公路桥梁典型结构病害分析及加固方案研究

王前进

摘要：文章分析了公路桥梁典型的结构病害，总结了应对公路桥梁结构病害的加固方案，为公路桥梁结构病害的防治工作提供参考依据，对提高公路桥梁的质量及安全性具有一定的指导意义。

关键词：公路桥梁;病害.力口固;研究

中图分类号：U445.71 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.029

文章編号：1673-4874（2019）07-0092-04

0引言

近年来，因公路桥梁的质量问题而引发的各类交通事故时有发生，给人们的日常生产生活带来了一定影响，并造成了一定的经济损失。公路桥梁的结构病害是其质量问题的直接反映，通过对各类结构病害进行深入分析，能够对公路桥梁的质量加以评估并制定后续整改及修复方案。

1公路桥梁结构加固处理的必要性

公路桥梁工程在我国当前的交通领域中占有很大比重，对于缓解各地区的交通压力、促进当地经济的建设具有重要作用。随着我国公路桥梁施工技术的不断发展和完善，在工程施工的质量、安全性等方面均有显著的进步。然而，新施工技术、施工材料的广泛应用并不能确保全部的公路桥梁在投入使用过程中的效果都令人满意。这一方面与公路桥梁工程的后续养护工作有关;另一方面与公路桥梁日常的载荷及车流量有关。部分公路桥梁工程在投入使用过程中未严格控制过载、超载现象，导致部分桥体发生裂缝及形变等各种结构病害，既包括上部的裂缝病害，也包括下部的墩台病害，给通行的车辆带来一定的安全隐患。对公路桥梁结构进行加固处理可提高公路桥梁工程的整体质量及安全性，降低重特大交通事故发生的概率，减少工程的维护成本，对于延长公路桥梁的使用寿命也具有重要意义。

2公路桥梁典型结构病害分析

2.1上部结构病害

2.1.1铰缝处病害

铰缝处病害在空心板桥梁工程中较为常见。铰缝处出现破碎后，引起单板不均衡受力，最终使桥面的铺装工作无法完成，情况严重时可造成铰缝混凝土脱落、透空问题。铰缝处病害对于空心板横向受力性能影响较大，并可引发各种次生病害。对这种病害进行修复时需封闭交通，清除原有铰缝残渣，维修工作量较大，工期较长，对交通的正常运行带来较大影响。铰缝处病害一般较为隐蔽，难以从外观上判断病害情况，当铰缝发生渗水后，则表明铰缝混凝土存在裂缝或已破碎，即可通过渗水程度来判别铰缝的病害情况。

2.1.2纵向裂缝病害

纵向裂缝多见于预应力混凝土梁底板，且这种类型的病害将持续发展，在公路桥梁中较为常见，具有普遍性。通车后三年左右为高发期，裂缝数量以及宽度随时间增加而增加，严重影响了公路桥梁的使用寿命。

2.1.3横向裂缝病害

横向裂缝在钢筋混凝土板梁中发生几率较大，并随时间的增加而逐渐发展。这种类型的裂缝多见于板梁跨中区域，通常大范围集中出现，裂缝的数量及宽度逐渐增加，使板梁刚度逐渐降低，且这种裂缝常伴有渗水及钙化等病害发生。

2.1.4连续桥面裂缝病害

考虑到施工的便利性及行车的安全性和舒适度，公路桥梁施工中常使用连续桥面。连续桥面仅传递横向载荷，因此连续桥面常发生横向裂缝病害，进而产生坑洞，经过密集车流的不断作用，这类病害逐渐扩大，使得连续桥面结构在实际工程应用中受到一定的限制。连续桥面病害同样会引起很多次生病害。

2.2下部结构病害

2.2.1地基沉降不均

沉降是因为水体作用而减弱了土体性能，而软土地基沉降较为常见，一般通过灌浆法可进行处理。对于轻型桥台及桩基的沉降而言，主要是由于桩周土体载荷能力降低所致。值得注意的问题是，地基压密下沉情况下所引起的沉降是无法避免的，沉降值在规定范围内是允许的，若超出规定范围则会给公路桥梁带来不利影响。

2.2.2基础倾斜滑移

倾斜滑移现象在桥台基础部分较为常见，通常由水土及人为原因所致。发生倾斜滑移的墩台是基础多位于软土地基上的桥台，包括重力式桥台和倒T型桥台等。沉井基础在施工过程中扰动了地基也会发生滑移。此外，冲刷也是公路桥梁基础发生倾斜滑移的重要因素，其结果是桥梁基础发生冲空病害，导致桩体倾斜。通常情况下局部冲刷影响较大，对桥墩稳定性构成一定威胁。乱采砂石等人为因素也可引起桥台前端地面沉降，因台前压力降低而失去稳定性，最终导致桥台向前滑移。

2.2.3基础构件腐蚀、开裂

置于水中的基础长期受到腐蚀作用，使混凝土出现蜂窝以及露筋等现象。在受力不均衡情况下会引起局部应力出现异常，发生横向及纵向裂缝，在额外载荷作用下会使基础构件应力改变而导致局部开裂、损坏。

2.2.4墩台裂缝、剪切破坏

墩台损坏以裂缝为主要形式，有横向、纵向以及网状裂缝等。例如横向裂缝多呈水平状排列，多由施工技术问题引起，当墩台实际承受的横向剪力超过其最大载荷时会发生剪切破坏病害。这种类型的病害主要是由于墩台刚度不均以及墩台上部横向载荷等因素共同作用引起的。

2.2.5墩台腐蚀破坏

当水渗入到桥墩裂缝中时，冻胀作用会引起裂缝加大，裂缝进一步发展到钢筋时会使钢筋发生锈蚀，钢筋在锈蚀后体积变大，最终将保护层涨裂，导致混凝土脱落，发生露筋现象。

2.2.6墩台倾斜形变

引发墩台形变的因素有很多，包括设计和施工原因，但最主要的因素是水流冲刷。在公路桥梁原始施工方案的设计环节，应对桥梁的位置以及跨度进行详细论证和分析，这在一定程度上可以避免水流冲刷的情况发生。

公路桥梁典型结构病害种类及特点汇总如表1所示。

3公路桥梁结构病害加固方案

3.1上部结构病害加固方案

公路桥梁上部结构病害的加固方案主要有增加梁截面、增配加固材料及辅助构件等。

3.1.1增加梁截面

增加梁截面的方式有很多种，例如增焊主筋、增大梁肋、加厚桥面板以及喷射混凝土等。增焊主筋的目的是增强梁的抗弯强度并提高梁的高度，但当主筋在允许范围内且公路桥梁下方净空受限时，不能增加梁截面。增大梁肋即增加受力钢筋以提高梁的抗弯强度，但在T型截面梁情况下如果原截面面积过小将引起载荷能力降低。加厚桥面板对于增加主梁高度及抗压强度具有一定作用，并可优化公路桥梁的横向载荷能力。喷射混凝土可提高整体结构的稳定性，对于公路桥梁上部结构的加固具有重要意义。

3.1.2增配加固材料及辅助构件

增配加固材料主要是将钢板、钢筋以及玻璃钢、碳纤维等高性能抗拉材料配置到混凝土薄弱的部位，与桥梁结构形成一个整体，提高公路桥梁的载荷能力与结构稳定性。必要时可增加新的纵梁，与原梁连接成为一体，共同承受载荷，分散原梁体的载荷压力，综合提高公路桥梁的载荷能力与结构刚度。

3.2下部结构病害加固方案

针对公路桥梁下部各类型结构病害，以基础、墩台结构为例，列举常见的加固方案。

3.2.1基础加固

基础部分的加固方案主要有增设桩基、扩大基础和人工加固等几种方式。增设桩基主要是通过桩基周边的钻孔桩以及混凝土预制桩来实现，此方法扩大了原承台，提高了基础的载荷能力及稳定性，适用于软弱层情况下发生沉降的公路桥梁墩台，对于因水流冲刷而使桩基倾斜的情况也较为适用。这种方法的优点是无需水下作业且加固的效果十分明显;缺点是需要通过架设桩架来实现，给公路桥梁的车辆通行带来一定影响。扩大基础是指将公路桥梁基础部分的底面积扩大来降低基底应力的方法，扩大的基础底面应通过地基的强度来进行核算、确定，在新旧基础的结合面位置应设有足量的锚固钢筋。扩大基礎法施工流程如图1所示。当天然地基达不到载荷标准要求时，通过人工加固方式来提高基础的载荷能力，具体的方法包括砂桩加固、压力灌浆以及振冲加固等。

3.2.2墩台加固

墩台部分的加固措施包括套箍加固、FRP（强化纤维塑料）加固、支撑梁加固、挡土墙加固等。套箍加固对于修复墩台结构裂缝病害效果显著，如公路桥梁墩台的贯通裂缝病害，通过套箍加固可有效防止此类裂缝的继续发展。可沿桥墩进行横向或纵向的FRP加固，经过FRP加固后的载荷能力可提高15%～70%左右。横向FRP加固的功能类似于套箍，可对混凝土进行有效约束，增强其抗剪性能及延性;纵向FRP加固能够增强抗弯能力。FRP具有轻质、便利、耐腐蚀以及维护成本低等诸多特点。支撑梁加固在小跨径公路桥梁中的使用较为常见，一般支撑梁架设在梁桥台之间的承台处，对通航具有一定影响，架设过程中应均匀分布支撑梁。如果在桩基以上集中架设支撑梁，则承台将因集中受力发生开裂。挡土墙加固在软土地基中应用非常广泛，这是由于软土地基情况下的台后填土将给桥台造成严重的侧压，使桥台发生滑移，在桥台后架设挡土墙对于削弱台后填土的压力具有积极作用，可进而减小桥台横向受力，降低桥台发生滑移的概率。

4结语

公路桥梁的结构病害对于车辆的通行安全及桥梁的使用寿命均有十分不利的影响。这类问题一直以来都是建筑工程领域的重点研究内容，通过相关技术人员的不断研究与探索，现阶段已形成了较为成熟的公路桥梁结构病害防治体系，包括后续工程的整改及修复方案。本文分析了公路桥梁典型的结构病害，对这类结构病害的加固方案进行了总结，为公路桥梁结构病害的防治及后续维护工作提供了理论依据。