高速公路橋梁典型病害及養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)研究

楊江

摘要 高速公路橋梁是交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)和連接樞紐。文章通過對(duì)高速公路橋梁典型病害及養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)的討論，總結(jié)了病害處理的基本原則，并結(jié)合某高速公路橋梁病害的養(yǎng)護(hù)維修實(shí)際案例進(jìn)行了探討。通過采取預(yù)防為主、防養(yǎng)結(jié)合的原則可以減少病害的出現(xiàn)；針對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的不同部位的病害類型，需要結(jié)合其產(chǎn)生原因及發(fā)展情況，制定針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)維修方案進(jìn)行全面處理。

關(guān)鍵詞 高速公路；橋梁；病害；養(yǎng)護(hù)維修

中圖分類號(hào) U445.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）16-0108-03

0 引言

高速公路是交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的重要路線，橋梁作為高速公路連接的重要環(huán)節(jié)之一，對(duì)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展具有極為重要的促進(jìn)作用。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，前期建設(shè)的高速公路由于修建時(shí)間相對(duì)較早，近年來(lái)車流量以及車輛的載重不斷加大，高速公路橋梁在承擔(dān)目前車流量的過程中面臨了較大的壓力，長(zhǎng)期的載荷作用導(dǎo)致高速公路的橋梁逐漸出現(xiàn)了較多的病害問題[1]?；诟咚俟窐蛄旱臋z測(cè)結(jié)果和相關(guān)的調(diào)查情況，其病害類型從性質(zhì)上一般可以劃分為結(jié)構(gòu)性病害和耐久性病害。從病害出現(xiàn)的部位分析，可以將病害劃分為橋梁上部結(jié)構(gòu)病害、下部結(jié)構(gòu)病害、附屬設(shè)施病害等不同的類型[2]。因此，研究和分析高速公路橋梁出現(xiàn)病害的原因及部位對(duì)于橋梁針對(duì)性養(yǎng)護(hù)維修方案的制定至關(guān)重要，也是改善其使用情況的重要基礎(chǔ)前提。

結(jié)合高速公路橋梁病害產(chǎn)生的部位及原因、類型，該文給出了具體的病害檢測(cè)和判定流程，并針對(duì)性地提出了養(yǎng)護(hù)維修的相關(guān)措施和方法，為研究人員提供了更多的參考和借鑒，有利于高速公路橋梁病害處理及防治技術(shù)的提升和改善。進(jìn)一步結(jié)合貴州某地高速公路橋梁病害的檢測(cè)及養(yǎng)護(hù)維修的具體案例進(jìn)行了分析和討論，給出了病害判定的方法和流程，為此類問題的解決提供了更多的實(shí)際案例支撐，豐富了高速公路橋梁病害處理過程中更多的養(yǎng)護(hù)維修措施。

1 高速公路橋梁常見病害類型

1.1 橋梁上部結(jié)構(gòu)病害

日常通行過程中，與車輛接觸最多的部位是高速公路橋梁的上部結(jié)構(gòu)，該部分結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性直接關(guān)系到橋梁整體的使用壽命以及結(jié)構(gòu)的安全性。因此，該部位的日常安全檢查及養(yǎng)護(hù)維修十分重要，屬于病害管理及排查的重點(diǎn)區(qū)域。檢查不及時(shí)或者未能按照要求處理相關(guān)部位的病害，直接影響到高速公路通行車輛的安全性以及橋梁的使用壽命，為交通運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)重的制約[3]。對(duì)于橋梁上部結(jié)構(gòu)而言，由于橋梁混凝土發(fā)生收縮或者受到撓曲等情況，導(dǎo)致其主梁經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象，這也成為橋梁病害中常見的一種類型。此類病害的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致高速公路橋梁發(fā)生不同程度的安全隱患，在混凝土剪力過大的情況下，支座兩側(cè)還會(huì)出現(xiàn)一定程度的裂縫，進(jìn)一步引發(fā)高速公路橋梁的結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，需要重點(diǎn)針對(duì)梁體裂縫的形成和發(fā)展進(jìn)行及早地發(fā)現(xiàn)、處理，避免安全隱患的出現(xiàn)。

1.2 橋梁下部結(jié)構(gòu)病害

作為高速公路橋梁重要的支撐構(gòu)件，蓋梁構(gòu)件的性能是高速公路橋梁發(fā)揮作用的重要基礎(chǔ)。受力相對(duì)較為簡(jiǎn)單是蓋梁結(jié)構(gòu)的特征，主要是受到重力的影響，尤其是剪力和軸力的影響作用[4]。對(duì)于橋梁下部結(jié)構(gòu)而言，常見的病害是裂縫以及氧化腐蝕，此類病害的長(zhǎng)期影響將導(dǎo)致橋梁的重大安全隱患。此外，在下部結(jié)構(gòu)中，墩臺(tái)是將橋梁結(jié)構(gòu)荷載傳遞給地基的重要構(gòu)件，但同時(shí)也是容易出現(xiàn)病害的構(gòu)件之一。受到天氣變化的影響，同時(shí)由于環(huán)境溫度的作用，墩臺(tái)部位也會(huì)出現(xiàn)不同程度的腐蝕或者損壞等常見的病害，同樣也是威脅高速公路橋梁安全及使用壽命的病害之一。

1.3 橋梁支座及附屬結(jié)構(gòu)病害

支座系統(tǒng)及附屬結(jié)構(gòu)如錐坡等破損等也是高速公路橋梁典型病害問題。其中，橋梁支座常見病害有材料老化、變形、裂痕、破損、脫落甚至斷裂等，均屬于高速公路橋梁附屬結(jié)構(gòu)的主要病害類型。由于缺乏及時(shí)的養(yǎng)護(hù)維修，長(zhǎng)期的外部氣象因素的影響均是導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)不同程度損壞的主要原因，加上長(zhǎng)期的過載車輛的通行，使得支座處于一種超負(fù)荷的承壓狀態(tài)。此外，雜草、棄土等在橋梁錐坡附近沉積容易導(dǎo)致周邊的土質(zhì)出現(xiàn)疏松，進(jìn)而出現(xiàn)開裂或沉降等病害，進(jìn)而進(jìn)一步發(fā)展可能會(huì)引起土層塌陷。

1.4 橋梁混凝土質(zhì)量問題

高速公路橋梁外露混凝土也會(huì)成為病害出現(xiàn)的常見部位，引起該部位病害的主要原因一方面是外部對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕作用，另一方面是受到其他外部物體的撞擊導(dǎo)致的損害。外部環(huán)境中各種酸性、堿性離子、鹽離子等均會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，長(zhǎng)期浸水的影響會(huì)加速混凝土遭受化學(xué)侵蝕的過程，均會(huì)對(duì)混凝土的質(zhì)量造成嚴(yán)重影響[5]。

2 高速公路橋梁病害養(yǎng)護(hù)維修及應(yīng)用

2.1 高速公路橋梁病害養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)

高速公路橋梁是高速公路的重要組成，如果橋梁出現(xiàn)病害或者其他損壞，對(duì)于交通網(wǎng)絡(luò)而言，輕則限速減載；嚴(yán)重時(shí)甚至危害車輛的行車安全。橋梁構(gòu)件養(yǎng)護(hù)維修對(duì)于保障高速公路的暢通以及延長(zhǎng)使用壽命等至關(guān)重要，同時(shí)對(duì)交通網(wǎng)絡(luò)的提升以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。因此，需要重點(diǎn)關(guān)注高速公路橋梁病害的排查以及養(yǎng)護(hù)維修工作。如圖1所示，給出了高速公路橋梁病害檢查及處理的基本流程。

2.1.1 分類型維修養(yǎng)護(hù)

高速公路橋梁出現(xiàn)的病害類型較多，需要結(jié)合病害的具體原因和發(fā)展情況制定針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)維修措施。其中，對(duì)于梁板結(jié)構(gòu)裂縫而言，為了提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗彎承載能力，可以采用纖維補(bǔ)強(qiáng)材料處理，還可以采用結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)化法對(duì)出現(xiàn)損壞的橋梁進(jìn)行加固維修。其次，如果梁板出現(xiàn)了非結(jié)構(gòu)性的裂縫，環(huán)氧樹脂或注膠封閉的方法可以實(shí)現(xiàn)較好的修復(fù)效果，應(yīng)注意在預(yù)留進(jìn)漿口及排氣孔的情況下做好裂縫的封閉。然后，對(duì)于橋梁上部表面出現(xiàn)的鋪裝破損情況，如果面積相對(duì)較小，可以采取局部修補(bǔ)的措施進(jìn)行維修；如果損壞面積過大時(shí)，需要將橋梁的損壞部位所在的整垮鋪裝層鑿除之后進(jìn)行重新鋪筑施工。若出現(xiàn)由于橋面鋪裝浸水造成脫落、擁包等情況，則需要在改善排水措施之后，確保浸水已經(jīng)排出的情況下進(jìn)行面層的修補(bǔ)。此外，橡膠支座病害檢查的原則要求加強(qiáng)日常對(duì)橡膠支座的病害排查。對(duì)其可能出現(xiàn)的病害堅(jiān)持做到早發(fā)現(xiàn)、早處理，抓住橡膠支座病害維修的最佳時(shí)機(jī)；同時(shí)需要強(qiáng)化橡膠支座的養(yǎng)護(hù)，采取涂油等保養(yǎng)措施進(jìn)一步減緩橡膠老化以及鋼板銹蝕的作用過程；對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)的較為嚴(yán)重的支座病害而言，必要時(shí)需要采取更換支座的措施。

2.1.2 強(qiáng)化預(yù)防性養(yǎng)護(hù)維修

高速公路橋梁的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)維修指的是針對(duì)可能出現(xiàn)的早期病害進(jìn)行預(yù)防性的維修處理，最大限度地避免病害的進(jìn)一步惡化。其中，常見的處理措施是微表處施工技術(shù)。該技術(shù)按照一定的配比將礦料物質(zhì)以及高分子改性乳化瀝青等進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試之后的混合物質(zhì)鋪設(shè)在橋面，該混合物能夠?qū)崿F(xiàn)與原橋面的快速黏合，加快養(yǎng)護(hù)維修的施工速度，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)修補(bǔ)部位防水性及抗滑性的改善，維修效果明顯。但微表處技術(shù)也受限于只能針對(duì)微小裂縫進(jìn)行處理的制約，無(wú)法針對(duì)大面積的裂縫進(jìn)行大范圍的病害處理。

2.1.3 建立日常保養(yǎng)維修機(jī)制

針對(duì)高速公路橋梁可能出現(xiàn)或者已經(jīng)出現(xiàn)的典型病害而言，在處理過程中需要堅(jiān)持預(yù)防為主，防養(yǎng)結(jié)合的養(yǎng)護(hù)維修機(jī)制，在強(qiáng)化日常養(yǎng)護(hù)維修的同時(shí)，針對(duì)可能出現(xiàn)病害的重點(diǎn)部位進(jìn)行全面的排查和檢測(cè)，確保對(duì)于引起病害的前期隱患能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)、快速維修。對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)的輕微病害，需要按照相關(guān)的養(yǎng)護(hù)維修預(yù)案及時(shí)進(jìn)行針對(duì)性的處理，避免病害的持續(xù)惡化。如果橋梁已經(jīng)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性病害，首先要在做好交通流量管理的情況下，以保證結(jié)構(gòu)安全為前提，第一時(shí)間進(jìn)行加固處理，需要分析病害出現(xiàn)的原因，判斷繼續(xù)發(fā)展的可能性，避免簡(jiǎn)單機(jī)械地僅針對(duì)病害發(fā)生部位進(jìn)行處理。

2.2 典型病害的養(yǎng)護(hù)維修應(yīng)用

2.2.1 工程概況

基于上述高速公路橋梁典型病害出現(xiàn)的原因及養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)的分析，結(jié)合貴州某高速公路橋梁出現(xiàn)的問題進(jìn)行了研究。該橋系連接主線和收費(fèi)所的上跨橋梁，其全長(zhǎng)356.4 m。分析其結(jié)構(gòu)可知，橋梁上部構(gòu)造采用的是預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，下部為三柱式橋臺(tái)、樁基礎(chǔ)。橋墩為三柱式墩、樁基礎(chǔ)。橋梁第9～11跨位于匝道半徑曲線內(nèi)，容易發(fā)生超限超載貨車傾覆及重物滑落等情況，對(duì)橋梁造成損壞。

2.2.2 存在病害及養(yǎng)護(hù)維修措施

通過對(duì)該橋進(jìn)行荷載對(duì)比試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，其病害的類型有輕微裂縫（對(duì)各板的橫向受力影響較?。⒅ё鹉z出現(xiàn)老化現(xiàn)象（個(gè)別支座橡膠需要更換處理），對(duì)橋梁的整體結(jié)構(gòu)安全性影響較小，需要針對(duì)相關(guān)病害進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修處理。因此，此次采取的主要措施是在維持現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的情況下維修加固。其中，維修加固主要使用裂縫補(bǔ)強(qiáng)及封閉材料、NC聚合物修補(bǔ)材料、碳纖維加固材料等相關(guān)基礎(chǔ)材料。如表1所示，給出了NC聚合物修補(bǔ)材料的基本性能參數(shù)情況。結(jié)合蓋梁的病害情況以及材料的性能，采用該材料針對(duì)蓋梁構(gòu)件的病害部位進(jìn)行修復(fù)處理。

NC聚合物快速修補(bǔ)材料是經(jīng)復(fù)合聚合形成的微膨脹粉粒狀黏結(jié)材料，主要以硅酸鹽水泥為主，同時(shí)摻有其他有機(jī)和無(wú)機(jī)材料，遇水后出現(xiàn)水化、水解等化學(xué)反應(yīng)，形成耐久性好、黏結(jié)度高、滲透性強(qiáng)的新型膠凝體，具有較好的耐磨和抗沖擊等性能。如圖2所示，給出了該材料的基本力學(xué)性能情況。

此外，針對(duì)裂縫的處理主要是結(jié)合裂縫區(qū)情況，采取了碳纖維布黏貼加固處理的措施，防止裂縫受外力的繼續(xù)作用而出現(xiàn)持續(xù)的發(fā)展和惡化。如圖3所示，給出了裂縫區(qū)加固方案中碳纖維布的黏貼示意圖。對(duì)于垂直裂縫方向，采用跨縫黏貼的方式，黏貼單向300 g/m2的碳纖維布進(jìn)行處理，裂縫雙側(cè)的錨固長(zhǎng)度需要保證大于250 mm；具體加固的長(zhǎng)度確定時(shí)，需要確保其長(zhǎng)度大于裂縫兩端終止的位置，向外延展不低于300 mm，以保障裂縫能夠被完全覆蓋。

3 結(jié)語(yǔ)

該文通過分析高速公路橋梁典型病害的類型及產(chǎn)生原因，針對(duì)性地總結(jié)了常見病害的養(yǎng)護(hù)維修措施，并結(jié)合實(shí)際工程討論了病害的處理養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)。得出結(jié)論如下：

（1）高速公路橋梁典型病害的處理過程要堅(jiān)持預(yù)防為主、防養(yǎng)結(jié)合的方案，針對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的病害需要總結(jié)分析其出現(xiàn)的具體原因，并結(jié)合病害發(fā)展情況制定針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)維修策略，避免僅對(duì)局部病害進(jìn)行簡(jiǎn)單機(jī)械的處理。

（2）對(duì)于輕微裂縫的處理，維修加固可以采用裂縫補(bǔ)強(qiáng)及封閉材料、NC聚合物修補(bǔ)材料、碳纖維加固材料等進(jìn)行處理。采取黏貼碳纖維布的措施進(jìn)行加固處理，為保障施工質(zhì)量，黏貼施工時(shí)需要保障兩側(cè)錨固長(zhǎng)度不低于250 mm，裂縫兩端延展長(zhǎng)度不低于300 mm。

參考文獻(xiàn)

[1]楊永紅， 楊朝， 唐祖德， 等. 改擴(kuò)建市政道路穿越高速公路橋梁的涉路安全評(píng)價(jià)研究[J]. 公路， 2023（3）： 252-261.

[2]劉家齊. 高速公路橋梁伸縮縫疲勞破壞機(jī)理分析及快速修復(fù)技術(shù)研究[D]. 鄭州：鄭州大學(xué)， 2022.

[3]李少龍. 高速公路橋梁病害處理及養(yǎng)護(hù)措施淺談[J]. 中國(guó)建材科技， 2021（6）： 130-132.

[4]高江華， 韓春華， 郭健， 等. 基于最小二乘積求解的高速公路橋梁形變監(jiān)測(cè)[J]. 計(jì)算機(jī)仿真， 2022（12）： 169-172+234.

[5]唐梁. 高速公路橋梁養(yǎng)護(hù)方案分析與優(yōu)化[D]. 沈陽(yáng)：東北大學(xué)， 2020.