基，在工程施工與運行過程中非常容易出現(xiàn)開裂、沉降等病害，影響交通通行。由此，建設(shè)單位應(yīng)深入分析常見病害并且采取合適的施工處理技術(shù)。

2 道路橋梁工程的常見病害

當(dāng)前，隨著我國道路橋梁建設(shè)事業(yè)快速發(fā)展，道路橋梁工程項目數(shù)量增多、覆蓋范圍擴(kuò)大，道路橋梁建設(shè)領(lǐng)域快速發(fā)展并且取得較為顯著的成就。但是道路橋梁工程建設(shè)與運行過程中仍會發(fā)生一些病害，加強(qiáng)病害防控與處理能增強(qiáng)工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性，消除安全隱患，提升工程承載力，也能保證交通通行順暢，保障車輛及駕駛?cè)藛T、行人的生命財產(chǎn)安全。道路橋梁工程常見病害如下。

2.1 裂縫病害

在道路橋梁工程中，裂縫是常見且嚴(yán)重的病害，隨著工程項目運行時間增長，其路面會產(chǎn)生裂縫。裂縫呈橫縱向延伸并且不斷拓展，最終會降低工程的安全性與穩(wěn)定性，若裂縫過大，雨雪天氣會積累大量的水分，從而加重道路橋梁腐蝕。裂縫是綜合性病害，無論是道路橋梁工程項目設(shè)計不合理、質(zhì)量未達(dá)標(biāo)，還是超負(fù)荷運行，隨著時間推移都會產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而引發(fā)安全風(fēng)險[1]。

2.2 沉降病害

沉降也是道路橋梁工程的常見病害，若發(fā)生沉降則會破壞道路平衡。沉降病害應(yīng)從兩個方面尋找原因：一方面是設(shè)計階段的調(diào)查研究與準(zhǔn)備工作不充分，例如設(shè)計單位未能根據(jù)工程標(biāo)準(zhǔn)開展設(shè)計工作，設(shè)計方案缺乏科學(xué)性，技術(shù)審查不到位，未能及時發(fā)現(xiàn)軟基并制訂處理方案。另一方面是施工階段未嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)，部分施工單位為降低成本盲目追趕進(jìn)度，未能按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)及要求進(jìn)行施工，導(dǎo)致工程質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，非常容易出現(xiàn)地基不均勻沉降現(xiàn)象[2]。

2.3 鋼筋腐蝕與混凝土碳化病害

道路橋梁工程中鋼筋是非常重要的施工材料，其能保證工程結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)固。因道路橋梁工程長期暴露于外部環(huán)境中，鋼筋與水分子長期接觸會產(chǎn)生氧化反應(yīng)而出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。若施工單位未能及時發(fā)現(xiàn)與處理，則會降低鋼筋周邊混凝土質(zhì)量，甚至?xí)档徒Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度與硬度等，弱化工程荷載。同時，如果工程混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)存在氣泡或氧氣滲透，則會加劇鋼筋腐蝕，引發(fā)混凝土碳化，影響道路橋梁工程安全運行。

2.4 規(guī)模尺寸誤差

隨著道路橋梁建設(shè)領(lǐng)域快速發(fā)展，道路橋梁工程結(jié)構(gòu)愈發(fā)復(fù)雜，若未能加強(qiáng)精度控制及準(zhǔn)確掌握施工數(shù)據(jù)、參數(shù)等，或是檢測工作不到位，則會導(dǎo)致規(guī)模尺寸誤差，埋下安全隱患[3]。

3 道路橋梁工程常見病害的產(chǎn)生原因

3.1 凍融因素

凍融是引發(fā)道路橋梁病害的常見因素之一，多發(fā)生于我國西部地區(qū)，在溫度影響下形成凍融破壞，在長期、多次作用下引發(fā)建筑物開裂，對道路橋梁工程的承載能力、使用壽命等造成嚴(yán)重危害。此外，在加固道路橋梁時，因新舊澆筑的混凝土之間缺乏良好的黏結(jié)性，再加上受凍融因素影響，將導(dǎo)致開裂現(xiàn)象加劇。

3.2 溫度因素

一方面，全年四季溫度會產(chǎn)生一定波動，雖然不足以直接引發(fā)裂縫，但是在混凝土的徐變性能影響下，非常容易在道路橋梁工程縱向位移處形成溫度裂縫，因此，要求施工單位精確計算溫度應(yīng)力并采取有效措施，以減少彈性模量等對道路橋梁結(jié)構(gòu)的影響。另一方面，常年處于陽光直射下的梁面板等結(jié)構(gòu)的溫度較高，并且具備非線性趨勢，在自身約束效應(yīng)的影響下局部拉應(yīng)力也隨之增大，最終將引發(fā)裂縫。此外，常年日照不足、溫度直線下降等因素也會引發(fā)混凝土構(gòu)件裂縫[4]。

3.3 端頭局部損壞

道路與橋梁之間的端頭是非常容易產(chǎn)生病害的位置，若設(shè)計單位未能合理計算承載力或計算存在較大偏差，將降低道路橋梁的荷載力造成端頭損壞。同時，若施工單位未能嚴(yán)格控制伸縮縫質(zhì)量，也會損壞端頭。此外，工程開通后若出現(xiàn)跳車現(xiàn)象，也會對端頭產(chǎn)生較大損傷。

3.4 工程施工因素

工程建設(shè)過程中，若施工單位未能提前分析常見風(fēng)險并且采取合適的處理措施和制訂質(zhì)量控制方案，再加上施工人員素質(zhì)與能力較弱、施工技術(shù)工藝水平較低，將直接影響工程質(zhì)量[5]。

3.5 其他因素

除了上述提及的影響因素，工程建設(shè)或運行過程中若道路橋梁結(jié)構(gòu)承受過大荷載、遭遇嚴(yán)重的外力破壞等也會降低道路橋梁工程的穩(wěn)固性與安全性[6]。

4 道路橋梁工程常見病害的施工處理技術(shù)

4.1 裂縫處理技術(shù)

引發(fā)道路橋梁工程裂縫的因素較多，如溫度變化、鋼筋侵蝕等。若道路橋梁工程產(chǎn)生裂縫，會提高內(nèi)部結(jié)構(gòu)受侵蝕率，降低工程質(zhì)量，引發(fā)安全風(fēng)險。對此，施工單位應(yīng)深入分析并且采取合適的處理措施。

技術(shù)人員應(yīng)定期開展檢查工作，及時發(fā)現(xiàn)路面、橋面裂縫，并且采用合適的處理技術(shù)。處理前，技術(shù)人員應(yīng)先明確裂縫尺寸、性質(zhì)、成因等。若裂縫尺寸小于0.2cm，可應(yīng)用表面修復(fù)法，直接在其表層處填充環(huán)氧樹脂抑制劑等材料，間隔5～10min 再次涂刷，然后靜待其干燥。此種方法是常見的裂縫病害處理技術(shù)與運維方法，具有適應(yīng)性強(qiáng)、成本低等優(yōu)勢，能滿足較小、較淺裂縫的處理要求。此類裂縫不會對道路橋梁工程荷載力產(chǎn)生較大影響，修復(fù)難度較低。若裂縫尺寸大于0.2cm，可應(yīng)用壓力排氣法，在裂縫內(nèi)填充水泥砂漿、環(huán)氧樹脂等材料，并且采取適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)措施，提高修復(fù)效果。此外，壓力注漿法也較為有效，通過填充環(huán)氧樹脂、水泥砂漿等修復(fù)較大裂縫，讓修補(bǔ)材料與路面充分黏結(jié)形成一個整體，以此增強(qiáng)道路橋梁工程的安全性與穩(wěn)定性。此類裂縫較大、較深，會對道路橋梁工程產(chǎn)生較大影響[7]。

4.2 地基不均勻沉降的處理技術(shù)

地基不均勻沉降病害直接降低道路橋梁工程的質(zhì)量，破壞其穩(wěn)固性并且縮短其使用壽命，若引發(fā)安全風(fēng)險事故還會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的損失。對此，施工單位應(yīng)提高對此病害的重視程度并且采取合適的處理技術(shù)[8]。

首先，工程建設(shè)前施工單位應(yīng)明確地基土質(zhì)條件，若遭遇軟土地基應(yīng)采取合適的處理措施，有針對性地選擇施工技術(shù)，防控地基不均勻沉降病害。軟土地基處理能提升地基土強(qiáng)度、增強(qiáng)其穩(wěn)定性，控制地基沉降。作業(yè)時，施工單位應(yīng)動態(tài)監(jiān)測地基沉降及水平位移等，既要加快地基填筑速度，也要提升地基強(qiáng)度，雙管齊下。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓是一種比較有效的施工技術(shù)。

第一，施工單位應(yīng)嚴(yán)格遵守施工標(biāo)準(zhǔn)，掌握抽水清淤、布設(shè)樁位、設(shè)置真空濾管、檢測密封膜等技術(shù)要點，提高施工水平。

第二，施工單位應(yīng)同時推進(jìn)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓與水泥攪拌樁施工，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

表1 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

第三，施工單位應(yīng)加強(qiáng)管涵段軟土路基處理，待預(yù)壓期滿后埋設(shè)管涵，利用水泥攪拌樁復(fù)合地基，制訂三角形布設(shè)計劃，控制樁體強(qiáng)度。

其次，施工單位應(yīng)采取科學(xué)的加固技術(shù)，以此控制、處理地基不勻稱沉降病害。

一是碳纖維加固法，也稱粘貼纖維增強(qiáng)塑料加固法，主要采用特殊樹脂粘貼碳纖維使混凝土結(jié)構(gòu)與道路橋梁結(jié)構(gòu)緊密黏結(jié)并且形成新的受力體，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。碳纖維加固法符合施工標(biāo)準(zhǔn)，既不會增加結(jié)構(gòu)重量或尺寸，也不會增高凈空高度，操作簡單，并且能保護(hù)原有道路橋梁工程結(jié)構(gòu)，具有良好的耐久性、抗腐蝕性等。施工單位可根據(jù)現(xiàn)實施工情況選擇黏結(jié)層數(shù)，動態(tài)調(diào)整加固方向，有效增加混凝土的承載能力。

二是加大截面法，即混凝土加固法，將混凝土現(xiàn)澆層覆蓋于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件受壓區(qū)域，能擴(kuò)大原構(gòu)件截面面積并且增強(qiáng)抗彎性，具有良好的加固補(bǔ)強(qiáng)效果。施工單位可選擇加厚橋面板或加大主梁梁肋高度、寬度等。該方法具有操作簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、加固效果好等優(yōu)勢，廣泛適用于梁、柱等結(jié)構(gòu)的加固。但需要注意的是，此種方法的潮濕作業(yè)周期較長，會改變建筑物凈高并且引發(fā)鋼筋腐蝕，所以應(yīng)慎重選擇。

三是粘貼鋼板加固法，此種方法主要是將鋼板和混凝土黏結(jié)為一個整體，具有工藝簡便、影響小等優(yōu)勢，不會改變原有結(jié)構(gòu)高度等，但是對施工人員的技術(shù)能力要求較高，施工人員需要在常溫條件下承擔(dān)一定的靜態(tài)荷載，以加固修復(fù)彎曲部件等[9]。

最后，若因路面積水引發(fā)此類病害，施工單位應(yīng)根據(jù)現(xiàn)實情況制訂科學(xué)的排水方案，及時排水，防控腐蝕。此外，還可采用加筋施工處理技術(shù)、土工格柵施工處理技術(shù)等進(jìn)行處治。

4.3 鋼筋腐蝕與混凝土碳化處理技術(shù)

引發(fā)工程鋼筋腐蝕的因素非常多，如鋼材質(zhì)量不佳、保護(hù)膜厚度不達(dá)標(biāo)、所處環(huán)境存在腐蝕性物質(zhì)等，若施工單位未能及時發(fā)現(xiàn)與處理，會降低工程性能與質(zhì)量，會提高風(fēng)險事故率。對此，施工單位應(yīng)加強(qiáng)鋼筋材料檢查，分類管控并且選擇合適的儲存環(huán)境，控制環(huán)境溫濕度。發(fā)現(xiàn)腐蝕后，施工人員應(yīng)及時清理殘留物及混凝土等，在其表層涂刷砂漿層、覆蓋層。為防控混凝土碳化，施工單位應(yīng)優(yōu)化混凝土配合比，及時檢測混凝土材料并且控制其低堿含量、低水化熱性能等，保證水泥摻入比例合理，避免水分、氧氣等混入而發(fā)生碳化反應(yīng)。施工過程中，若發(fā)現(xiàn)混凝土松動、掉落等現(xiàn)象，應(yīng)及時填補(bǔ)新混凝土并且利用環(huán)氧混凝土等進(jìn)行修補(bǔ)，并覆蓋碳纖維布加以保養(yǎng)[10]。

4.4 引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)健全質(zhì)量管理體系

道路橋梁工程建設(shè)過程中易發(fā)各類病害，施工單位既要選擇合適的病害處理技術(shù)，也要加強(qiáng)風(fēng)險防控，通過建設(shè)完善的質(zhì)量管理體系形成完整的管理閉環(huán)，了解施工風(fēng)險并且加強(qiáng)事前預(yù)測、事中控制與事后處理。建設(shè)企業(yè)可引進(jìn)BIM 技術(shù)，借助其可視化優(yōu)勢建設(shè)工程模型，分析工程常見風(fēng)險并且進(jìn)行評估。除了上述常見病害，在施工中還有人員墜落、起重傷害、高空作業(yè)等風(fēng)險，利用BIM 模型不僅能選擇合適的病害處理技術(shù)，還能制定風(fēng)控策略、動態(tài)監(jiān)測工程施工，實現(xiàn)全過程管理，同時能加強(qiáng)施工人員、材料、機(jī)械設(shè)備管控，提前制定施工方案與應(yīng)急處理措施等。

5 結(jié)語

綜上所述，道路橋梁工程影響著我國城市化建設(shè)、交通通行及經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方方面面。若道路橋梁工程項目病害高發(fā)，不僅會阻礙交通通行，還會影響人們正常出行與生活。對此，施工單位應(yīng)基于工程實際掌握常見病害成因并制定科學(xué)的處理策略，提高病害防治水平，增強(qiáng)道路橋梁工程的耐久性、抗腐蝕性等。此外，在施工過程中，應(yīng)采取合適的質(zhì)量管理措施，重點管控隱蔽工程、檢驗重難點工序，并嚴(yán)謹(jǐn)對待設(shè)計方案、竣工圖紙，建立技術(shù)檔案，保障工程項目的質(zhì)量和安全，推動我國道路橋梁建設(shè)領(lǐng)域蓬勃發(fā)展。