农村公路旧桥检查和加固改造方法探讨

2014-09-25周祎敏

湖南交通科技 2014年2期

陈敏，周祎敏

(1.桃源县县乡公路管理处，湖南桃源 415700;2.长沙市建筑设计院有限责任公司，湖南长沙 410007)

0 引言

当前我国的农村公路交通发展迅速，但是农村公路桥梁却大部分建于上世纪六七十年代，由于建造时代的局限，这些桥梁的设计荷载普遍偏低，施工质量也较差，并且农村地区的实际情况也导致这些桥梁常年失养。而日益繁重的农村公路交通却导致农村公路旧桥出现了各种各样的病害和缺陷，若不对这些公路旧桥进行检测、评估和加固改造，以提高这些桥梁的承载能力和通行能力，将极有可能对这些桥梁的营运安全和长久使用造成比较严重的不利影响。

因而以湖南省桃源县为例，在对农村公路旧桥进行现场调查、分析和检测的基础上，总结归纳农村公路旧桥的病害类型，根据旧桥的检测结果对其技术状况进行评定，基于经济、高效的原则，以提高旧桥的通行能力和承载能力为目标，结合相应旧桥的实际情况提出旧桥加固改造的方法和措施，从而为农村公路旧桥的长久使用打下坚实的基础。

1 农村公路旧桥检查

1.1 检查方法和项目

通常，桥梁检查分为直接接触的检查和非直接接触的检查两大类［1］。通过对桥梁结构的损坏部位进行直接接触标记、量测，或者通过在结构上安设检查检测仪器直接测量病害或者损伤情况等此类检查，称之为直接接触检查。如对净空高度较小的旱地桥梁或浅水桥梁的检查，就可以采用直接接触的检查方法。

若检查人员无法直接接触桥梁结构的病害或损伤部位，只能在视野所及的范围内凭目力或借助望远镜等对桥梁进行检查检测，这类检查称之为非直接接触的检查。如对净空高度较大的拱桥或深水桥梁的检查，通常采用非直接接触检查的方法。

而根据检查重要程度的不同和时间间隔的长短，桥梁检查又可分为经常性检查、定期检查和特殊检查等［2］。

若从检查项目的角度来看，桥梁检查主要包括地基检查、下部结构检查、上部结构检查、支座和伸缩缝等关键传力部位检查、附属设施检查、桥梁实体材质检查、环境条件及交通量调查等。

而从是否需要仪器设备的角度来看，旧桥检查通常又分为外观检查和仪器检查。通常，旧桥的外观在某种程度上会体现其技术状况，因此在旧桥检查时可以首先进行外观检查，通过确定桥梁病害和损坏的位置、区域、程度和大小等，来综合判定桥梁的技术状况。

而对于外观检查所无法发现或者确认的问题，则只能通过仪器检查来进行。例如对结构裂缝的检查，只能通过仪器设备才能确定裂缝的位置、形态、开裂长度和宽度等。

1.2 检查内容

对于农村公路旧桥，通常旧桥检查的内容包括如下几个方面。

1)桥墩、桥台、基础:是否开裂、风化、剥落、空洞、露筋、渗水、滋生苔藓等;是否有变形、倾斜、沉降、冲刷、挤压损坏等情况。

2)翼墙、耳墙、锥坡、护坡:是否有风化、剥落、空洞、孔洞、位移、裂缝，锥坡是否隆起、砌块松动等情况。

3)上部承重结构:有无裂缝、挂白、表面风化、剥落、露筋和钢筋锈蚀，有无活集料硅碱反应引起的整体龟裂等现象。

4)桥面铺装:纵、横坡是否顺适，桥面是否平整，桥面线形是否平顺，有无裂缝、坑槽、波浪、剥落、漏水、积水，桥头是否跳车等。

5)护栏及人行道:人行道有无空洞、缺损、剥落，有无开裂、断裂，材质是否老化;护栏是否松动、歪斜、断裂、剥落。

6)排水设施:桥面排水是否顺畅，泄水管是否完好、畅通，桥头排水沟功能是否完好，桥面纵、横坡度是否能顺利归水，有无积水，排水设施是否合理，泄水能力是否满足要求，泄水管有无损坏、堵塞、有无渗漏等。

7)支座、伸缩缝:有无支座，支座有无断裂、错位和脱空现象。伸缩缝是否破损、结构脱落、淤塞、填料凹凸、跳车、漏水等。

2 农村公路旧桥病害分析与状况评定

旧桥检查的最终的目是为了对桥梁的技术状况做出评定，而根据旧桥检查的结果对桥梁的病害进行分析是对其进行技术状况评定的直接依据。

2.1 桥梁病害及原因分析

以湖南省桃源县为例，该县的农村公路旧桥大多为石料圬工拱桥，部分为双曲拱桥。常见的病害情况主要包括如下四类。

1)开裂。在对农村公路旧桥进行检查的过程中，结构开裂是最常见的病害类型。而裂缝的形式主要有贯穿裂缝、深层裂缝、表面裂缝等，出现裂缝的部位集中于受力的桥跨结构、墩台和盖梁等。

对于桃源县的旧公路拱桥，常见的裂缝出现在跨中的主拱圈顶部和拱脚附近，大部分为肉眼可见的贯穿裂缝。拱桥跨中开裂的原因一方面在于拱圈或拱肋截面高度偏小，另一方面在于墩台发生水平位移。拱桥拱脚附近裂缝产生的原因一方面在于拱圈或拱肋截面高度偏小，另一方面在于拱脚过大的变形导致负弯矩和轴力共同作用下的开裂。如建于1975年的桃源县西安镇希望桥，为一座1×20 m的片石板拱桥，2012年在对该桥的检查中发现1号桥台拱脚下缘附近出现2条较宽的贯穿裂缝，如图1所示。

图1 希望桥拱脚下缘开裂

双曲拱桥拱波纵向裂缝也是农村公路旧桥比较常见的病害，一般情况下该裂缝可通过外观检查发现，并且拱波裂缝处均有较明显的渗水印痕。双曲拱桥拱波沿跨径方向出现纵向贯通裂缝的原因主要是由于桥梁重载交通频繁，拱肋横向联系刚度不足，荷载作用下使拱肋发生横向偏移而导致拱波开裂。如在对桃源县乡道郑官线三阳中桥的检查中发现，其拱波开裂严重，如图2所示。

2)基础沉降和倾斜。农村公路旧桥受当时条件限制，对地基承载能力的估计通常不足，桥梁基础也以圬工扩大浅基础为主。由于基础埋设较浅，山洪急流的长久冲刷作用导致地基冲刷严重，墩台基础时常发生沉降、滑移和倾斜，严重影响了桥梁的稳定性和受力安全。如在对桃源县县道谢杨线杏花桥进行检查的过程中发现，其片石基础冲刷比较严重，出现空洞，如图3所示。

图3 杏花桥基础冲刷空洞

3)桥梁构件破损。农村公路旧桥在桥梁建成后，由于各种各样的原因导致在使用过程中日常管养不充分，桥梁管理不到位，超载交通的长期作用是导致桥梁构件破损的主要原因，而发生破损的构件包括桥墩、桥台、上部主梁、桥面铺装等。

4)材料本身缺陷导致的病害。农村公路旧桥的基础、墩台、拱圈等构件的建造材料大多为易风化的片石、块石或低标号片石混凝土等，常年受到各种大气环境和外部环境的影响，因而出现了表面粉化、剥落、空洞，混凝土腐蚀和碳化，钢筋暴露锈蚀等病害。

2.2 技术状况评定

公路桥梁的技术状况评定包括桥梁构件、部件、桥面系、上部结构、下部结构和全桥综合评定等几部分。

通常，公路桥梁技术状况评定应采用分层综合评定与5类桥梁单项控制指标相结合的方法［3］。先对桥梁各构件进行评定，然后对桥梁各部件进行评定，再对桥面系、上部结构和下部结构分别进行评定，最后进行桥梁总体技术状况的评定，确定桥梁的技术状况等级。评定的关键在于根据各类桥梁实际结构形式划分桥梁评价部件和权重，确保评定科学合理，能够真实、准确的反映桥梁实际状况。

根据桥梁总体技术状况的评定结果，将农村公路旧桥的技术状况等级划分为1类、2类、3类、4类和5类。桥梁的技术状况等级为1和2类，表明桥梁状况良好，能满足正常使用要求，只需日常保养和维护。桥梁的技术状况等级为3类，表明桥梁尚能维持正常使用功能，存在一定的非主体结构病害和中等缺损，可根据病害类型实施维修。桥梁的技术状况等级为4类，表明主要构件有大的缺损和主体结构病害，严重影响承载能力和使用功能，需立即限制通行并加强监测，同时根据检查检测结论和设计方案实施桥梁整体性加固维修或拆除重建，以确保恢复桥梁承载能力或满足设计荷载。桥梁的技术状况等级为5类，表明桥梁为危桥，必须封闭交通，并尽快实施拆除重建。

3 农村公路旧桥加固改造

在对农村公路旧桥进行检查和评定之后，就要针对桥梁的实际病害类型和技术状况等级，对桥梁实施维修加固或者拆除重建等处理，从而改善桥梁的技术状况，提升桥梁的承载能力和通行能力，延长桥梁的使用寿命从而保障桥梁安全营运。

由于农村公路旧桥的情况比较特殊，在维修加固时一般应遵循经济性、可操作性和安全性原则，维修加固方案既要确保操作简便，又要确保效果良好。

3.1 桥梁地基加固

当扩大浅基础下的天然地基受水流冲刷出现空洞之后，可能会导致基础进一步沉陷或倾斜垮塌，此时就有必要对基础进行加固，以恢复地基土的原状和提高地基承载力。地基加固的方法主要包括:砌石或混凝土补填法、换土垫层法、排水固结法、搅拌桩法、砂桩法等［4］。对于不同的病害程度，应有针对性地选择不同的加固方法。

桃源县乡道杨龙线寺坪小桥为一座1×6 m石拱桥，下部结构为重力式桥台配扩大浅基础，基础持力层为碎石土层。由于基础埋置浅且常年经受水流冲刷，导致奠基区域地基出现空洞，空洞尺寸为1.5 m×0.8 m×0.5 m，直接危及桥梁使用安全。在对该桥进行检查发现其地基存在病害之后，立即对该桥开展了地基加固工作。首先对空洞部位填塞片石混凝土，确保地基与基础接触紧密;然后在基底以下1 m以内的地基中打入1 m深的小管道，用压力泵将水泥浆注入土层中，使水泥浆与碎石土混合并凝固，把原来松散的土固结为有一定强度和防渗性能的整体。最终达到加固地基消除安全隐患的目的，取得了较好的效果。

3.2 基础、墩台加固

农村公路旧桥的扩大基础大多采用砂浆片石或砂浆块石建造。由于基础长期经受水流冲刷，表面常出现灰缝砂浆剥落、砌体之间出现空洞等病害，从而导致圬工基础整体强度和刚度下降，进一步导致基础受力不均匀，产生不均匀沉降和冲刷破坏。对于公路旧桥圬工基础的加固，通常采用基础全断面扩大包边加固的方法［5］。

对于桃源县县道谢杨线杏花桥的基础病害，采用了基础全断面扩大包边的加固方法。首先在拟定基础加宽的范围内设置围堰设施，确保基础扩大施工时阻断流水。再清理原基础四周土层，挖至设计高度，一般不低于原基础深度。然后在原基础四周植入φ12锚固连接钢筋，间距为30～50 cm。最后立模浇筑混凝土并养生，养护完成之后回填至原河床断面。杏花桥加固完成之后的情况如图4所示。

图4 杏花桥基础加固完成

对于桥梁墩台的加固主要有以下几种方法:钢筋混凝土套箍或护套加固法、支撑加固法、减轻荷载法等［5］。钢筋混凝土套箍或护套加固法是指在桥墩发生贯通裂缝时，为了使桥梁能够暂时正常使用，而在桥墩外面围上一圈钢筋混凝土围带或钢箍进行加固的方法。支撑加固法主要是在桥台尺寸不足难以承受台背土压力而往桥孔方向产生倾斜或者滑移时所采用的加固方法，通常采用在桥背加建一座挡土墙以增强挡土能力的方式进行加固。减轻荷载加固法是指对于建造在软土地基上的桥墩，由于填土较高，受到较大侧向土压力作用而发生前移或倾斜时，通过更换台背填土，减少土压力而进行加固的方法。

3.3 桥跨结构加固

对于桥梁的桥跨结构，当前主要的加固方法有:桥面补强加固法、增大截面和配筋加固法、锚喷加固法、粘贴受力筋(钢板、碳纤维、锦纶纤维)加固法、改变结构受力体系加固法、体外预应力加固法、增设纵梁加固法(拓宽改建)、拱圈增设套拱加固法等［6］。

在对桃源县乡道凌兴线进行路面改造的过程中，其中1座1×6 m的旧板梁桥的桥面低于新路面20～30 cm，对全线的路面改造造成影响。经现场检查发现，该桥的墩台及基础状况均较好，但是板梁截面高度偏小，底部受力钢筋配筋率偏大，在当前荷载作用下桥跨结构承载能力不足，可能出现超筋梁脆性破坏。针对该桥的特殊情况，经过详细的分析和验算，最终采用桥面补强加固法进行处理，这样不仅提高了该桥的承载能力，还使得整个线路的路面平顺衔接，很好地解决了实际问题。

在对上述1座1×6 m的旧板梁桥进行加固改造的过程中，首先将旧桥的板梁混凝土表面凿毛洗净，每隔75 cm钻孔植筋，然后在上面铺设钢筋网并与植筋绑扎牢固，再一次性浇筑25 cm厚的桥面板混凝土并养生。该桥的加固实践表明，桥面补强加固法工艺简便、工期短，新旧混凝土结合良好，增强了桥梁的整体承载能力，效果良好。

对于农村公路旧拱桥普遍存在的主拱圈截面高度偏小，或拱圈开裂变形等病害，一般可采用增大主拱截面或改变结构体系的方法进行加固，即在主拱圈截面上缘或下缘全截面浇筑一层钢筋混凝土拱圈。在农村公路旧拱桥采用增大截面法进行加固的实践中，考虑到经济性等因素，一般采用在主拱圈截面上缘进行加固的方式。在加固时，首先对拱圈病害进行合理处治，然后从两拱脚向跨中对称、均衡、分步拆除拱上建筑和清除拱上填料，清理拱圈拱背上浮渣、泥土等，并凿毛洗净，植入锚固钢筋并安装钢筋网，再浇筑混凝土并养生，最后回填拱顶填料并完成桥面铺装。

而对于农村公路旧桥中普遍存在的多跨小跨径石拱桥的加固改造，当基础、墩台状况较好而主拱圈相对薄弱时，可采用将拱圈受压结构改变为简支或连续板梁受弯结构的方法进行处理，以此来提高桥梁的承载能力。这种方法具有施工简便、工期短等优点，桃源县县道杨凌线和乡道金穿线上的2座多跨小石拱桥均采用了此种方法进行加固改造，效果良好。

针对农村公路旧桥中钢筋混凝土梁桥出现局部破损的状况，通常采用局部维修加固法，即将损坏的部位凿除，在原处重新布设钢筋并浇筑混凝土。

3.4 桥面系维修加固

桥梁上的车辆荷载首先直接作用于桥面铺装，因此桥面铺装也是农村公路旧桥最容易产生病害的部位。常见的桥面铺装病害形式包括:露骨坑洞、破碎沉陷等。而对于桥面系的其它各部分，普遍存在的病害还包括伸缩缝变形破损、支座老化变形和脱空、栏杆断裂缺损、排水装置堵塞破损等。

当农村公路旧桥水泥混凝土桥面铺装所存在的露骨坑洞、破碎沉陷等病害比较严重时，通常在加固改造过程中，首先将病害部位凿除并清理干净，然后重新浇筑水泥混凝土并养生。而如果旧桥桥面水泥混凝土桥面铺装开裂和破碎较少，整体性还比较好时，可以采用黑色路面及沥青材料对桥面铺装进行修补。

对于农村公路旧桥伸缩缝位移过大的问题，可以采用设置拉杆、锚栓连接、拓宽台帽等方法进行解决。

农村公路旧桥栏杆断裂破损等病害也非常普遍，这对农村公路的行车安全是很大的隐患。在对旧桥栏杆进行维修加固前，应做好现场调查，研究确定全桥翻修或局部维修加固方案。对于全桥栏杆翻修的方案，应重点关注新护栏与桥面的稳固连接问题。在桃源县农村公路旧桥的维修加固实践中，新护栏通过设置钢筋混凝土底座，安装膨胀螺丝或植筋等工艺，将护栏底座与水泥混凝土桥面铺装横向和竖向稳固连接，较好地解决了护栏稳固安全的问题。