浅析混凝土桥梁的病害预防和整治

1 前言

近些年来，我国大力发展基础设施建设，建造了许多重要的公路铁路交通工程，为我国各地的经济发展提供了强有力的支撑。桥梁项目作为道路建设中土建工程的一部分，在其中占据着很重要的地位。然而，在道路工程项目快速建设的同时，桥梁的安全问题依然非常严峻，出现的病害问题不容忽视。目前投入建成并运营的一些桥梁产生了很多病害，并对桥梁安全运营造成了威胁。高速公路、高速铁路和重载铁路等项目一旦出现安全问题，后果将不堪设想。在高速公路及高速铁路上，因为车辆运行速度快、冲击力大引发的桥梁病害问题给行车安全带来了巨大威胁；尤其是重载铁路线路上，由于运行的车辆吨位极大，对桥梁的荷载能力要求非常高，桥体本身也要承受比其他路桥项目更大的车辆冲击。因此，在桥梁设计和建造过程中需要对相关情况进行充分考虑，严防桥梁病害发生。

2 桥梁病害类型及形成原因

目前我国已建成的不少路桥项目发生了桥梁病害，例如我国第一条高速铁路秦沈客运专线出现了因列车高速运行产生振动造成上部结构应力和挠度增加的情况，进而导致桥上轨道变形；京沪高速铁路在黄村和德州之间的路段，因大量开采地下水，该处桥梁发生严重的沉降现象，有的沉降量已达到几十厘米不等，部分桥梁出现了严重扭曲变形以及桥台整体下沉的情况。我们作为桥梁的建设者，应该正确认识到桥梁病害的危害性及其严重性。通过对已有桥梁病害现象的研究归纳和总结，可以看出桥梁病害问题相当复杂。桥梁病害包括多种形式，形成病害的原因也各有不同。常见桥梁病害主要分为以下几类：混凝土裂缝、桥体表面腐蚀剥落、蜂窝麻面以及钢筋锈蚀等；而且随着使用时间的增加，各种荷载使梁体受弯而造成跨中下挠度也持续增大，从而出现跨中振幅过大等现象[1]。

裂缝是最常见的病害。从对桥梁承载能力影响的方面考虑，混凝土裂缝可以被分为非结构性裂缝和结构性裂缝两种。非结构性裂缝一般是风化、溶蚀、热胀、冷缩等因素作用下形成的，对桥梁结构的承载力没有影响；结构性裂缝一般是由外部冲击和内部应力集中作用共同引起的。基础的竖向不均匀沉降或水平方向的位移，都会使结构中产生附加的应力，一旦超出混凝土结构的抗拉能力，就会导致结构开裂。因此，对于不同种类的桥梁病害现象需要针对性处理和精准性整治。

图1 钢筋外露和蜂窝麻面

图2 跨梁箱腹板内侧和外侧的斜裂缝

3 桥梁病害预防与整治

对于将来可能发生的桥梁病害，应采取合理有效的预防措施。我们要将安全生产的“双防”理念引入桥梁病害的防治工作当中，在桥梁的设计阶段、施工过程、选择材料等方面都需要考虑桥梁结构类型，并采取适当的施工方法，因地制宜选择与环境相适应的材料；而对于已经发生的桥梁病害，需要根据其产生原因，采取相应的处理措施，提高桥梁的耐久性能。通过对国内多条公路铁路出现的桥梁病害特征进行综合分析，可以发现引发桥梁病害的主要原因主要有以下几种：设计不合理、材料选择、环境因素、长期的荷载效应以及施工过程中控制不到位。为了减少桥梁病害，减轻桥梁病害对桥梁使用寿命的影响，应从病害发生的规律出发，对全面分析设计、施工和运营的整体一系列过程，并分阶段采取有效的防治措施。

3.1 设计阶段采取措施

在设计阶段要着重考虑如何预防桥梁出现病害是桥梁病害预防最为有效措施。在桥梁设计过程中，应根据环境、地形、施工季节、设计荷载等因素综合考虑，因地制宜地选择最合适的桥梁结构、材料和施工方法，以保证桥梁的可靠性和耐久性。例如：高寒地区昼夜温差大，夜间温度极低，工程结构经常遭受频繁热胀冷缩等因素的不利影响，这种情况应选用抗冻性好、变形适应能力强的混凝土材料；而在跨海大桥的施工项目中，受到浸没在海水中的结构被海水中的氯离子腐蚀严重的威胁，在这样的生产环境下，则应该选用抗氯离子腐蚀性强的混凝土材料来对跨海大桥进行建造。对于桥梁在运营过程中的常见病害，例如裂缝、跨中挠度等，在设计过程中应采取相应措施，防止此类病害的产生和发展。桥面裂缝的出现通常是由于混凝土材料的劣化所引起的，因此在设计的过程中需要选择适合施工条件的混凝土材料，同时还要考虑到可能出现影响安全的结构裂缝；在设计过程中要保证截面强度，并配置弯曲钢束以及相应的竖向预应力束，然后再进行二次张拉，以保证有效的预应力大小；除此之外，还要适当增加钢筋的数量，加密箍筋；在梁高范围内增大纵向的钢筋直径，并进行适当加密，从而有效防止水平裂缝以及倾斜裂缝的发生。

3.2 施工阶段防治方法

桥梁在预制阶段的施工监管、施工时间、温度控制和混凝土养护过程中，无论哪个环节出现问题，都可能产生桥梁病害。混凝土硬化质量与浇筑时间、温度控制和混凝土养护密切相关，因此浇筑过程中的施工监管是桥梁质量的重要保证之一；控制好影响施工质量的各种因素，对建成桥梁的性能有着很重要的作用。在施工过程中，要保证混凝土浇筑质量和混凝土的有效养护，这是防治混凝土表面缺陷的主要措施。夏季施工时，为减少混凝土浇筑过程中产生的热量对施工的不利影响，应尽量减少每次浇筑的厚度，并充分利用混凝土浇筑面对其内部的热量进行散热，且采用洒水冷却的方式进行养护，采取有效措施降低混凝土入模温度。当环境温度急剧下降时，应采取覆盖保温被等措施保持已浇混凝土表面的温度，以免出现温度梯度引起裂缝。当混凝土的温度高于外界环境的温度时，应控制好拆模时间，并做好表面保温工作，防止温差引起温度应力裂缝。

在施工过程中，还应进行有效的施工过程控制和施工监管，以保证桥梁结构的质量。连续钢构桥悬臂施工是一个非常复杂的过程，其间经历了多次体系转换，所以在此过程中必须采取科学、有效、合理的施工控制管理体系对施工各阶段进行分析，确定关键环节，制定有效合理可行的施工方案；同时，在施工过程中对结构进行实时动态监测，及时调整和修复施工误差和缺陷，确保桥梁结构稳定[2]。

3.3 后期病害整治措施

桥梁在投入使用过程中，由于环境、荷载等因素影响易发生表层病害和结构性病害。现在针对预应力混凝土桥梁常用的加固方法有以下几种：

3.3.1 修补加固法

常用的修补方法有两种：BICS 注浆法和缺陷修补法。BICS 注浆法主要是用树脂胶压力灌浆修复混凝土结构裂缝；而缺陷修补法主要是用于修补梁底混凝土出现的剥落和缺陷，以延缓钢筋锈蚀。此外，缺陷修补法也适用于混凝土结构中蜂窝和麻点表面缺陷的情况，采用这样的方法来修补桥体表层缺陷，砂浆不易脱落且持久性强。

3.3.2 增大桥体截面加固法

该法是通过增加结构截面或钢筋来提高原结构强度和刚度。常见的方法有两种：锚喷混凝土加固法和桥体外包装混凝土加固法。锚喷混凝土加固法是通过打毛并清洗加固桥梁构件的表面，在桥梁构件表面安设锚固钢筋，然后在其上面喷射混凝土并进行加固；桥体外包装混凝土加固法施工简单、质量易于控制，但是对于桥梁结构表面形状复杂的不宜适用。

3.3.3 外贴材料方法

该法主要分为两种具体方法，包括粘贴钢板加固法和外贴碳纤维布法。利用粘贴钢板加固法不仅能对承载力不足的梁体和墩台进行加固，还能进一步提高构件的抗弯、抗剪的性能；而外贴碳纤维布法不仅可以改善构件抗弯和抗剪的性能，而且可以对整个结构进行综合加固，从而使恒载增加很小，但其缺点是无法充分发挥复合纤维材料的高强度性能。

3.3.4 预应力加固法

预应力加固法是通过在桥梁结构上施加预应力钢拉杆或钢撑杆，从而对桥梁结构施加外部预应力的方法。这种方法可以分摊桥梁所承受的荷载，提高桥梁的整体承载力，增强桥梁正常使用状态下的性能。其特点是可以同时增强桥梁的承载力、抗裂性和刚度，同时它还适用于大型桥梁的加固，但其缺点是转向块处易产生应力集中现象、锚固后易出现裂缝以及锚点处应力集中、锚头活载应力幅值增大。

3.3.5 增加受力构件法

增加承重构件方法是通过在原有结构件基础上增加新承载构件，从而提高整个结构承载力的一种方法。普遍适用于整治桥梁承载力不足或因其他原因而损坏的桥梁。如：预应力钢筋混凝土T梁桥，常用的方法是对桥面铺装层进行改造，在两片式预应力钢筋混凝土T梁之间增设新的横隔板，从而提高桥梁的承载力和抗剪强度，增强桥梁的稳定性[3]。

4 结语

本文从设计、施工过程及桥梁投入使用后已存在病害的整治方面提出了诸多桥梁的预防病害和整治办法，对延长桥梁使用寿命、增强桥梁安全性能和耐久性能有着非常重要的作用。当前我国仍在大力发展基础设施路桥建设，每年新建路桥非常多，因此保证施工路桥的结构安全非常重要。对于桥梁结构存在的病害问题，各设计、施工单位应该重视起来，并不断提高设计、施工质量，努力将病害发生概率降至最低。