公路橋梁病害成因與維修對(duì)策研究

王培強(qiáng)

（臨沂市公路事業(yè)發(fā)展中心莒南縣中心，山東 臨沂 276600）

0 引言

公路橋梁作為基礎(chǔ)設(shè)施的重要構(gòu)成部分，對(duì)我國交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展有著基礎(chǔ)性作用。公路橋梁工程可以滿足交通運(yùn)輸?shù)男枨?，增進(jìn)不同區(qū)域的聯(lián)系，推進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。然而，公路橋梁工程投入使用后，在結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題、施工質(zhì)量問題、車輛荷載、自然環(huán)境等因素的綜合影響下，會(huì)誘發(fā)各種病害，使得公路橋梁結(jié)構(gòu)的承載力下降，還會(huì)增加交通運(yùn)輸?shù)奈ｋU(xiǎn)性。所以，現(xiàn)階段有必要強(qiáng)化對(duì)公路橋梁病害的重視，加大養(yǎng)護(hù)維修力度，采取科學(xué)的維修對(duì)策，維持公路橋梁的使用性能。

1 公路橋梁病害成因

1.1 裂縫病害

公路橋梁的眾多病害中，裂縫病害是最為常見的一種。公路橋梁裂縫的成因很多，如項(xiàng)目設(shè)計(jì)期間勘查不足使得設(shè)計(jì)存在缺陷，后續(xù)施工缺少對(duì)施工技術(shù)的把控，投入使用后處于長(zhǎng)期碾壓狀態(tài)，再加上降水、溫度等自然因素的影響，使得公路橋梁出現(xiàn)病害。

1.1.1 干縮裂縫

公路橋梁裂縫類型中，干縮裂縫較為常見。因?yàn)槲覈窐蛄汗こ潭鄶?shù)為混凝土結(jié)構(gòu)，經(jīng)過長(zhǎng)期使用后，混凝土結(jié)構(gòu)中的水分蒸發(fā)不均、內(nèi)外濕度變化不均，容易出現(xiàn)干縮裂縫。裂縫會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)的承受強(qiáng)度，誘發(fā)結(jié)構(gòu)變形問題。

1.1.2 局部壓力裂縫

如果混凝土的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度低于實(shí)際荷載作用力，會(huì)使得承壓應(yīng)力高的部位產(chǎn)生局部拉應(yīng)力，誘發(fā)局部壓力裂縫，嚴(yán)重者可能導(dǎo)致路面材料被壓碎，誘發(fā)局部短小裂縫，裂縫的延伸方向與壓力方向有著平行的關(guān)系。

1.1.3 溫度裂縫

在熱脹冷縮作用下，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)隨之發(fā)生改變，拉應(yīng)力逐漸增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)超出臨界值，如果沒有及時(shí)進(jìn)行處理，混凝土結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生裂縫。由于溫度變化引發(fā)的裂縫形式存在差異，所以存在不同類型的溫度裂縫，如截面均勻溫差裂縫、截面內(nèi)外溫差裂縫等。

1.2 橋梁結(jié)構(gòu)病害

1.2.1 橋梁上部結(jié)構(gòu)病害

橋梁上部結(jié)構(gòu)最為常見的病害有空心板開裂、滲水、局部損壞等，一旦發(fā)生病害，就會(huì)使得橋梁結(jié)構(gòu)被破壞。

首先，公路橋梁施工建設(shè)期間，如果存在鋼筋保護(hù)層設(shè)置不足、橋梁上部結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布不均勻、地板橫向配筋不能彌補(bǔ)空心板鋼絞線的拉力等問題，則會(huì)導(dǎo)致橋梁空心板出現(xiàn)縱向裂縫。

其次，在公路橋梁工程投入使用后，會(huì)長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境中，必然難以擺脫雨水、雪水的沖刷和侵蝕，長(zhǎng)期作用下，會(huì)發(fā)生鋼筋銹蝕、混凝土開裂等病害，導(dǎo)致公路橋梁工程的局部被損壞。

再次，混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂后，其內(nèi)部成分和水發(fā)生反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生氫氧化鈣，在空氣中進(jìn)一步與二氧化碳反應(yīng)后，生成碳酸鈣晶體，導(dǎo)致空心板出現(xiàn)滲水白化的問題。

最后，橋梁上部結(jié)構(gòu)中的T 梁在長(zhǎng)期使用過程中，受各種荷載的影響，容易出現(xiàn)縱向開裂；個(gè)別運(yùn)輸車輛忽略橋梁的限高要求，強(qiáng)行通過橋梁時(shí)，會(huì)與下梁板摩擦碰撞，導(dǎo)致混凝土被刮傷，最終使得梁底部出現(xiàn)破損的情況。

1.2.2 橋梁下部結(jié)構(gòu)病害

橋梁下部結(jié)構(gòu)的病害以橋墩、墩柱結(jié)構(gòu)破壞為主。其成因很多，如外界溫度應(yīng)力、接縫施工不合格、基礎(chǔ)不均勻沉降等。橋梁下部結(jié)構(gòu)在各種因素的綜合作用下，容易產(chǎn)生開裂、麻面、鋼筋外露等問題。一旦鋼筋暴露在空氣中，則會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，被進(jìn)一步銹蝕。墩柱結(jié)構(gòu)萬一被破壞，下部結(jié)構(gòu)必然會(huì)出現(xiàn)傾斜、下沉等危害。

1.3 橋梁伸縮縫病害

橋梁伸縮縫是指在橋梁工程的兩梁端之間、梁端與橋臺(tái)之間設(shè)置的伸縮縫。設(shè)置伸縮縫的目的是滿足橋面變形的需求，保證橋面的使用性能。通常情況下，伸縮縫以平行或垂直于橋梁軸線的形式存在。公路橋梁投入使用后，在雨水沖刷、冰雹侵蝕、車輛荷載沖擊等因素的綜合作用下，伸縮縫會(huì)發(fā)生松動(dòng)，或者兩側(cè)的混凝土、橡膠板等出現(xiàn)問題，一般是因?yàn)樯炜s縫的連接裝置難以承受外部因素的作用力，導(dǎo)致連接點(diǎn)脫落。

2 公路橋梁病害維修方法

2.1 裂縫修補(bǔ)技術(shù)

對(duì)于裂縫病害，需要采取相應(yīng)的修補(bǔ)技術(shù)，避免裂縫擴(kuò)大帶來的消極影響。為了更好地發(fā)揮裂縫修補(bǔ)技術(shù)的應(yīng)用效果，需要注意以下事項(xiàng)。

2.1.1 較小裂縫修補(bǔ)措施

公路橋梁構(gòu)件表面如果有比較小的裂縫，也不能忽視，需要選擇耐水性較好的施工材料，對(duì)縫隙進(jìn)行填充與修復(fù)處理，避免裂縫擴(kuò)大化發(fā)展對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞影響。選取的修補(bǔ)材料一般是具有高硬度的環(huán)氧樹脂凝膠材料，借助材料自身的修補(bǔ)能力，使得混凝土受損疏松的位置得以加固，形成一個(gè)整體。具體操作上，一般采用表面處理法或者噴涂法，在細(xì)小裂縫的表面噴涂修補(bǔ)材料進(jìn)行加固，以免雨水沖刷侵蝕。若是裂縫問題在不斷地?cái)U(kuò)大，則需要選用延展性、伸縮性較好的修補(bǔ)材料，使其在構(gòu)件表面凝固后形成保護(hù)層，增加橋體強(qiáng)度。

2.1.2 大面積裂縫修補(bǔ)措施

對(duì)于公路橋梁的大面積裂縫病害，首先需要將原混凝土鑿除，然后以加大截面面積的方式進(jìn)行加固處理。加固之前，要對(duì)構(gòu)件表面進(jìn)行鑿毛處理，然后清潔表面，并采取同一標(biāo)號(hào)的混凝土進(jìn)行澆筑和填充施工，以此達(dá)到良好的維修效果。另外，如果裂縫具有一定的寬度，則需要采取注漿法、填充法對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。其中，注漿法以環(huán)氧樹脂或者水泥作為修補(bǔ)材料（見圖1），注入裂縫之中，對(duì)橋體進(jìn)行修復(fù)處理，環(huán)氧樹脂材料的抗氧化性、防水性很強(qiáng)，修補(bǔ)效果較為理想。填充法以化學(xué)補(bǔ)強(qiáng)劑為修補(bǔ)材料，注入裂縫中可以增強(qiáng)縫隙的抗壓能力，達(dá)到保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)的目的。

圖1 環(huán)氧樹脂修復(fù)裂縫示意圖

2.1.3 鋼板材料修復(fù)裂縫措施

采用鋼板材料對(duì)裂縫進(jìn)行修復(fù)時(shí)，需要細(xì)致地分析施工方法和施工材料，有針對(duì)性地對(duì)裂縫進(jìn)行處理。若是裂縫較大，已經(jīng)影響橋體內(nèi)部的鋼構(gòu)件，則必須采用粘貼鋼板的方法進(jìn)行修復(fù)。在修復(fù)時(shí)，需要保持鋼板的粘貼方向與裂縫方向垂直，以更好地發(fā)揮裂縫修補(bǔ)技術(shù)的保護(hù)效果[1]。

2.2 橋梁維修技術(shù)

2.2.1 預(yù)應(yīng)力加固法

在公路橋梁病害的維修處理上，通過加固的方式可以增強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。實(shí)際維修操作時(shí)，合理地應(yīng)用預(yù)應(yīng)力原理，可以調(diào)整橋梁構(gòu)件的初始應(yīng)力，以此抵消部分自重應(yīng)力。在具體施工時(shí)，為了使構(gòu)件承載能力得以提升，需要合理地借助橋梁構(gòu)件卸載應(yīng)力的方法，提升公路橋梁的承載力，維持公路橋梁的使用性能。

同時(shí)，在公路橋梁維修工藝的選擇上，需要合理地應(yīng)用預(yù)應(yīng)力加固的方法，減少、限制橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生病害的可能性，保證橋梁結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量[2]。

2.2.2 粘貼鋼板加固法

粘貼鋼板加固法不僅具有成本低廉、施工便捷、靈活性強(qiáng)、堅(jiān)固耐用等優(yōu)勢(shì)，還可以顯著提升橋梁結(jié)構(gòu)的剛度、韌性和強(qiáng)度，使公路橋梁的性能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在公路橋梁病害維修方面，應(yīng)用黏貼鋼板加固技術(shù)，能夠以少量的施工時(shí)間達(dá)到良好的修復(fù)效果，使加固施工質(zhì)量得以保證。不僅簡(jiǎn)化施工工藝，還提升了施工效率，減少病害帶來的影響。在公路橋梁病害維修時(shí)，需要考慮病害的實(shí)際情況，依據(jù)不同種類鋼板的特征及優(yōu)勢(shì)，加以靈活應(yīng)用，以此提升加固工藝的應(yīng)用效果[3-5]。

2.2.3 碳纖維復(fù)合材料加固法

碳纖維復(fù)合材料是以基體材料與碳纖維構(gòu)成的復(fù)合材料，在公路橋梁加固維修中，碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維等復(fù)合材料的使用頻率很高。其主要原因是碳纖維復(fù)合材料具備較強(qiáng)的耐腐蝕性和抗疲勞性，可以增強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能。在公路橋梁維修中，合理地應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料加固法，可以改善公路橋梁的質(zhì)量，簡(jiǎn)化施工工藝，獲得良好的加固效果，從而為公路橋梁后續(xù)養(yǎng)護(hù)工作的落實(shí)創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)[6-7]。

2.3 橋梁結(jié)構(gòu)病害維修措施

2.3.1 橋梁上部結(jié)構(gòu)病害處理措施

橋梁上部結(jié)構(gòu)病害處理過程中，應(yīng)注意以下方面：

其一，在箱梁底部鉆孔時(shí)，需要設(shè)置有效的排水設(shè)施，及時(shí)排除孔內(nèi)的積水，以免對(duì)空心板產(chǎn)生不利影響。

其二，如果腹板斜裂縫寬度超過0.3mm，則需要采取加固措施。

其三，對(duì)于箱梁的縱向裂縫，需要依據(jù)其寬度采取灌漿的方式進(jìn)行處理；對(duì)于寬度比較明顯的裂縫，則需要采取粘貼碳纖維布的方式進(jìn)行處理。

其四，當(dāng)鉸縫有明顯滲水時(shí)，砂漿會(huì)大面積脫落，可行的解決辦法是鋪設(shè)性質(zhì)相同的材料，與原有結(jié)構(gòu)形成密實(shí)的整體。

其五，當(dāng)梁底板有輕微劃傷時(shí)，應(yīng)在梁兩側(cè)設(shè)置限高標(biāo)志，禁止超限車輛通過。

其六，當(dāng)腹板、梁翼緣損壞時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況靈活選用環(huán)氧混凝土等修補(bǔ)材料，以提升新舊混凝土之間的黏結(jié)力，保護(hù)腹板與梁翼緣[8-9]。

2.3.2 橋梁下部結(jié)構(gòu)病害處理措施

其一，橋梁墩臺(tái)傾斜屬于典型的影響下部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的病害，對(duì)于該病害的處理，需要準(zhǔn)確分析其成因，進(jìn)行針對(duì)性處理。例如，對(duì)于橋梁埋深不足的情況，需要對(duì)其進(jìn)行加固，使其具有更強(qiáng)的性能。

其二，對(duì)于橋梁基礎(chǔ)穩(wěn)定性不足或樁基礎(chǔ)間距超過合理范圍的情況，需要適當(dāng)擴(kuò)大承臺(tái)。可行的方法是增加鉆孔樁或預(yù)制樁，以保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

其三，在一些橋梁結(jié)構(gòu)中，墩柱的抗彎承載力不足。可行的方法是設(shè)置混凝土護(hù)筒，使墩柱保持穩(wěn)定狀態(tài)。

其四，當(dāng)橋臺(tái)背壓力異常高時(shí)，容易影響橋臺(tái)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致橋臺(tái)傾斜?？尚械慕鉀Q措施是直接更換臺(tái)背填土，使臺(tái)背的壓力得以減輕[10]。

2.4 伸縮縫維修技術(shù)

2.4.1 U 形鐵皮伸縮縫維修措施

一是伸縮縫的U 形鐵皮老化、斷裂，要及時(shí)更換伸縮縫，控制病害擴(kuò)大對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞性影響。二是伸縮縫內(nèi)部的軟性材料老化，需清理縫隙中的泥土，注入新的填料，達(dá)到修補(bǔ)效果。

2.4.2 鋼板伸縮縫維修措施

一是鋼板伸縮縫存在明顯的變形，或者螺栓部分脫落，會(huì)對(duì)伸縮縫的使用性能產(chǎn)生影響，對(duì)此需要拆除和更換伸縮縫。二是鋼板與角鋼焊接位置出現(xiàn)破裂，需要清理干凈破裂位置的污垢，并進(jìn)行焊接。三是伸縮縫的梳齒產(chǎn)生裂縫，可選擇焊接方式對(duì)其進(jìn)行處理和加固，或者直接更換伸縮縫[11]。

2.4.3 橡膠伸縮縫維修措施

一旦發(fā)現(xiàn)橡膠伸縮縫出現(xiàn)老化、脫落現(xiàn)象，則要即刻拆除并更換，避免病害擴(kuò)大化發(fā)展，帶來更大的不利影響。在維修時(shí)，需要在確保質(zhì)量的基礎(chǔ)上，盡可能地縮短施工期限，減少對(duì)交通的影響。

3 結(jié)語

公路橋梁一旦出現(xiàn)病害，將會(huì)影響其使用性能和使用壽命，采取科學(xué)合理的維修措施是維持其使用性能和使用壽命的有效路徑。在公路橋梁病害處理和維修期間，維修人員必須樹立科學(xué)的維修理念，不斷總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn)，主動(dòng)學(xué)習(xí)最前沿的預(yù)防性維修加固知識(shí)及維修技術(shù)，提升公路橋梁病害維修水平，為交通運(yùn)輸事業(yè)的健康發(fā)展創(chuàng)造有利條件。