公路桥梁病害成因与加固技术研究

南士乾

摘 要：我国桥梁平均寿命仅30年左右，远远不能满足50年、100年的设计使用年限要求。其主要原因为工程材质病害导致的耐久性不足，设计缺陷，施工不当，车辆超载或偏载，桥梁承载能力不足等方面。如将危桥全部拆除重建，不仅耗费资金巨大，而且时间上也不允许。国内外经验表明：拱桥的加固费用约为重新建桥的20%～30%，梁桥的加固费用约为新建桥梁的30%～40%，维修和加固旧桥所产生的费用远小于新建桥梁。因此，桥梁工程维修加固技术对未来的交通运输发展具有重要作用。

关键词：公路桥梁;病害;加固

一、混凝土桥梁表观缺陷成因与加固技术

混凝土桥梁结构主要表观缺陷为蜂窝、麻面、孔洞、混凝土剥落、露筋、磨损、裂缝、钢筋锈蚀。这些缺陷的形成是结构性或非结构性的，主要与外部荷载、施工质量及混凝土材料相关。混凝土表观缺陷在一定时间内不会影响结构使用功能，但在荷载作用、环境作用及自然老化影响下这些缺陷会加快发展趋势，引起结构性损坏，造成桥梁使用功能退化，因而需要引起重视，在短期内进行修复和加固。

对蜂窝、麻面、露筋、剥落的混凝土表面可采用水泥砂浆修补，在修补前，需对混凝土表面进行凿毛处理，对已生锈的钢筋进行除锈处理，使混凝土表面保持湿润、清洁。然后用1∶2～1∶2.5水泥砂浆抹面压实。当混凝土结构表面裂缝在限值范围内时，也可采用此法。当裂缝宽度大于限值时，采用压力灌浆法在结构内部裂缝中灌入环氧树脂或其他化学浆液，用来封闭裂缝，可恢复并提高其强度和耐久性。

二、不同桥型病害成因与加固技术

1.混凝土梁桥病害成因与加固

钢筋混凝土及预应力混凝土梁桥在我国公路桥梁中使用较普遍，其上部结构主要病害为主梁裂缝，例如箱梁顶底板裂缝、腹板斜向裂缝。T梁的腹板裂缝、翼缘板裂缝及底板裂缝。其产生原因包括混凝土徐变造成的预应力损失，导致预应力减小，超载车辆导致开裂，横向配筋不足，腹板设计厚度不足，同时箍筋配置过少，没有设置抗剪的弯起预应力钢束，施工张拉控制不足造成预应力损失等。

目前针对上述病害常用的加固方法有粘贴钢板和碳纤维布加固技术，或者采用施加体外预应力加固。粘贴钢板加固是采用环氧树脂系列粘结剂将钢板粘贴在钢筋混凝土结构的受拉区或薄弱部位，使之与结构物形成整体，通过钢板与原结构物的共同作用，改善原结构物的应力状态，限制裂缝进一步发展，提高桥梁的承载力，达到补强效果;碳纤维布加固原理是将抗拉性能良好的FRP布用树脂类粘结胶粘贴在混凝土结构表面，使其与原结构形成整体，在荷载作用下共同受力、共同工作可以有效提高被加固构件的承载力，包括抗弯、抗剪及抗震能力。粘贴碳复合纤维材料加固对原结构应力分布几乎没有改变，保证了原有结构的受力状态。但粘贴碳纤维复合材料在桥梁加固中不宜使用过多，如果过多可能会引起混凝土突然脆性破坏，桥梁的受力结构改变。

2.系杆拱桥病害成因与加固

系杆拱是一种近年来较为常见的无推力拱桥，其承重结构由拱肋、吊杆与系杆（拉杆）组成。系杆常用钢绞线或高强钢丝组成，或用配有较多预应力筋的预应力混凝土系杆或钢梁承担。其造型优美，造价相对不高，被广泛应用于公路桥梁中。系杆拱桥典型病害包括吊杆、系杆、拱肋三个大方向。吊杆病害有吊杆钢索锈蚀，断裂或断丝，吊杆扭曲，吊杆横梁锚垫板下混凝土周围开裂，吊杆防护破损。系杆由于自身防护不足，加之外荷载和外部腐蚀介质作用，绝大部分索体存在不同程度的病害，甚至出现系杆断裂情况。当部分系杆需要被更换时，也因其采取的永久锚固方式而面临更换困难的情况。

拱肋病害有管内混凝土脱空，其原因是拱肋排气设计不当，拱肋曲线线性难以保证混凝土密实，钢管与混凝土两种材料对温度的线膨胀系数不同;钢管锈蚀，其原因是防腐涂层剥落、起皮、开裂，无法起到保护钢管作用;钢管局部变形，其原因是由钢管弯曲时引起的褶皱;钢管涂层损坏、焊缝质量差、开裂锈蚀，主拱外包混凝土开裂、拱轴线变形也是拱肋的常见病害。

目前，对于永久锚固拉杆的更换，尚无有效的解决方案。常用的加装拉杆的方法不能完全解决原有拉杆的耐久性问题。更换法中原有的拔出旧拉杆的方法仅适用于锚杆锚固长度较短的情况，所以工程师应根据桥梁的实际情况采取相应的更换方法。

拱肋处理，包括钢管混凝土排空，应在夏季高温中午进行加固，此时脱粘宽度最大，易压实;钢管局部处理，局部变形造成的薄壁管，如果没有进一步发展，可以不处理，但应在日常维护中观察;钢管焊缝修补在焊接过程中发现异常情况时，应根据焊缝修补工艺的规定，分析裂纹发展的原因，及时进行修补。修复后应进行无损检测，确认焊缝缺陷不存在，否则应重新修复。一般情况下，焊缝修补次数不应超过2次。

3.斜拉桥病害成因与加固

斜拉桥是由主梁、斜拉塔和斜拉索组成的超静结构体系。斜拉桥因其跨径大、材料消耗低、施工简单、造型美观等特点，在世界范围内得到了迅速的发展。

斜拉桥索腐蚀是斜拉桥的主要病害。腐蚀是物质和介质作用所造成的损害。由于腐蚀过程是自发的，所以电缆的损伤总是存在的。拉电缆收缩，保持电缆的过程中张力线板将接触锚杯杯、线板除了张力和寒冷的身体反应，也将承受侧向挤出压力和摩擦力，和连接板厚度薄，线板变形由于过度压力，导致拉索回弹，影响拉索疲劳寿命;电缆振动，电缆暴露在大气中，在风的作用下或电缆锚固端运动时发生明显的振动。当缆索振动频率接近主桥基频时，也会引起共振。缆索的振动会使缆索受力增加，加重缆索和锚固的疲劳失效，损坏缆索保护装置。斜拉索的索力退化是由缆索断裂、温度影响、锚固区病害、自然灾害等因素引起的。

电缆固定装置疲劳，巨大的拉力电缆集中在锚固结构的电缆，通过主光束传播范围有限，如果连接和结构的锚固结构和主光束处理不当和应力峰值点，锚具将会出现疲劳;锚固头腐蚀，电缆锚固头防护措施不如电缆的防护措施好，由于钢瓶漏水，导致下钢瓶进水，再加上橡胶密封圈效果不好，锚固头会产生锈蚀。

斜拉桥拉索加固内容为拉索更换，确立施工顺序，换索最好按索号顺序依次进行。换索一般以桥塔为中心，两侧对称进行。换索过程中，要控制拉索的索力或主梁的线形，以保证主梁的内力和线形都接近设计值。同时要进行全过程的施工监控，包括换索前、换索中、换索后的索力测试;桥面标高与索力测试可以同步进行，保证换索过程中不改变原有索力和高程;对主梁和主塔进行应力观测，以保证在换索过程中拉索、主塔、主梁的内力变化都在容许范围内。

三、结语

桥梁维修加固作为新技术在针对我国目前多发的公路桥梁病害及交通事故中应用前景广泛，但维修加固技术还有待探索和提高。在实际工程加固中，应反复验证和试验，在经济、安全、可靠的基础上，完善桥梁加固技术，提高国家经济效益和人民利益，这为交通强国的实现有着积极作用。

參考文献：

[1]贾斌.钢筋混凝土桥梁病害分析与维修加固技术[J].四川水泥，2021（09）：281-282.

[2]杨志昌.预应力碳纤维板在桥梁加固工程中的应用[J].天津建设科技，2021，31（04）：22-24.

[3]揭光政.高速公路隧道桥梁加固技术和施工工艺分析[J].四川水泥，2021（08）：272-273.

[4]李涛.桥梁工程的常见病害与施工处理技术研究[J].交通世界，2021（20）：142-143.2DB7F595-C8C6-4861-A5C9-4C081685609D