高速公路桥梁病害成因及加固探讨
2015-12-29
1 引言
近年来，随着我国高速公路运营时间的延长，很多桥梁出现了不同程度的病害，这些病害严重影响了桥梁的使用性能，如果不及时修补和加固，甚至会危及桥梁的使用安全。因此，需要做出正确的桥梁技术状况调查，掌握确切的病害情况并进行成因分析，然后针对具体问题制订相应的加固方法对桥梁进行加固，以确保高速公路的畅通。
2 桥梁主要病害分析
我国早期修建的高速公路上的桥梁多为中小跨径的混凝土简支梁桥。其普遍存在一些常见病害：桥梁铺装开裂、伸缩缝损坏、钢筋锈蚀、支座破坏和桥梁墩台基础的病害等。
2．1 桥面铺装开裂
混凝土桥面铺装层的病害随处可见，主要表现为较规则的纵、横向裂缝。不规则的网状裂缝及较严重的破裂等病害。产生病害的主要原因是桥面板刚度不足，在重载或冲击荷载作用下产生较大变形，从而导致桥面板的铺装层出现裂缝，且发展较快。其次，铺装层与桥面板和主体结构变形不协调，产生附加内力也会引起纵、横向裂缝。另外，早期修建的桥梁，由于当时人们对铺装功能、病害认识有限，往往存在配筋量偏小。钢筋直径过细，铺装与承载构件的界面连续不牢靠等问题。
铺装层的病害在高速公路上的危害性非常严重。首先，铺装层破损会使车辆冲击荷载进一步增大；其次，防水功能失效后，雨水渗入主梁中，使主梁受力钢筋锈蚀，这一点对于钢筋混凝土结构而言，危害尤其严重；最后，铺装层的破坏会改变设计荷载的横向分布状态，使得横向刚度变小。各梁板受力不均，并使主梁实际高度变小，纵向刚度减弱，挠度增大。
2．2 伸缩缝损坏
根据目前的调查和研究认为，造成伸缩缝破坏的原因主要有以下几个方面：
(1)由于设计不周引起的伸缩缝损坏；
(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)预制尺寸误差导致实际板端预留间隙与设计间隙悬殊而引起的伸缩缝损坏；
(4)设计与实际伸缩量不符引起的伸缩缝损坏；
(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；
(8)材料选用不当引起的伸缩缝损坏。
伸缩缝的完好程度将直接影响桥梁结构的服务质量，伸缩缝的缺陷会向结构主体进一步发展，而且严重者会引起交通事故，所以。伸缩缝出现病害必须及时维修或更换。
2．3 钢筋锈蚀
引起钢筋锈蚀的主要原因是混凝土的密实性不够以及钢筋保护层厚度不足或遭到破坏。另外，大气中的酸性气体及潮湿环境等．都是促进钢筋锈蚀的客观因素。我国南方地区，因工业污染形成的“酸雨”普遍存在，加上气候潮湿，为桥梁钢筋的锈蚀提供了合适的外部环境。寒冷地区冬季普遍采用撒盐的方法防止桥面冰冻，富含CI一的盐水渗入结构混凝土体内，大大加速了钢筋的锈蚀。
钢筋发生锈蚀时，锈蚀部分的体积可膨胀至原来体积的10倍以上，从而对周围混凝土形成挤压，造成混凝土开裂、剥蚀，使截面有效尺寸减小，导致结构承载能力下降。锈蚀的直接后果是钢筋断面积减小，对于以钢筋作为抗拉材料的桥梁来说，断面积的减小会直接影响结构抗拉和抗弯能力。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，钢筋锈蚀对桥梁的危害是十分严重的，有时甚至是致命的。
由此可见，钢筋锈蚀是影响桥梁结构寿命和安全的一个重要因素。由于种种原因，桥梁结构钢筋的锈蚀广泛存在，为了维持桥梁的正常运营，需要对出现钢筋锈蚀的桥梁进行维修。
2．4 墩台基础病害
桥梁墩台基础在常年使用过程中，除了承受上部构造荷载外，还将承受土压力、风力、流水压力、冰压力和浮力等等各种力的作用。另外，自然界各种因素(如大气、雨水、洪水等)的影响作用；以及由于过桥车辆的日益重型化，墩台基础经常受到过重活荷载的作用，因此，桥梁墩台将会出现不同程度的损坏。
桥梁墩台基础易产生的病害有：
(1)基础结构：基础不均匀沉降；基础的滑移和倾斜，以及基底局部冲空；基础结构物的异常应力和开裂等。
(2)墩、台身：各种水平、竖向和网状裂缝；混凝土剥落、空洞和老化；钢筋外露、锈蚀；结构变形、移位等。
2．5 其它病害
桥梁结构中其它常见的病害包括：支座破坏；混凝土保护层不足；混凝土失效、疏松、胀鼓、裂纹甚至脱落；混凝土碳化速度快，碳化深度达到钢筋表面；防震挡块损坏；桥头跳车严重；桥面排水不畅；栏杆及人行道系损坏等。这些病害不仅影响桥梁的美观，也影响桥梁的使用。
3 加固方法
3．1 桥面铺装加固
针对现有的混凝土铺装层病害，常采用如下的修补和处治办法：
(1)局部修复凿补法
将水泥混凝土铺装层的表面凿毛，深度以使骨料露出为准；用清水冲洗干净断面并充分润湿；涂刷上同标号的水泥砂浆(或其它粘结材料)；最后在桥梁承载能力容许范围内，铺筑一层1～5cm厚的水泥混凝土铺装层。
(2)重新浇筑混凝土桥面板
桥面板的碎裂和其它损坏特别严重、混凝土质量或施工状况特别不良，且无适用的修补方法时，就必须采用重新浇注新的混凝土桥面板的措施。
施工时，将原有的行车道铺装全部拆除，再将行车道表面清扫干净，必要时锚入适量短钢筋，配置1～ 2层钢筋网，浇筑整体化混凝土。
(3)桥面补强层加固法
即在旧有桥面板上。重新加铺一层混凝土或钢筋混凝土补强层。此方法既修补已出现裂缝、剥离等损坏的桥面板。又能加高原有梁板的有效高度，增加梁板的抗弯能力，改善铰结梁板的荷载横向分布，从而提高桥梁的承载能力。
(4)其它方法
如加铺一层沥青混凝土，采用混凝土粘结剂或环氧树脂材料修补法，钢纤维混凝土修补法，聚合物混凝土罩面法等。
3．2 伸缩缝的维修
伸缩缝应注意日常保养。及时清除碎石、泥土等杂物，拧紧螺栓，必要时可加油保护；若有损坏或功能失效需要修理或更换时，应先查明破损原因。依据缺陷程度确定是进行部分修补、部分更换还是全部更换。
(1)U形锌铁皮伸缩缝的维修―― 当其锌铁皮老化、开裂、断裂时，应拆除并更换为新型伸缩缝；当其软性填料老化脱落时，先清除其缝隙泥土，重新注入新的填缝料；当其铺装层破坏时，应凿除重新铺筑，凿除破损部位应划线切割(或竖凿)，清除旧料后再浇筑新面层。
(2)钢板伸缩缝的维修―― 当其钢板变形、螺栓脱落、不能正常运行时应及时拆除并更换为新型伸缩缝；当钢板与角钢焊接破裂时，应消除污垢后重新焊牢；当梳齿断裂或出现裂缝后，也要采取焊接方法进行修补。
(3)橡胶伸缩缝当其橡胶老化、脱落，角钢变形、松动时，应拆除并更换为新型伸缩缝。
(4)桥面伸缩缝的维修、更换应在保证质量的基础上，尽量缩短工期、减少对交通的影响。
3．3 钢筋锈蚀的维修
钢筋锈蚀的主要维修步骤为：
(1)凿除松脱、剥离等已损坏部分混凝土；
(2)对钢筋作除锈处理，并清理混凝土面上灰尘，对钢筋除锈后即进行防锈处理；
(3)涂以环氧胶液等粘结剂；
(4)立模、配料浇筑，或喷浆、涂抹施工。
(5)对新喷涂或浇筑混凝土面进行表面处理。
3．4 墩台基础的加固
应根据墩台基础的不同损坏程度，不同的结构情况进行维修加固，以确保行车安全，延长桥梁使用寿命，同时可避免拆除重建，从而减少投资，充分发挥现有公路基本设施的经济效益和社会效益。
(1)基础加固方法
常用的有：水泥灌浆加固法；扩大基础加固法；钢筋混凝土套箍加固法；增补桩基加固(打入桩或钻孔灌注桩)法和人工地基加固(改良地基)法等。
(2)墩台加固方法
常用的有：钢筋混凝土套箍或护套加固贯通裂缝的墩台法；用支撑法或增设挡土墙法处理墩台滑移；用顶升法加固产生过大沉降的桥梁结构等。
4 结语
既有桥梁加固和改造实践表明：利用既有桥梁加固，不仅提高桥梁技术标准，与拆除另建相比，工期短，资金少，而且对现有交通运输影响小，有的甚至可以在不中断交通的情况下完成。早期设计施工的高速公路上的桥梁在长期大交通量、重荷载的运营情况下，大部分都出现了不同情况的病害，因此，对这些桥梁进行病害分析，提出相应的维修加固方法，具有显著的经济效益和社会效益。
