橋梁結構常見的病害及加固方法研究

喬菡菡

（河北銳馳交通工程咨詢有限公司，石家莊 050021）

1 引言

近年來，我國的公路橋梁建設得到了突飛猛進的發展，據統計，截至2014年，我國公路橋梁已經達到了74.71萬座，其中，20世紀80年代修建的公路橋梁就有10萬座。隨著時間的推移，公路橋梁也在不斷地老化，其中一些橋梁也普遍出現了一些病害問題，這些病害也為行車的安全帶來了隱患。近年來，由于橋梁結構病害而引發的交通安全事故屢見不鮮。為此對已建公路橋梁的養護加固是目前交通建設的重點，通過加固提高橋梁的安全性，恢復橋梁的承載力，延長使用壽命。

2 橋梁結構常見的病害

病害對橋梁結構的影響程度是有所差異的，病害發展的初期僅僅是對橋梁的美觀產生了一定的影響；待病害不斷地發展而較為嚴重時，就會影響橋梁的安全性和耐久性。根據橋梁的基本組成將橋梁的病害分為3大類，主要分為橋梁的下部結構病害、上部結構病害及橋面構造病害[1]。

2.1 橋梁下部結構病害

橋梁的下部結構病害主要劃分為：橋墩（臺）病害、基礎不均勻沉降。

2.1.1 橋墩（臺）病害

橋墩作為連接橋梁基礎和上部結構的關鍵部分，支撐上部結構，傳遞荷載。橋墩（臺）病害主要包括了鋼筋銹蝕、橋墩柱、麻面、裂縫、橋臺剝落、鋼筋外露、墩柱沖刷，如圖1所示。不同類型的裂縫其產生的原因也略有差別，但大體上主要是由基礎的不均勻沉降、混凝土在澆筑的過程中接縫不良等引起的。而裂縫在發展的過程中就會造成鋼筋的外露和生銹，進而使鋼筋的性能下降，強度降低，最終使得結構發生變形。因此，橋墩一旦出現裂縫必須要足夠地重視并及時進行處理。下部橋墩結構的病害會直接影響到上部結構的穩定，若想保證橋梁能夠具有足夠的耐久性，橋墩是關鍵因素，倘若橋墩出現了傾斜，這對上部結構是極為不利的，甚至可能會造成橋梁的倒塌[2]。

圖1 橋墩沖刷

2.1.2 基礎不均勻沉降

在橋梁的建設中基礎是最為重要的，不同位置的橋墩由于下面所處的地基略有差異，所以會導致不同區域的地基出現不同程度的沉降。地基的不均勻沉降會影響橋梁在后期使用過程中的效果，嚴重的情況會導致橋梁的上部結構造成損傷，比如，引發橋面的裂縫、承載結構出現問題等。而在路橋的交界處，由于路和橋下方的地基差異也較大，在通車后由于車輛荷載的作用，在路橋的交界處也會出現不均勻沉降，進而導致公路與橋梁連接處的路面產生臺階，使得車輛高速駛過時會出現顛簸跳躍的橋頭跳車現象，這嚴重影響了行車的舒適性與安全性，大大降低了行車速度，也為交通事故埋下了隱患?；A不均勻沉降在軟土的地區表現的尤為嚴重，為此需要對橋梁進行實時監測，對不均勻沉降較為明顯的區域及時地進行處理加固，以防病害的進一步發展。

2.2 橋梁上部結構病害

橋梁上部的病害主要包括：支座的損壞（見圖2）、鋼筋的銹蝕、混凝土的碳化以及表層的缺陷等。在橋梁施工完成后暴露在自然環境下，空氣中的二氧化碳會與混凝土中的氫氧化鈣發生化學反應，進而會使混凝土的酸度升高，對鋼筋造成銹蝕，其強度降低，耐久性下降。而上部結構的裂縫產生的原因也較為復雜，會受到材料的影響，如水泥、骨料、混凝土的質量配比；另外，還會受到使用環境、施工方式的影響；當然上部結構受到下部結構的影響也是比較大的，例如，下部結構的不均勻沉降會直接加劇上部結構的完整性以及受力狀況。支座作為橋梁上下部位的連接點是重要的傳力裝置，由于設計時缺乏周密考慮或者維修管理不善而造成支座組件的斷裂、錯位、脫空，使得支座受力不均勻、梁體產生過大的附加內力，一旦發生病害就會影響上下結構的使用壽命[3]。

圖2 支座偏移

2.3 橋面構造病害

橋面的結構主要分為橋面鋪裝、排水防水系統、伸縮縫、燈光照明以及欄桿幾個部分。橋面的鋪裝在破壞較輕的情況下會影響行車的舒適性，嚴重的情況會導致橋面的積水與跳車現象，甚至造成交通事故的發生。而排水系統的堵塞會導致橋面的積水，降低橋面的摩擦系數，引起車輛的打滑，而且積水往往會沿著橋面的裂縫滲入，進一步加劇了裂縫的擴展。欄桿的病害主要為撞擊、缺損和裂縫，存在缺陷的欄桿會使行車缺少安全感。伸縮縫的破損大多是由設計缺陷、材料不良、管理不善引起的，會導致車輛跳車，影響行車的舒適性，而且伸縮縫一旦缺陷，容易造成滲水，會加劇支座的損壞。

3 橋梁結構的加固方法

橋梁加固的方法種類較多，加固的方式不同，產生的效果也就有所差異，主要的幾種加固方式有粘貼鋼板加固法、橋面補強層加固法、增大截面加固法以及體外預應力加固法。每種方法都各有優缺點，針對不同的部位，就需要具體的加固措施，以下分別從橋梁結構的不同部位提出相應的加固方法[4]。

3.1 橋梁下部結構的加固

對橋梁下部的加固，首要的問題就是解決地基的不均勻沉降，首先要完善施工組織設計優化項目，減少路橋間的沉降差，另外就是加強對路堤填料的選擇。一般采用模量大、易壓實的材料，例如，石灰土、沙礫、級配碎石等一些透水性較為良好的粗粒土作為臺背回填的材料，也可以在臺背填料中填筑土工合成材料。土工格室強度較高，與填料之間的摩擦力較大，變形較小，能夠減小路橋過渡段的不均勻沉降。圖3與圖4分別為臺后填料加筋示意圖與加筋材料錨固示意圖。在臺背后設置排水系統，減少路面雨水對縫隙滲入地基中，盡可能減少不均勻沉降。

圖3 臺后填料加筋示意圖

圖4 加筋材料錨固示意圖

3.2 橋梁結構上部的加固

橋梁上部結構的加固主要是防止混凝土的碳化和裂縫，保護支座與鋼筋。對混凝土的保護主要是在設計的過程中增加保護層的厚度，選擇合適的水泥品種，控制水灰比以減少混凝土中自由水的含量，及時養護并適當添加外加劑。而對于裂縫的問題則需要從裂縫產生的原因對癥入手，主要的手段有加大板厚或者梁截面，提高配筋率來抑制裂縫的發生；在施工的過程中需要在混凝土中添加一定的外加劑來確?；炷恋馁|量，進而防止開裂，盡量選用標號高的、后期強度大的水泥，同時還需要嚴格地控制砂的使用；在攪拌混凝土時要嚴格控制混凝土的溫度，減少溫度效應對裂縫的影響。對于鋼筋的銹蝕，應當加大鋼筋保護層的厚度，控制混凝土的密實度，盡量使其中沒有空隙；也要控制好氯離子的含量；嚴格地控制裂縫的產生，防止水通過裂縫滲入內部，與鋼筋接觸加劇鋼筋的腐蝕。鋼筋與混凝土是相輔相成的，鋼筋會抑制裂縫的產生，同時，混凝土對鋼筋也有一定的保護作用。對于支座，需要提高支座的質量，及時地對支座進行維護檢修，及時清除支座周圍的垃圾，并及時處理脫空的支座。

3.3 橋面構造的養護措施

橋面的養護主要是通過局部的修補，對于破壞范圍較小的區域，先將遺留的鋪裝層進行清理，之后再進行新一層的鋪裝；而對于破壞范圍較廣的情況，應該將橋面上的鋪裝層完全清理之后再進行混凝土澆筑。面對橋面裂縫的情況可以采用壓漿的方法進行處置，通過向裂縫中注入裂縫膠或者水泥類的材料來填充裂縫空隙；或者采用填料充填的方法，這種方法一般用于修補較寬的裂縫，先將裂縫鑿出10cm左右的深槽，然后再填補各種密封材料[5]。

4 結語

本文從橋梁結構的不同部位進行系統的分析，闡述了在橋梁結構下部、上部以及橋面結構常見的病害，并分析了產生這種病害的具體原因，最后針對每一種病害提出了相應的加固方法。為工程中養護加固橋梁結構提供一定參考依據，增加橋梁的使用壽命，提高橋梁的安全性與行車的舒適性。