道路桥梁结构病害与加固探讨
2015-08-26
引言
道路桥梁建设是城市与国家发展的基础，市交通运输的主要途径，因此，在工程建设中占有着重要的地位。随着我国施工技术的发展，道路桥梁建设的发展也越来越快，但是在高速发展的过程中，难免会出现一些问题，尤其是其结构上的危害，对工程建设质量与效率影响非常大。因此，对桥梁结构病害采取加固措施具有亟待解决。
一、道路桥梁结构施工加固的意义
1. 实施道路桥梁加固是保证运输安全的客观要求
伴随着运输业的发展，各种超重型车辆不断投产使用，跨区域物资运输，跨区域的经济文化交流，旅游业的兴起等一系列产业的发展都严重使得道路桥梁出现了一定超负荷现象，使得道路桥梁的承载力不断得到加重，加上道路桥梁受到风雨霜冻等各种自然因素的侵蚀，已经出现了一定的损害现象，存在着一定的安全隐患，因此，实施路桥加固，是保证运输安全的客观要求。
2. 道路桥梁加固是保证路桥的功能正常发挥，实现社会经济效益的必然选择
交通运输业是关系到我国经济命脉的关键领域，不断实现交通运输业服务质量的提升，就必须时刻保证道路桥梁等基础设施的功能正常，可以随时发挥出这些基础设施的正常效率，因此，加强对路桥的维护管理，加大路桥的加固护理，是提升整个交通运输网络服务水平，提高整个网络的经济效益的必然选择。
3. 道路桥梁加固是道路桥梁养护过程中的重要环节
近些年来，我国的道路为人们的生存发展提供了很多便利，有效的提高了人们的生活节奏和生活质量，但不可否认的是，道路交通网络中，依然存在着一些细节处容易发生交通事故，比如，桥梁的坍塌，桥面的裂缝，桥栏折断，甚至是桥上线缆的断裂，使得道路桥梁隐藏着各种安全隐患，桥头跳车等各种事故不断发生，都是由于对桥梁的护养不力，负荷过度。因此，加强对道路的护理，是解决我国道路交通中，发生众多交通事故，消弭安全隐患的重要之一。
二、桥梁病害成因分析
1. 锈蚀病害
钢筋锈蚀是影响桥梁结构寿命和安全的一个重要因素。钢筋锈蚀主要是发生了电化学反应。钢筋表面致密的氧化膜可使钢筋免受锈蚀。氧化膜的破坏直接导致了锈蚀的发生。混凝土的“碳化”、大气污染以及混凝土过高的cl-含量都使得混凝土中pH值下降，钢筋表面氧化膜处于酸性环境中，逐渐被腐蚀，这样氧化膜便被破坏了。对于以钢筋作为抗拉材料的混凝土桥梁来说，截面积的减小会直接影响结构的抗弯能力。钢筋锈蚀还会降低混凝土对钢筋的握裹力。锈蚀物外流，在结构表面形成锈迹，影响结构美观。由此可见，钢筋锈蚀对桥梁结构的危害十分严重，有时甚至是致命的。
2. 冻融病害
冻融现象也是造成桥梁病害，影响桥梁结构承载能力和寿命的主要原因之一。西部地区受天气影响极易产生冻融现象，长期反复作用易造成结构产生裂缝。有些桥梁进行了加固处理，新浇混凝土和后补混凝土结合不好，易产生裂缝，而冻融作用又加剧了这种作用。冻融病害主要是以下几方面引起：一是自然因素的影响；二是桥梁本身混凝土的施工质量不高，排水设施存在缺陷；三是后期养护薄弱。
3. 伸缩缝病害
据目前的调查和研究表明，伸缩缝病害出现的原因有以下几个方面：1）由于设计不周引起的伸缩缝损坏。桥面采用了“搭接角钢夹橡胶条”式简易伸缩缝装置系统，缝顶与现浇桥面混凝土同高，上铺沥青混凝土。由于设计中着重强调了解决桥面在伸缩缝处的平整度问题，忽略了桥面混凝土与桥面板的同步伸缩，因此，通车后，沥青混凝土表面沿缝出现不规则开裂，冬季加宽，夏季拱起。在车辆荷载的长期作用下，桥面铺装层（或路面表层）由缝处向里逐渐剪坏，出现啃边或大范围的坑槽，给日后修补带来了更大的困难。2）由于选型不当引起的伸缩缝损坏。3）由于桥墩台施工及梁（板）预制尺寸导致实际板端预留间隙与设计间隙悬殊而引起伸缩缝损坏。4）设计与实际伸缩量不符引起的伸缩缝破坏。这样导致在伸缩缝处夏季出现沥青桥面拱起，冬季出现沥青混凝土桥面沿缝严重开裂的现象。5）板式橡胶伸缩缝由于施工误差或橡胶板破坏引起的伸缩缝处严重跳车。6）板式橡胶伸缩缝或钢板伸缩缝由于伸缩装置混凝土施工先于两端沥青混凝土路面面层而引起伸缩缝尾端跳车。7）“反开槽法”施工操作不认真引起伸缩缝处跳车。目前运用“反开槽法”施工修筑的伸缩装置有毛勒缝或暗式伸缩缝等。“反开槽法”施工虽然从理论上解决了伸缩缝端头跳车的问题，但若施工时操作不当，车辆通过时仍有明显的反映。8）材料选用不当引起的伸缩缝损坏。
4. 桥面铺装病害
桥面铺装病害，包括不规则的网状裂缝，较规则的纵向、横向裂缝以及较严重的破裂等病害。这不仅增加了维修费用，甚至导致大面积翻修。同时，桥面铺装直接承受高速行车的冲击、剪切与磨耗，并直接承受气候的影响，日晒升温、日落降温，并与主梁（板）存在一定的变化差异。所以桥面铺装的受力不仅定性分析困难，尤其难以定量计算。桥面铺装层的受力复杂，病害时有发生。因此，对桥面铺装层的设计和施工均应予以足够的重视，以预防病害的发生。
5. 其他病害
裂缝是桥梁中一种较为普遍的病害。调查研究表明，桥梁结构还有其他病害，如：支座病害、混凝土保护层不足、失效、疏松、胀鼓、裂纹甚至脱落；混凝土碳化速度快，碳化深度已达到钢筋表面；桥面排水不畅，防水层无保护层，损坏严重，泄水管质量不过关，施工质量差，混凝土保护层厚度的变异性很大；混凝土收缩裂缝、桥面板自然磨耗、材料的老化、大型车辆超载严重、冬季融雪时化学药剂的渗入、建桥时施工质量等诸多影响因素，也是加剧桥梁病害的重要原因。
三、桥梁加固的一般流程
传统之提高钢筋混凝土桥梁承载能力之方法包括桥面铺装补强层加固法、增大截面和配筋加固法、锚喷混凝土加固法、体外张拉预应力加固法、粘贴钢板（钢筋）加固法、改变结构受力体系加固法、增设纵梁加固法、增加横向联系加固法。在桥梁结构发生病害后，需要采取措施进行加固维修或者更换。桥梁加固工程一般应遵循以下工作程序：
结构可靠性鉴定—加固方案确定—加固设计—施丁组织设计—施工—验收。
结构可靠性鉴定，主要是对病害结构的病情诊断。加固方案好比处方，加固设计是现行规范及有关标准对加固方案的深化过程。加固施工是对被加固结构按加固设计进行加固的施工过程，对于大型结构加固，为确保质量和安全，施工前应编制施工组织设计。
四、桥梁加固增强技术
桥梁的增强改造可以分为裂缝修补和对桥梁结构的加固增强，下面介绍其特点及其适用的场合。
1. 裂缝修补技术
裂缝修补的目的在于恢复结构物的防水性和耐久性，主要技术有：
1.1 表面处理法，在微裂缝的表面涂抹填料及防水材料，以提高其防水性和耐久性。对于宽度发生变化的裂缝，要设法使用有伸缩性的材料。
1.2 注浆法，在裂缝中注入树脂或水泥类材料，以提高其防水性及耐久性。主要注浆材料是环氧树脂，多采用低压低速注入法。环氧树脂注入法与钢钉并用，可以增强裂缝部位的整体性，是一种防止裂缝继续发展的好办法。
1.3 充填法，这是一种适合于修补较宽裂缝的方法，具体做法是沿裂缝凿一条深槽，然后在槽内嵌补各种粘结材料，如水泥砂浆、环氧砂浆、膨胀水泥砂浆、环氧树脂硅、沥青及各种化学补强剂等。
1.4 表面喷涂法，喷浆修补是一种在经凿毛处理的裂缝表面，喷射一层密实而且粘度高的水泥砂浆保护层，来封闭裂缝的修补方法。喷浆前，需要把结构表面的剥离部分除去，再用水冲洗清洁，并在开始喷浆之前把基层湿润，然后再开始喷浆。
1.5 粘结钢板封闭法，当钢筋硂构件产生主拉应力裂缝时，可对裂缝先进行处理之后，再在裂缝处粘结钢板，并用膨胀螺栓对钢板加压。钢板粘结方向应和裂缝方向垂直。
2. 桥梁加固增强技术
本文以最常见的桥梁结构形式的上部结构及其常见的加固方法进行说明。
梁式桥上部结构加固增强技术主要有加大截面加固法、外部粘贴加固法、外部预应力加固法、改变结构体系加固法、增设纵梁加固法。
2.1 加大截面加固法采用增大构件的截面面积，根据荷载大小和净空条件不同，可分为以加大截面面积为主和加配钢筋为主两种加固方案。
2.2 外部粘贴加固法系用型钢、玻璃钢等材料通过环氧树脂等粘合剂粘贴在结构外部，以提高结构承载能力的一种方法。适用于构件尺寸受限制但又必须大幅度提高结构承载能力的场合，必须保证粘和剂的质量
2.3 外部预应力加固法指运用预应力原理，在增设的构件或原有构件上施加一定初始应力的一种加固方法。采用对受拉区施加预加压力，可以抵消部分自重应力，起到卸载、减小跨中挠度、减小裂缝宽度或闭合裂缝的作用。
2.4 改变结构体系加固法通过增设支撑或桥墩，把简支变为连续、在梁下增设如钢架等加劲梁或叠合梁，以减小梁内控制截面峰值弯矩，提高承载能力的一种加固方法。
2.5 增设纵梁加固法在桥梁墩、台基础稳定，并具有足够承载能力的情况下，可采用增设承载能力高和刚度大的新纵梁，这些新梁与旧梁连接在一起共同受力。由于应运中的车辆荷载在新增主梁后的桥梁结构中重新分布，使原梁中所受荷载得以减少，加固后的桥梁承载能力和刚度得以提高。当增设的纵梁位于主梁的一侧或两侧时，兼有拓宽的作用。此法适用于梁体结构基础完好，而承载能力不能满足要求的场合。
3. 桥梁结构加固新技术——锚喷
随着施喷机具的发展以及速凝剂的采用，人们把喷射硂与锚杆、钢筋网等配合起来使用，促进了锚喷技术的完善。实践证明，锚喷技术完全可以应用于桥梁上部结构的加固增强。喷射硅的性能喷射硅在工艺材料及结构等方面与普通现浇硅相比有许多优点。施工中需加入速凝剂，因而又具有快凝、早期强度高的特点；锚喷技术不用或只用侧向模板，其运输、浇注、捣固合并为一道工序、设备简单、占地面积小、施工机械化程度高、速度快、效率高、节省劳动力；可设计性强，即按照加固整治的实际需要可在拱腹下施喷形成各种结构类型；不中断交通。
结束语
综上所述，道路桥梁病害是引发交通事故的主要诱因之一，为此，必须加强对桥梁的养护管理，及时发现桥梁病害，并分析其病害机理，采取有针对性的加固技术处理措施，来减少或杜绝桥梁病害带来的安全隐患，从而保证我国道路桥梁使用的安全性。
