高速公路桥梁病害分析及加固处治技术

王从征

(江西省高速集团赣州管理中心，江西 赣州 341000)

0 引 言

随着我国交通运输事业的飞速发展，公路桥梁的建设步伐也日益加快。但是，近年来交通运输量不断增加，而原有的公路桥梁由于设计标准较低，施工技术落后等原因，在长期的运营过程中受到洪水冲刷、车船撞击等因素的影响，会不可避免的出现各种病害。这些病害会在很大程度上威胁桥梁使用的安全性，甚至可能造成巨大的人员伤亡和经济损失。与此同时，高速公路桥梁的病害整治技术也有了一定的发展，病害防治措施更加完善，新技术也不断涌现。但目前对于高速公路桥梁的各种病害机理和整治技术并没有系统性的归纳。因此，研究研究高速公路桥梁的病害及其整治技术具有十分重要的意义。这样不仅能够更好地确保高速公路桥梁的安全运营，还可以提高桥梁工程的整体建设水平，以期为类似高速公路桥梁病害分析及整治提供科学的理论指导。

1 高速公路桥梁病害基本内涵及分类

1.1 桥梁病害基本内涵

桥梁病害的概念是：桥梁结构在修建或运营期间，由于各种外界不利因素或内在因素的影响，出现危及桥梁结构的安全性和耐久性的所有变异现象。从广义而言，能够损坏桥梁结构承载能力极限状态和正常使用极限状态的所有不利现象都是桥梁病害。

1.2 桥梁病害的分类

由于公路桥梁结构类型复杂、荷载作用的不确定性，施工材料性能的不连续性等原因，研究桥梁病害的分类是一项十分艰巨的任务。本文结合相关文献的统计数据，从桥梁结构和病害成因两个方面对桥梁病害进行了合理的分类，具体如图1所示。

图1 高速公路桥梁病害详细分类

2 高速公路桥梁常见病害及成因

目前高速公路桥梁的常见病害主要有混凝土病害、支座病害、桥面系病害和桥头跳车等几大类。

2.1 桥梁混凝土病害

高速公路桥梁的混凝土病害主要包括混凝土裂缝、混凝土腐蚀、混凝土碳化、混凝土局部破碎等几个方面。混凝土裂缝包括混凝土结构性裂缝和混凝土非结构性裂缝，非结构性裂缝主要有温度裂缝和收缩裂缝，其中温度裂缝的根据温差出现的位置不同又可以分为截面均匀温差裂缝、截面上下温差裂缝、截面内外温差裂缝。混凝土出现裂缝的原因较为复杂，既有外部不可抗力因素的影响，又有材料、设计、施工各方面的问题。其中对混凝土裂缝影响最大的就是设计问题，该问题对混凝土裂缝的影响主要体现在混凝土的抗拉强度、抗剪强度、抗压强度不能满足结构性能；混凝土腐蚀的类型主要有盐类腐蚀、冻融循环等；混凝土的碳化影响因素主要有水泥种类、密实度、外界环境等；混凝土的局部破碎发生部位基本是在桥梁结构的边角、墩台的棱角以及接缝处，出现的原因主要是钢筋锈蚀、温度应力等。

2.2 桥梁支座病害

目前高速公路桥梁常用的支座类型可以分成板式橡胶支座、盆式橡胶支座和球形支座等，支座的病害类型和成因如表1所示。

2.3 桥面系病害

高速公路桥梁的桥面系病害主要包括铺装病害、栏杆病害、排水系统病害、伸缩装置病害以及其他附属设施病害。不同桥面类型的铺装病害存在一定的差异性，其中沥青混凝土桥面的病害一般存在纵向裂缝、横向裂缝、龟裂、局部破碎、车辙、坑槽等，水泥混凝土桥面的病害一般存在桥面板穿孔、桥面裂缝破损、桥面坑槽、磨光、露骨等；栏杆病害主要有栏杆扶手损坏、栏杆基座缺失、防撞墙错位、栏杆混凝土剥落露筋等；排水系统病害包括泄水孔的堵塞和锈蚀；伸缩装置病害主要有老化脱落开裂、伸缩缝阻塞、锚固混凝土开裂等。

2.4 桥头跳车

高速公路桥梁如果出现桥头跳车病害，不只会导致行车的舒适感降低，而且使得车辆大幅度减速，严重情况可能出现安全事故。桥头跳车出现的根本原因是桥面和路基出现不均匀沉降，影响因素主要体现在地基土质、台背填料、设计原因、施工不当等几个方面。

(1)地基土质不良

高速公路桥梁一般处于沟壑地段，地下水位高，这就使得地基土体的天然含水量大、压缩性高，抗剪强度低。在荷载的作用下，地基土被压缩，从而导致桥梁结构出现沉降。与此同时，桥头路基的填筑高度也较大，会产生较大的基底应力，在荷载作用下也会出现地基沉陷。但是桥梁结构属于刚性构件，而地基土属于柔性构件，在相同荷载作用下桥梁结构和路基会产生一定的沉降差，从而引起桥头跳车现象。

(2)台背填料问题

公路桥梁的台背填料往往是渗透性较大的材料。由于台背填料的孔隙较大，在车辆荷载和外界各种不利荷载的作用下，填料的孔隙率会出现一定程度上的降低，使得台背填料的密实度提高，此时路基会出现固结沉降，导致桥头跳车。

(3)设计问题

公路桥梁设计人员如果没依据相关规范设置过渡段，会导致桥面和路基出现严重的不均匀沉降。尤其对于软土地基路段，要在路基的沉降未达到稳定时设置过渡段，然后等到路基沉降基本完成后再铺装原路面。与此同时，要在桥台和路基的过渡位置设置胀缝。

(4)施工问题

施工单位在进行桥梁的台背回填作业时，如果不能按照相关的施工技术规范要求施工，对填土的松铺厚度没有严格把控，填土的压实度不能满足要求、使用性能较差的材料、边角处未能进行充分的压实，这些因素都会导致路基填土稳定性较差，从而出现较大的不均匀沉降。

3 高速公路桥梁病害处治技术

3.1 工程概况

该大桥位于国家主干线某出海通道处，起讫桩号为ZK3+658～ZK+776。该桥主桥使用的是预应力混凝土连续刚构，主桥全长为454 m，桥面的单向纵坡为3%，双向横坡为2%，且桥上无竖曲线。该桥在运营期间中跨预拱度值基本已经达到了预留值，且桥梁的顶板、边跨、墩台身等部位混凝土出现了一定程度的破损，某些部位甚至出现了纵向裂缝、竖向裂缝等病害。因此，该桥应当进行加固处治，以期改善桥面线性、减小桥梁的挠度、控制混凝土裂缝的扩展，从而提高行车的舒适度和安全性。

3.2 桥梁结构受力计算

为了选择更加合理的加固措施，应当对桥梁结构进行受力分析。本文考虑了恒温条件下恒定荷载和汽车荷载的影响，采用软件对桥梁结构的荷载效应进行计算，计算结果如图2所示。

图2 桥梁结构受力分析

由图可知，温度梯度对顶板的横向受力影响程度较大，故判定为桥梁出现的裂缝属于结构受力裂缝。

3.3 桥梁病害处治

(1)裂缝处理

如果桥梁结构存在裂缝，会导致潮湿空气侵入到结构的内部，并引起结构内部钢筋的锈蚀，最终会使得桥梁结构的承载力出现一定程度的降低。与此同时，对桥梁结构的裂缝进行处理时，要考虑裂缝的宽度，裂缝宽度不同，选择的处治措施也有一定的差异。该桥的裂缝宽度大于0.3 mm时，选择压浆法进行修补；裂缝宽度小于0.3 mm时，选择封闭法进行修补。

(2)桥面铺装处治

该桥在进行桥面铺装处置时是先凿除原桥面，在箱梁顶板上植筋、 架设钢筋网， 然后再浇筑新的桥面。在箱梁顶板上植筋，能有效提高新旧浇筑混凝土之间的整体性，从而使得主梁刚度增加、抑制桥梁的变形，确保新浇筑桥面铺装与原箱梁能够协调工作，共同承担外荷载。

4 结 语

本文深入探讨了高速公路桥梁病害的形式、成因及整治技术的选择，主要得到以下几个方面的结论：(1)能够损坏桥梁结构承载能力极限状态和正常使用极限状态的所有不利现象均可称为桥梁病害；(2)高速公路桥梁的常见病害主要有混凝土病害、支座病害、桥面系病害和桥头跳车等几大类；(3)桥梁结构的裂缝进行处理时，要根据裂缝的宽度来选择合理的处治措施，当裂缝宽度大于0.3 mm时，选择压浆法进行修补；当裂缝宽度小于0.3 mm时，选择封闭法进行修补；(4)在对高速公路桥梁在进行桥面铺装处治时应当先凿除原桥面，在箱梁顶板上植筋、架设钢筋网，然后再浇筑新的桥面。