中国道路桥梁结构病害与加固问题研究
2015-12-29
随着我国经济的高速发展，我国的交通事业也迎来了快速发展时期，自然也增加了私人汽车的数量。交通系统作为国家重要的基础设施之一,它对区域经济的快速发展具有至关重要的作用。但是由于外界环境的腐蚀、大型车辆载重超标以及交通流量的增加等诸多原因,很多道路桥梁正面临着日益加剧的性能损坏。桥梁结构在施工和营运使用过程中,常常会出现各种不同形式的裂缝。其中,由砖、石和混凝土构筑而成的桥梁结构物,由于砖石砌体及材料的抗拉能力较弱,稍微受拉就会产生裂缝。
在经济发达美国,这个问题就显得十分突出,美国的公路系统中共有580,000座桥梁,其中有超过45%的道路桥梁已经被定为性能退化或载重能力不足，这已经成为美国道桥所面临的一个重要的问题。而我国的桥梁损坏情况也不容乐观,道路运输也在承担着日益严重的“压力”， 当然，城市道路供给与运输需求也日益凸现出了尖锐的矛盾，具体表现为道路桥梁自身质量难以满足日益增加的运输需求，呈现出超负荷疲劳运作倾向，再加上车辆超载现象严重，造成了频发的道路桥梁病害问题。路桥结构危害不仅使其使用寿命缩短，为交通运输安全埋下了隐患，还给国家财产和人民生命安全带来巨大损失。混凝土桥梁是我国交通基础设施中的重要组成部分。并且随着使用时间的推移，尤其是随着各种重型车辆、工程用重型运输车的不断出现，日益加重了道路桥梁的负荷，再加上部分老化、破损或受原设计标准的限制，很多道桥因耐久性不足而最终造成了结构失效。因此，必须重视桥梁病害的诊治，并采取有效的修复加固措施，从而及时的减少和防治桥梁安全性所构成的威胁。
近些年来,土木工程专业领域的科技人员在此方面已经进行了大量的研究实践工作,目前在道路桥梁损坏的检测、鉴定与加固等领域已初步取得一定的科研成果,一些新技术、新材料已陆续的运用到了桥梁加固建设工程中,并且在研究与实践中不断的完善、发展和创新。
一、道桥结构危害的表现形式及其成因分析
（一）路桥地基的不均匀沉降引发的病害
地基不均匀沉降会使得路桥面各部位受力不均，从而导致裂缝的出现，严重时甚至会导致桥面的塌陷和桥梁的损毁。作为引发路桥病害的最主要原因之一，地基不均匀沉降的引发主要有三方面原因：
1．施工前不科学的设计与勘探。一般来说，任何项目在施工前，都需要做实地的地质勘探，从而为工程地质报告真实反应地段的地质情况的提出提供依据。继而工程设计师凭借这些基础开始设计工程规划，作出设计图，这些工作都是一脉相承、缺一不可的，能够对现场施工发挥基础性作用，因此，一旦这一系列工作没有做好，后期施工地基不稳所引起的不均匀沉降也就在所难免了。
2．发生于施工过程中不规范施工。作为工程建设的主体工序，工程施工的每一环节都必须获得重视，施工环节中可能出现的偷工减料，管理不善等一系列偏离工程设计初衷的操作，都会在很大程度上给工程质量造成不利影响，地基的稳固也就无法保证。
3．周围环境的影响。一个地区可能有多个正在施工的工程，当其他工程的打桩深挖不合理时，本工程地基的稳固则很可能受到影响，因此地基也就会不均匀沉降。
（二）桥面铺装层出现裂缝
通常情况下，桥面铺装层出现裂缝也是桥体结构危害的表现。它的出现也有三方面的原因。
1．车辆行驶的原因。急刹车现象是车辆行驶中很容易出现的，部分汽车还存在着超载问题，两种情况的双重的持续影响下，路桥面的裂缝就会在长期的磨损和挤压中出现。
2．施工中周围温度变化不均导致的裂缝。我国当前的道路桥梁的铺装层多采用半刚性结构，这种结构虽然能够提升铺装层的密实度、强度以及压实度，但也使得面对温度变化时铺装层承重过于敏感，尤其是北方，早晚温差较大，路桥面由于温度不均所引发的裂缝是很常见的。
3．施工中不合理的混凝土配料。施工人员在施工过程中没有真实掌握初凝期锯缝时间，混凝土配比失误时就很容易在竣工通车后产生裂缝。这是因为当前路桥面主要以水泥混凝土为原材料，混凝土的配比必须根据实际施工需要进行配置。以上裂缝在长期作用下会逐步加宽加深，并最终导致路桥面出现凹陷和坑槽。
（三）梁端头局部破损
梁端头破局部损是路桥结构中极易出现的危害，修复难度也比较大，主要表现为梁端头伸缩缝变形和损坏。通常情况下，导致梁端头局部破损有三个原因：
1．在设计初始阶段的计算失误。工程设计师由于缺乏严谨，在对路桥进行设计时对梁端的伸缩量存在着计算失误，因此造成了梁端经过车辆反复碾压而造成了破损，从而造成了伸缩装置失灵实效。
2．施工人员现场施工失误。施工现场过程中，施工人员的施工重点就是梁端伸缩缝，任何程度的闪失造成的误差都很容易造成日后极大的问题。
3．养护工作不足。在养护缺失的条件下，伸缩装置损坏是很容易造成的，尤其是“伸缩缝跳车”现象是很容易形成的。不仅行车人员行车过程中的舒适度会降低，对桥梁的冲击力也随之增加了，桥梁整体结构遭到了破坏，桥梁的使用寿命也缩短了。
（四）混凝土的碳化
混凝土碳化主要是自然因素造成的，因为空气中二氧化碳会与混凝土中的氢氧化钙发生化学反应形成碳酸钙，导致混凝土碳化，碳化的混凝土PH值会不断下降，而包裹在混凝土中的钢筋一般不做表面防腐处理，PH值过低的混凝土不仅起不到保护钢筋的作用，还会对钢筋造成腐蚀，这不仅大大缩短了桥梁的使用寿命，还可能引发安全事故。
（五）剥蚀
剥蚀是自然力和人为因素共同作用的结果，通常表现为公路桥梁表面出现蜂窝面、起皮甚至整体性剥落。剥蚀不仅影响公路桥梁结构的外观形态和整体美观，还会导致钢筋裸露，加速道路桥梁钢筋的锈蚀速率。
二、路桥结构加固的一般流程和技术
（一）一般流程
当道路桥梁结构发生了上述病害之后，采取措施从而进行加固、维修甚至更换是必要的。而路桥加固施工过程一般来说要遵循以下几个工作流程：结构可靠性鉴定――加固方案确定一―加固设计―一施丁组织设计―一施工一―验收。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。
（二）几种常见有效的加固技术
道桥结构加固法主要包括外部粘贴加固法、加大截面加固法、改变结构体系加固法、外部预应力加固法、增设纵梁加固法。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。
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。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。这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。
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。同样，增设纵梁加固法主要应用于桥梁墩、台基础稳定的情况下，并且桥体要具备足够的承载能力。这种情况下可采用增设刚度大且承载能力高的新纵梁，从而与旧梁连接在一起共同承受压力。由于行使中的车辆荷载在新增主梁后的桥梁结构中得到了重新的分布，从而减少了原梁中所受的荷载，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―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。
同样，还有当前桥梁结构加固技术领域中的新理念，即锚喷。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。因为随着施喷机具的发展以及速凝剂的采用，人们把喷射砼与锚杆、钢筋网等配合起来使用，促进了锚喷技术的完善。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，因而叉具有怏凝、早期强度高的特点；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；锚喷技术不用或只用侧向模板，其浇注、运输、捣固合并为一道工序、占地面积小、设备简单、施工机械化程度高、效率高、速度快、节省劳动力；不中断交通。
