道路橋梁工程結構的病害與加固技術

謝茂宇

中鐵二院重慶勘察設計研究院有限責任公司 重慶 400023

現階段，在道路橋梁工程結構病害管控過程中，工程師需要采取有效的加固措施，對結構破損部位進行補充完善；同時通過前期細致、深入分析，進行結構損壞程度評價、結構計算，采取靈活高效的管控方法，提升整體結構的穩定性和牢固性。

1 道路橋梁工程結構的病害

1.1 裂縫

裂縫是道路橋梁工程結構中常見的病害，其通常是由荷載或應力失衡所導致的。比如當橋梁的荷載發生變化時，會導致結構內部的應力分布改變。高應力區域可能導致整體結構發生裂縫，從而影響結構的穩定。另外，大部分橋梁工程通常是以鋼筋混凝土為主體結構，而相關主體結構極易受到外在溫度的影響，出現膨脹或收縮現象，當相關指標超出應力結構的承載極限時便會引起裂縫[1]。具體來說，由于不同材料具備不同的熱膨脹系數以及機械特性，如果工程人員未對溫度問題進行把控，未進行實時高效的溫度監測，則會導致結構出現裂縫。除此之外，外在環境因素也會給道路橋梁原有結構帶來破壞，削弱結構的穩定性，降低強度，從而導致其裂縫現象進一步加劇。

1.2 銹蝕問題

在道路橋梁工程結構中包含大量鋼結構材料，相關金屬物質極易受到外在理化環境的影響。當區域氧氣和水的含量過高時，便會引發相應的氧化反應，產生金屬氧化物，從而給表面帶來銹蝕問題。另外當金屬表面與水接觸，在氧氣的共同作用下，會導致氧化反應加劇。一般情況下，道路橋梁工程中所產生的銹蝕現象通常包含一個完整的電化學過程，涉及陰極區域和陽極區域。而為了有效管控道路橋梁工程中的銹蝕問題，工程師通常會結合犧牲陽極的方法來減緩腐蝕。但是由于工程人員未對陽極材料進行定期更換，從而導致陰極材料遭受腐蝕影響。除此之外，在部分高濃度鹽堿的地區極易生成相應的電解質，提供導電通路，從而導致整個鋼結構材料的銹蝕問題加劇，一旦相關金屬材料產生銹蝕現象便會引發金屬膨脹，導致結構開裂。工程人員在銹蝕管控過程中需要重點對腐蝕速率進行計算，評估銹蝕的嚴重程度，通常以毫米每年或英寸每年作為計量單位，必要時采取有效應對措施，同時也需要根據百分比或等級來表示金屬表面的銹蝕程度，分為輕微、中等、嚴重等不同的級別。但是由于工程師、技術人員在對銹蝕參數管控過程中未對銹蝕類型、位置、材料特性進行細致深入分析，對點蝕、普通腐蝕、孔洞腐蝕等問題未引起足夠重視，從而導致結構出現變化。

1.3 混凝土剝落

混凝土剝落在道路橋梁工程結構中較為常見，其通常表現在混凝土橋梁結構表面脫落、破碎，導致整體結構的耐久性和安全性大幅度降低。引發混凝土剝落病害的原因較多，首先凍融循環是導致混凝土剝落的常見因素，一般情況下，混凝土吸水后會膨脹，以至于內部應力增加，在超出極限數值時，導致結構崩塌、破裂；另外，當相關區域的鹽堿腐蝕過大時，會引發混凝土內部溶解和再結晶，會伴隨熱量的釋放，從而出現相應的熱膨脹現象。在沿海地區以及冰雪融化地區的鹽腐蝕現象較為明顯。

其次，混凝土如果存在碳化的現象也會出現結構剝落脫離的情況，當碳酸氣體滲入到混凝土內部，會導致部分混凝土結構的堿性成分發生綜合反應，導致其原有結構形狀發生變化，從而在混凝土表面出現剝落現象。除此之外，化學物質的腐蝕也是引發結構剝落的核心因素，在酸雨或腐蝕性物質的影響下，會導致混凝土中的膠凝材料分解，以至于混凝土表面出現破損。工程師在對混凝土剝落情況進行管控過程中，需重點對剝落面積、深度、類型、位置進行嚴格細致分析，以便在后續修復過程中能夠對人工、材料、設備進行合理調配和使用。

1.4 蜂窩狀剝落

由于在道路橋梁工程中存在大量的混凝土結構，因此其難免會出現蜂窩狀剝落的現象。具體表現在混凝土結構出現小凹坑或凹陷區域，以至于結構不平整。一般情況下，混凝土結構出現蜂窩狀是由于混凝土攪拌澆筑不到位，在攪拌或澆筑環節存在振搗時間、力度不足，以至于混凝土中的氣泡無法排除干凈，在后續凝結過程中形成空氣、空洞，最終形成對應的凹陷區域，久而久之也會導致相關結構出現蜂窩狀的剝落現象；另外，在混凝土中的空氣空隙過大、氣泡過多也會形成蜂窩狀，由于振搗不充分，或在混凝土中摻入雜質，導致氣孔面積增大；并且，在部分混凝土骨料中，由于工程師未對其結構形狀進行把控，以至于骨料中摻入了大量的空氣，最終會導致混凝土結構不完整；再加上工程人員在初期凝結階段未對混凝土結構進行養護，導致表面的水分快速增發，最終形成蜂窩狀態，以至于整體結構受到嚴重損傷。因此，蜂窩狀剝落也是道路橋梁工程中常見的病害，由于工程師未嚴格管控混凝土的澆筑、養護的細節，以至于混凝土結構遭受到破壞。

2 道路橋梁工程結構的加固技術

2.1 梁下加固

梁下加固技術在道路橋梁工程中的應用較為常見，相關加固技術主要是通過增強橋梁結構的承載能力，特別在混凝土橋梁結構中，工作人員可通過結構管控，對應力結構進行補充優化，提升整體結構的穩定性和牢固性[2]。工作人員在該環節需要對加固材料、架構、工藝以及施工技巧進行靈活選用。首先，工作人員需要評估結構的完整性，檢測當前橋梁的狀態，對上文所講解到的腐蝕、損傷、裂紋等影響結構強度的因素進行分析，評估在梁下加固過程中所需要使用的加固工藝材料，以及所需要達成的加固效果。一般情況下，在對加固材料進行選用環節包含對預應力混凝土、復合材料、碳纖維增強材料的使用，須考慮橋梁的負載需求以及外在環境條件，結合工程預算，對梁下加固措施進行合理選用；緊接著，工作人員便需要對工作進行結構設置，其作為梁下加固中不可或缺的一部分，起到傳遞荷載的作用。支柱結構應當具備幾何形狀，能夠均勻分散外部應力，確保整體結構穩固可靠。在具體加固過程中，工作人員可通過添加橫梁的方式，在底部增加新的橫梁裝置來承接荷載；同時也可利用預應力混凝土來增強結構強度，如加裝鋼板來提供額外的應力支持。而針對部分特殊的結構，如損傷、裂紋、剝落，工程師可利用噴涂混凝土的工藝，將相關結構補充補全。在梁下加固過程中，工作人員需要進行負載測驗，驗證承載能力是否滿足標準；之后再逐步施加荷載來監測結構形變狀況，確保橋梁在后續使用過程中更加安全、可靠。

2.2 支座更換

在對橋梁結構進行加固的過程中，工作人員也需要對支座更換作業引起足夠重視，其作為橋梁升級以及結構替換過程中不可或缺的一項舉措，工作人員需要采取頂層設計，完成對整個結構的優化改善。一般情況下，當橋梁工程出現老化、腐蝕現象，其結構承載性能會大幅度降低，并且在地震、交通事故以及意外事件的影響下，可能會導致支座損壞，因此對支座進行不斷升級、優化是必不可少的。同時，隨著技術不斷更新、升級，支座技術取得不斷發展進步，此時可進行新舊技術的替換，通過更換支座來提高橋梁結構的綜合承載性能。

首先，在支座更換環節，工作人員需要進行全方位的技術評估、細節評估，確定支座是否需要更換，參照前期的工程調研，分析病害機理和影響程度，制定出全新的新支座施工計劃和更換方案；緊接著，工程師便需要對支座進行設計，通常情況下可結合橡膠支座、鋼支座，根據橋梁設計要求來完成對不同支座的選用。在正式施工前，施工人員需要將舊支座拆除掉，但是也需要完成對支護結構的施工，保障拆除工作安全進行；緊接著，便需要對新支座進行安裝調整，保證其在正確位置上發揮出應有的性能。在完成支座的更換之后，工程師便需要測驗新支座的性能，在測試通過之后，再將橋梁工程投入使用。

2.3 混凝土修復和加固技術

在道路橋梁工程結構加固作業中，工程師也需要合理應用混凝土修復和加固技術，提升工程結構的穩定性。首先，工作人員需要對混凝土表面進行修復清理，比如將其表面的污垢、油脂以及松散的混凝土清理干凈，并選取合適的修復材料，如修復砂漿、聚合物，將其灌注到對應的裂縫區域，對孔洞損壞進行修復。為了提高修復效率，工作人員可適當選用粘接劑，保證修復材料與混凝土材料粘接良好。而在后續對混凝土進行加固的過程中，工作人員可采取鋼筋加固措施，可在混凝土結構中增加對應的鋼結構，在其中設置鋼筋材料，并且重新進行澆筑，以此來增強其抗張強度。針對部分特種混凝土，工作人員可采取碳纖維增強材料，對其進行修復改善，通過將其貼附在混凝土表面，可使其結構強度得到提升。

而為了進一步提高加固水平，工程師也可采取預應力加固策略，例如在混凝土中施加壓力，并且穩步施加對應的平衡控制操作，調整張力鋼筋，然后在混凝土凝固之后釋放壓力，使得應力得以形成。但是在使用預應力加固技術的過程中，工作人員還需要分析道路橋梁工程的荷載狀況，保證外部荷載與預應力能夠做到抵消、平衡，從而減少結構損壞的風險。除此之外，在部分混凝土修復和加固技術體系中，工作人員也可采取噴涂修復的方法，針對部分道路橋梁工程大面積混凝土脫落、剝落的情況，可采取噴涂材料，借助聚合物修復較大的損壞區域。在該過程中可能會涉及澆筑修復策略，包含準備模具，澆筑新混凝土來取代損壞部分，但是也需要優先將相關區域的雜質清理干凈。在完成修復之后，工程師需要根據道路橋梁的使用需求對其中的結構參數進行實時高效監管分析，制定更加完善的監測計劃和方案，保障整體結構更加牢固可靠。

2.4 增加支撐結構

支撐結構是一類常見的加固單元，其作為橋梁工程結構加固技術中不可或缺的一部分，可提升整個橋梁工程結構的存在性能。在對支撐結構進行選用的過程中，工作人員需要進行結構評估，比如分析橋梁的應力狀態，基于評估結果來完善支撐結構的設計方案，如支撐柱的參數、數量。但是，工程師需要對其位置進行嚴格把控。在對支撐柱進行選用的過程中，工作人員需要考慮在相關區域新增加對應的支撐結構，涉及對地基工程的把控，須考慮地基的承載性能，結合橋梁負荷狀況，對支撐柱的直徑大小、結構強度進行合理設置。一般情況下，新增加的支撐柱通常為鋼筋混凝土結構，而相關支撐結構通常放置在橋梁的下部區域，提升整個結構的穩定性和牢固性。而具體的材料須根據施工設計得到確定，但是在此之前，工作人員也需要進行靜力和動力分析，確保新增加的支撐結構不僅能夠承受靜態負載，也能夠應對動態負荷，比如對交通荷載和地震進行管控。在整個支撐結構中難免會涉及施工連接部分，施工連接是否穩定可靠，影響著整個支撐結構是否能夠發揮出應有的作用。工程師須根據前期的設計規范標準，對結構部件進行連接安裝，選取合適的連接件以及固定方法，保證支撐結構與原有橋梁結構緊密牢固地粘接在一起。最后，工作人員需要進行實時高效的應力測試分析，對支撐結構所發揮出的實際作用進行評判，以此來評估支撐結構的實際使用效果。

2.5 使用預應力技術

預應力技術主要是改變橋梁的受力狀態，根據外在荷載大小，向道路橋梁系統施加對應的預應力，保證外部荷載與內部應力平衡。因此，在整個預應力加固技術體系中，工程師需要對結構中預應力大小部位進行分析評估，確定其中的關鍵指標。在該環節，工程師需要選取合適的預應力材料，包含鋼絲繩以及各類鋼纜，保證預應力材料具備足夠強度和彈性[3]。在此過程中，工作人員還需要完成對錨固系統的設計，用于固定預應力材料，保證整體結構能夠發揮出應有的性能，其通常包含對錨固裝置、錨固板、鋼套釘的配套使用。整個錨固系統的設置須滿足對應的安全承載需求，需要將相關預應力傳遞到混凝土結構中，從而才能夠發揮出應有的作用。在該環節便涉及預應力的施加作業，通過在預應力材料上施加張力，調整其大小和方向，從而改變道路橋梁結構原有的應力狀態。在完成對預應力的施加之后，工作人員便需要固定結構，包含混凝土澆筑以及預應力傳遞，提升整個結構的穩定性和耐久性。但是，工作人員在后續也需要進行持續高效地監測和調整，對預應力狀態進行深入、細致分析，評估整個預應力加固是否達成對應的效果，提高加固管理水平。

2.6 防腐蝕保護

通過上文的病害分析不難看出，由于道路橋梁結構的鋼筋混凝土遭受到外在環境的腐蝕影響，其結構性能大幅度降低，為了有效管控由腐蝕而導致的結構破損問題，工程師需要在加固作業中采取有效的防腐保護，提升整個結構的抗腐蝕性能。首先，工作人員需要對混凝土以及金屬材料表面臟污、銹蝕、污垢進行清除整理，包含磨砂、刷洗、噴砂以及高壓水清洗等操作；緊接著，便需要涂抹對應的防腐涂層，工程師須根據不同類型的涂料，在不同結構采取差異化的防腐方式，可利用環氧涂料、聚氨酯涂料，在金屬表面形成一個致密的氧化層，防止水分和氧氣進入金屬內部。另外，工作人員也可采取陰極保護措施，結合犧牲陽極法，定期對建筑材料中的陽極結構進行補充、完善，從而達到抑制腐蝕的效果。需要引起注意的是，工程師需要定期進行維護檢測，對防腐涂層進行更換、補充，并且修復、更換損傷的部件。但是在對腐蝕問題進行預防管理期間，工作人員也需要嚴格參照環境監控數據，包含對當地鹽分、濕度、化學物質的監管，以此來確定是否需要采取額外的措施來提升整個結構的安全性能。

3 結束語

總體來說，在道路橋梁工程結構病害加固管控過程中，工作人員需要對整個施工工藝、流程、方案進行優化，采取靈活高效的管控措施，提升整體結構的穩定性和牢固性，保證施工建設水平和質量得到有效提升。