混凝土桥梁的病害分析及加固研究

卢明锋

（汕头公路工程质量监督站，广东汕头 515000）

1 引言

混凝土桥梁在运营过程中，由于自身材料的特性以及环境影响、设计问题、施工问题、养护条件不当等原因，会导致桥梁出现不同程度的变形和损伤，最终导致桥梁承载力不足而发生破坏[1]。通常情况下，将这些损伤和变形定义为桥梁病害。相关资料表明，桥梁病害问题会不断发展，日益严重，给桥梁的正常使用带来严重的负面影响，甚至出现安全事故，造成人员伤亡以及巨大的经济损失。钢筋混凝土桥梁是桥梁工程中最常用的结构形式，因此，解决桥梁病害问题至关重要[2]。

2 混凝土病害

2.1 结构表层病害

混凝土桥梁表层结构病害的主要表现形式有：麻面、蜂窝、空洞等。麻面是在混凝土的表层出现浆液渗漏导致混凝土结构表面有凹陷的小坑，不光滑，但未有钢筋外露的情况。主要表现为结构表面粗糙。蜂窝病害的主要表现是混凝土局部出现类似蜂窝的孔洞。其产生原因为：施工工艺不规范、混凝土的配比不合理、混凝土振捣后出现了离析现象等。空洞是构件局部混凝土缺失的现象。其病害产生原因为：配筋保守、混凝土振捣不均匀、混凝土漏浆等[3]。

混凝土构件表层病害的处理措施：加强养护管理和修补加固。对于空洞和蜂窝较严重的部位，一般通过配备良好级配的混凝土进行加固补强。主要施工过程为：凿毛处理—保持病害表面清洁湿润—周边混凝土及钢筋涂胶黏剂—浇筑混凝土。

2.2 裂缝

裂缝是桥梁病害中最常见也是最危险的病害。混凝土的裂缝可分为结构性裂缝和非结构性裂缝2 类。2 类裂缝产生的原因和机理各不相同。结构裂缝主要是由于行车荷载或水流冲击等外荷载的作用下使结构强度和耐久性降低，进而产生裂隙；非结构裂缝主要是材料自身缺陷以及环境因素的影响引起的。其特征和修补方法见表1。

表1 裂缝修补加固表

3 钢筋病害

3.1 钢筋病害分析

混凝土中钢筋锈蚀的化学过程如下：

通过对方程式的分析并结合工程实际可知，影响钢筋锈蚀的因素有：氯离子浓度、pH 值以及环境温度等。

3.2 钢筋补强加固

钢筋是否需要进行加固是由钢筋被锈蚀后的承载力决定的，而钢筋的承载能力是材料的屈服强度决定的。钢筋的屈服强度可由以下公式确定

式中，fys为腐蚀后钢筋的屈服强度；fuc为腐蚀后钢筋的极限强度；fy为未腐蚀钢筋的屈服强度；fu为未腐蚀钢筋的极限强度；ηs为钢筋的截面损失率，当ηs＞0.15 时，按热轧钢筋处理。

通过以上公式判定锈蚀的钢筋承载力是否满足要求，如不满足要求，需对钢筋进行加固处理，其加固方法有：补焊钢筋、粘贴钢板、体外预应力加固等。

4 附属设施病害

当桥面铺装采用沥青混凝土时，常出现病害有：泛油、裂缝、车辙、凸凹等。泛油是桥面铺装层的混凝土因沥青用量过多，导致软化点降低的现象。桥面混凝土裂缝主要是沥青出现老化且抗疲劳性能降低，在行车荷载长时间的作用下产生裂缝。车辙是沥青混凝土在长时间的车辆碾压过程中形成的永久轮迹。凹凸是桥面铺装层沿顺桥方向出现的鼓包，或出现规律变化的起伏波纹。导致该病害的主要原因是行车过程中制动突然停止以及行车荷载过大或铺装层厚度不均匀。对于空心板桥梁出现该病害的主要原因是施工质量控制不到位，预拱度设置不一致，平整度未达到标准，导致桥梁铺装层厚度发生变化，降低了该结构的刚度和承载力。

5 案例分析

5.1 工程概况

文章依托某高速公路立交段落进行分析，路段桩号范围为K67+280～K98+841，全长31.561 km。该路段有大桥1 座，中桥3 座，小桥3 座，立交桥面积为70 518.9 m2，原设计荷载采用汽车-20 级，挂车-100，进行验算，地震设防烈度为7 级。

5.2 病害分析

5.2.1 上部结构病害

经检查发现，桥面板存在开裂现象，导致钢筋外露，出现锈蚀现象，同时混凝土出现剥落。通过对桥梁进行监测可知，主要原因是梁部混凝土施工未达到设计强度，梁部跨中挠度过大，刚度小于设计值。

5.2.2 下部结构病害

通过对桥梁下部结构的检测发现：由于混凝土墩柱存在裂缝，雨水通过裂缝渗入结构内部，加上冻融的作用，使盖梁承载力降低，桥墩混凝土出现剥落，钢筋出现锈蚀。通过回弹仪对桥墩和概梁不同部位的混凝土进行回弹模量测定可知，混凝土强度未达到设计要求。

5.2.3 附属设施病害

桥梁伸缩缝总体平顺，质量状况良好。但存在钢构件轻微变形、止水带漏水、伸缩缝有杂物等病害。桥梁护栏无状况良好，无明显破损，由于伸缩缝有渗水现象，该位置对应的护栏有水渍和泛碱情况。

5.3 加固设计

5.3.1 上部结构

通过对桥梁上部结构进行病害情况分析，欲采用如下加固处理方式：

对顶板混凝土铺装层进行重新铺设，凿除原有铺装层和防水层，同时清除桥面上的杂物，然后，在主梁顶板位置植入直径为φ12 mm 钢筋（钢筋应等间距竖向布置），然后，通过钢筋网片进行焊接。钢筋网片具有施工方便、稳定性较强，能较好地和主梁形成整体结构，提高主梁的抗压强度和承载力。

重新施作小箱梁湿接缝。针对腐蚀程度较为严重的湿接缝混凝土进行凿除，并对钢筋进行除锈。箱梁下翼缘的湿接缝加固方式为植筋并进行焊接，然后，在对应位置处进行混凝土浇筑。

针对小箱梁的底板和腹板出现的混凝土脱落、钢筋外露及腐蚀现象，应对小箱梁的浮皮进行处理，然后，通过环氧砂浆进行修补。本项目中腹板的裂缝较窄，病害程度不严重，修补时采用砂浆将裂缝封闭即可。当裂缝宽度较大、较深时，可通过粘贴碳纤维进行加固补强处理。加固方案示意图如图1所示。

图1 小箱梁加固方案示意图（单位：cm）

5.3.2 下部结构加固

针对盖梁外露或者墩柱腐蚀程度较深的病害，应先将表层混凝土进行清除，更换被腐蚀的钢筋，然后，进行混凝土浇筑，进行结构原状的恢复。因附属结构物伸缩缝存在漏水的病害，所以，下部结构进行加固时应先进行排水处理，同时对可能受到腐蚀的盖梁及墩柱涂刷防水材料进行保护。

当盖梁或墩柱的裂缝宽度＜0.2 mm 时，应采用环氧树脂进行裂缝的封闭；对于裂缝宽度＞0.2 mm 的裂缝，应通过低压注射技术进行裂缝修复。当裂缝宽度较宽，分布密集，或混凝土剥落较为严重时，应对病害位置进行碳纤维加固处理。

5.3.3 附属设施加固

对附属结构各部件进行加固时，应对不同位置采取不同的措施，如箱梁支座存在质量问题时，应进行更换，桥梁的伸缩缝也可选用80 型伸缩缝进行替换。更换伸缩缝时，首先应按照相关规定进行开槽，进行纤维混凝土回填时，应加入铣销型钢纤维。通过检测可知，全桥的护栏无严重病害发生，只需对表层涂刷防腐蚀剂即可。

5.4 加固计算

桥面板进行加固后应对该桥进行承载力验算。结果如表2所示。

表2 承载力计算结果 kN·m

对桥梁进行整体结构计算，由计算结果可知，裂缝宽度均＜0.2 mm，满足设计要求。对跨中挠度进行计算，通过计算结果可知：各跨最大挠度均满足要求。计算结果见表3。

表3 挠度计算表 mm

6 结语

本文通过对混凝土桥梁病害分析及加固处理研究得出以下结论：

1）混凝土病害的主要表现形式是表层病害以裂缝，实际工程中裂缝大部分为非结构性裂缝；钢筋的主要病害是钢筋腐蚀，主要治理措施是补焊钢筋，粘贴钢板等。桥梁附属结构中铺装层病害主要有泛油、裂缝、车辙等。

2）通过工程实例对桥梁的上部结构、下部结构、附属设施进行病害分析，并针对桥梁结构及状况进行了相应的加固维修，最终通过对桥梁的承载力、裂缝宽度、跨中挠度进行验算，

最终结果显示，加固后桥梁的性能指标满足规定要求。