道路桥梁工程的常见病害与施工处理技术

吕 鹏

（甘肃省公路交通建设集团有限公司，甘肃 兰州 730030）

我国现有一些早期修建的道路桥梁存在病害问题较多的情况。受当时技术水平等因素的制约，桥梁的整体质量并不高，只能勉强达到规范标准的要求。随着时间的推移，部分桥梁问题逐渐显露，其中常见的混凝土裂缝、钢筋锈蚀等病害严重影响桥梁的安全性和稳定性。为此，应采取有效的施工处理技术对桥梁进行加固，在消除病害的基础上，增强桥梁的承载力，延长使用寿命。

1 道路桥梁工程的常见病害分析

1.1 混凝土裂缝

1.1.1 裂缝类型

道路桥梁工程中，混凝土裂缝是最为常见的病害之一，也是影响桥梁结构安全性、耐久性的主要问题。从外观方面可将桥梁裂缝分为横向和纵向两类，从裂缝成因方面可分为结构性和非结构性。前者的形成主要与温度、收缩等因素有关，裂缝的宽度相对较小，多出现在混凝土结构表面，影响程度较小；后者多是由荷载引起。通过分析裂缝在桥梁结构中的分布情况，能够判断桥梁是否需要进行加固处理。

1.1.2 裂缝成因

桥梁混凝土裂缝的成因较多，其中引起结构性裂缝的受力因素有两个，一个是剪力，另一个是弯矩，这两个受力因素单独或共同作用都会导致桥梁产生结构性裂缝。如跨中弯矩过大会导致受拉区跨中截面开裂，这是桥梁中比较常见的结构性裂缝。主拉应力会引起斜向裂缝，当此类裂缝的宽度超过一定程度时，极有可能造成脆性破坏。出现非结构性裂缝主要与施工质量、混凝土配合比、作业环境、养护等因素有关。其中，温度裂缝和收缩裂缝最为常见。

1.2 钢筋锈蚀

在道路桥梁工程中，钢筋是除混凝土之外最为重要的材料之一，它的质量直接关系到桥梁结构的稳定性、安全性和桥梁的使用寿命。锈蚀是钢筋中较常见的病害之一，随着时间的推移会不断加剧，当锈蚀达到一定程度时，钢筋可能会发生断裂，使构件丧失承载力。不仅如此，钢筋锈蚀后，会在表面形成氧化层，导致钢筋与包裹在外面的混凝土表面产生剥离现象。目前，可将钢筋锈蚀的影响因素归纳为以下几个方面：（1）外部环境中氯离子含量过大时，引起钢筋锈蚀。（2）混凝土发生碳化后，破坏钢筋的钝化膜，进而导致锈蚀。（3）混凝土的水灰比过大，容易造成钢筋的锈蚀速度加快。（4）环境的温湿度会对钢筋锈蚀有直接影响。

1.3 铰缝病害

1.3.1 破坏形式

关于道路桥梁工程中的铰缝，比较常见的破坏形式有以下几种：（1）预制板梁之间的铰缝出现松动迹象，板底上产生明显的裂缝。（2）受到冲击荷载的长期作用，部分车辙、裂缝出现在铰缝的上方，雨雪天气过后，水会通过裂缝渗入到铰缝中，出现泛碱现象。（3）受重型车辆的荷载作用，导致企口缝被破坏，原本的双板共同受力变为单板受力，在弯矩的影响下，板下挠发生塑性变形，造成永久性错台。

1.3.2 病害成因

引起铰缝病害的原因较多，大体上可分为以下两个方面：（1）由于设计人员缺乏经验，导致铰缝断面尺寸的取值过小，铰缝与板未有效结合，使用一段时间后就遭到破坏。（2）施工质量不达标，铰缝设置过浅且宽度不足，增大了混凝土振捣密实的难度。因密实度不够，进而影响铰缝的强度，容易出现早期破坏。

2 道路桥梁工程加固施工处理技术

在道路桥梁使用过程中，难免产生各种病害问题，为消除病害对桥梁结构安全性、稳定性、耐久性的影响，应采取行之有效的加固方法，对桥梁进行加固处理。目前，在道路桥梁工程加固中广泛应用的处理技术有增大截面、粘贴钢板、粘贴碳纤维、体外预应力等。

2.1 增大截面

在道路桥梁病害问题的处理中，增大截面是较常用的一种方法，该方法不仅能增强新老混凝土之间的粘结力，还能进一步提升结构构件的抗弯刚度、抗剪承载力。该方法在桥梁的受弯和受压构件中较为适用。

2.1.1 力学特点

截面增大后，主梁从原本的一次受力构件变为二次受力叠合构件，除需承受现有的应力之外，还要承受后期的荷载应力，即恒荷载+活荷载。所以采用增大截面的方法对桥梁进行加固处理后，应验算梁的极限承载力是否符合要求。

2.1.2 施工技术要点

混凝土浇筑与植筋是增大截面加固法的关键工序，为确保整体质量，应掌握相关施工技术要点，具体如下：

（1）浇筑混凝土前，应先检查槽钢及模板的顶面高程，确认符合要求后，进行布料摊铺。混凝土的布料摊铺厚度，可略高于振捣密实后的桥面标高，以2.0～3.0cm 为宜；混凝土摊铺的长度达到10m 左右时，可进行振捣密实，并用滚杠在振捣完的混凝土上进行滚压，达到整平的效果；以混凝土的凝结情况作为依据，对混凝土表面进行三次清光处理。清光时，可采用3m 直尺法逐点检查平整度，及时处理不平部位；混凝土初凝后，应及时进行刷毛及洒水养护，确保混凝土表面的湿润度，避免早期开裂。

（2）植筋前，应检查锚固部位的混凝土，发现问题及时处理；根据设计图纸进行测量放线，在现场确定出植筋的准确位置，并做好标记；可采用冲击钻进行钻孔，钻头直径应略大于植筋直径，成孔后将孔口临时封堵，避免落入杂物，影响后续钢筋的植入；当钻孔达到设计深度后，及时进行清孔，可使用高压气清除孔内的粉尘，再通过化学法进行清孔，以此达到预期的清孔效果；液体的存在会导致植筋结构胶强度下降，因此，要确保孔壁的干燥性；植筋前应对钢筋进行除锈，向孔内注入适量按比例配制的结构胶，缓慢植入钢筋并确保钢筋植入到底，最后将孔口的结构胶清除干净。

2.2 粘贴钢板

粘贴钢板简称粘钢法，主要是利用环氧树脂对桥梁构件病害部位的钢板进行粘贴，来提高构件的抗弯刚度、抗剪承载力，消除病害对构件的影响。同时，在桥梁结构中一些受力较为薄弱的部位粘贴钢板，能够显著提升桥梁的耐久性。需要注意的是，该加固方法无法承受较大幅度的动荷载及疲劳荷载，并且要求桥梁所处的环境中无化学腐蚀。

2.2.1 技术特点

粘钢法技术较为先进，其利用环氧树脂对钢板进行粘贴，整体性能良好，工艺简单，工期较短，加固过程中消耗的材料较少，能够满足桥梁病害加固处理的需要。此外，该技术占用空间较小，经过加固后的桥梁外观基本不会受到影响。

2.2.2 材料要求

粘贴钢板的胶黏剂应满足一定的韧性、较高的弹性模量以及耐久性等要求。可将Q235 钢板作为首选，其与钢板连接的螺栓必须具备足够的强度。

2.2.3 施工技术要点

（1）先在钢板上钻设注胶孔和螺栓固定孔，在无特殊要求的情况下，1m2钢板上的注胶孔数量以3～4 个为宜，螺栓固定孔的数量以6～7 个为宜。注胶孔应依据灌胶嘴尺寸进行钻设，确保二者能够匹配，注胶孔钻好后，应对其周边进行密封。

（2）将钻好孔的钢板紧贴在待粘合的桥梁构件表面上，按照钢板上的螺栓固定孔位置，在构件表面钻设相应孔位，确保位置吻合，以免影响固定效果。打磨处理钢板与构件表面，要求钢板无锈，构件表面应达到一定的粗糙度，从而确保两者能够紧密粘合。

（3）托起钢板后，将其悬挂在构件表面的螺栓上，并将螺母拧紧。在待粘贴钢板的构件表面，每间隔50cm 左右，插入一节软管进行排气。需要注意的是，钢板的各个角上应设置排气管，确保注胶后，钢板与构件贴合面之间的空气能顺利排出，提高粘合效果。

（4）使用配制好的封口胶，对钢板周边的缝隙、螺栓及注胶孔周围的间隙进行密封处理，确保密封的严密性，以免影响粘贴质量。根据产品使用说明书中推荐的配胶比来配制粘贴胶，搅拌均匀后进行注胶。作业时应遵循少量多次的原则，为避免影响粘贴效果，配好的胶应立即注入。通过灌胶工具，从注胶嘴将胶液注入，注胶应从一端开始，直至相邻注胶孔有胶液溢出时，便可停注。要控制注胶速度，不宜过快，以免形成气囊。注胶3～5h 后，观察有无流胶的情况，避免出现脱胶现象。

2.3 粘贴碳纤维

碳纤维是一种性能非常优良的材料，在所有化纤中，它的耐高温性最好。不仅如此，碳纤维中碳含量在90%以上，因而具备较高的强度及模量。通过粘贴碳纤维，能有效处理桥梁中一些病害问题。桥梁中绝大部分构件尺寸较大，粘贴碳纤维虽然能够增强构件的抗弯承载力，但总体幅度并不大，因此，限制了粘贴碳纤维的适用范围，其常被应用于小型构件、应力较为复杂的部位。

2.3.1 碳纤维主要特点

第一，碳纤维材料自身重量非常轻，粘贴在桥梁构件上，不会影响结构自重。第二，碳纤维强度非常高，耐久性好，易于粘贴，不会像钢板出现锈蚀的情况，使用年限更长。第三，当碳纤维材料受到拉力作用时，会呈现出线弹性关系，直至材料完全被破坏为止。这个特性与钢筋的延性存在较为明显的差别，由于缺乏延性，会使构件中应力的重新分配受到一定约束。

2.3.2 施工技术要点

（1）先对待加固桥梁混凝土构件表面的劣化层进行处理，去除蜂窝、输送、风化的混凝土，使其露出内部完好的混凝土结构层，再用预先准备好的修复材料进行整平施工。采用灌缝或封闭的方法对细小裂缝进行处理，将被粘贴表面的混凝土打磨平整，并清除干净粘附在其表面的杂物，转角应进行倒角。

（2）使用滚刷在处理好的混凝土表面均匀涂刷打底胶，当指触不粘时，用找平胶修补凹陷部位，然后粘贴碳纤维。温湿度直接影响碳纤维粘贴的施工，当气温在5℃以下，或空气相对湿度超过95%时，不得进行粘贴作业，雨雪天不可以施工。

（3）根据设计尺寸对碳纤维材料进行剪裁，粘贴位置最大允许偏差2.0cm。碳纤维的拉伸强度与排列方向有关，要按照结构物的受力情况，确定碳纤维的粘贴方向。粘贴时，应确保碳纤维与混凝土构件之间的有效粘贴面积在95%以上，如出现空鼓，可按照面积大小采取相应的补救措施。碳纤维应从跨中向两侧粘贴，并用滚筒滚压，将内部空气排除干净，粘贴好的碳纤维用抹灰层进行保护。

（4）碳纤维粘贴施工完毕，通过锤击法检测粘贴质量，合格标准为空鼓的总面积小于粘贴总面积的5%。需要特别注意的是，为给水分提供散发的途径，尽可能避免大面积粘贴。

2.4 体外预应力

这是一种能够明显改善原结构受力状况的加固方法，在消除桥梁结构病害方面的效果极为显著，应用非常广泛。此外，其在解决桥梁结构变形问题中的应用较多。

2.4.1 力学特点

对桥梁结构进行体外预应力加固后，能够改变原结构的内力分布状况，应力水平会随之下降，消除应力应变滞后的现象。使加入的部分与原结构可以共同工作，进一步提升桥梁的承载力。

2.4.2 施工技术要点

（1）在桥面相应位置处布设施工人孔，因需要在箱梁内部施加体外预应力索，所以，在作业开始前要清除干净箱梁内的混凝土等杂物。为最大限度减轻体外预应力施工对原桥梁结构的影响和破坏，可将钢结构作为转向结构，并在箱梁外进行预制。

（2）对预应力钢绞线进行穿索时，可以采用单根穿索的方法，保持索位一致。为避免损伤钢绞线的包裹层，可将马凳设置在箱梁内部。在新增端的锚固横梁内安装锚具。

（3）张拉预应力索之前，应当先进行预紧，通过双控的方法控制张拉过程，以此确保张拉质量。张拉完毕，应及时进行灌浆封锚，加装钢索限位器，避免预应力索振动。

3 结语

综上所述，道路桥梁工程在使用一段时间后，由于受到各种因素的影响，会出现一些病害问题，导致桥梁结构的安全性和稳定性有所下降。为有效解决这一问题，应采取有效的施工处理技术，对桥梁结构进行加固，消除病害，提升桥梁承载力，延长使用寿命。进一步加大对桥梁加固技术的研究力度，除对现有的技术进行改进和完善外，还应开发一些新兴技术，为桥梁工程加固提供技术支撑。